紫外可見分光光度法2

關(guān)于紫外可見分光光度法2第一節(jié)基本原理

一、概述

基于物質(zhì)光化學(xué)性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學(xué)分析法。分為:光譜分析法和非光譜分析法。光譜分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通過測量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行分析的方法。

第2頁,共110頁，2024年2月25日，星期天概述:

在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,主要有:

紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m,主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。

紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。

可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。本章主要講授紫外可見吸光光度法。第3頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、紫外可見吸收光譜1．光的基本性質(zhì)

光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波長

、頻率

、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述：

=c；波數(shù)=1/

=

/c

光是由光子流組成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常數(shù)：h=6.626×10-34J×S)第4頁,共110頁，2024年2月25日，星期天光的波長越短（頻率越高），其能量越大。白光（太陽光）：由各種單色光組成的復(fù)合光單色光：單波長的光（由具有相同能量的光子組成）紫外光區(qū)：近紫外區(qū)10-200nm（真空紫外區(qū)）遠(yuǎn)紫外區(qū)200-400nm

可見光區(qū)：400-750nm第5頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線

E=E2-

E1=h

：量子化；選擇性吸收吸收曲線與最大吸收波長

max用不同波長的單色光照射，測吸光度光的互補(bǔ)：藍(lán)

黃M+熱M+熒光或磷光M+

h

M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E2第6頁,共110頁，2024年2月25日，星期天吸收曲線的討論：①同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax②不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。第7頁,共110頁，2024年2月25日，星期天③吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。

不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。

在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。第8頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.紫外—可見分子吸收光譜與電子躍遷物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動形式：

1.電子相對于原子核的運(yùn)動，2.原子核在其平衡位置附近的相對振動3.分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動。第9頁,共110頁，2024年2月25日，星期天分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動能量Ev、轉(zhuǎn)動能量Er即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+ＥrΔΕe>ΔΕv>ΔΕr第10頁,共110頁，2024年2月25日，星期天能級躍遷

電子能級間躍遷的同時，總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。第11頁,共110頁，2024年2月25日，星期天討論：（1）轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.05eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)。遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；（2）振動能級的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜；（3）電子能級的能量差ΔΕe較大1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜。第12頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（4）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，是物質(zhì)定性的依據(jù)。（5）吸收譜帶的強(qiáng)度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關(guān)，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數(shù)εmax也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的λmax有時可能相同，但εmax不一定相同；（6）吸收譜帶強(qiáng)度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，定量分析的依據(jù)。第13頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、分子吸收光譜與電子躍遷1．紫外—可見吸收光譜

有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。

當(dāng)外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序?yàn)椋簄→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

第14頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑴σ→σ＊躍遷

所需能量最大，σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)(吸收波長λ<200nm，只能被真空紫外分光光度計檢測到)。如甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。第15頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑵n→σ＊躍遷所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*躍遷的λmax分別為173nm、183nm和227nm。第16頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑶π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，摩爾吸光系數(shù)εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強(qiáng)吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類均可發(fā)生該類躍遷。如乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，εmax為1×104L·mol-1·cm－1。第17頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑷n→π＊躍遷需能量最低，吸收波長λ>200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10～100L·mol－1

·cm－1，吸收譜帶強(qiáng)度較弱。分子中孤對電子和π鍵同時存在時發(fā)生n→π＊

躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λmax為275nmεmax為22L·mol－1

·cm－1（溶劑環(huán)己烷)。第18頁,共110頁，2024年2月25日，星期天生色團(tuán)與助色團(tuán)生色團(tuán)：最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機(jī)物分子中含有不飽和基團(tuán)。這類含有π鍵的不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán)。簡單的生色團(tuán)由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C三N等。第19頁,共110頁，2024年2月25日，星期天助色團(tuán)：有一些含有n電子的基團(tuán)(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時，就會發(fā)生n—π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強(qiáng)度增加)，這樣的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。第20頁,共110頁，2024年2月25日，星期天紅移與藍(lán)移

有機(jī)化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍(lán)移(或紫移)。吸收強(qiáng)度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。第21頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.金屬配合物的紫外—可見吸收光譜

金屬離子與配位體反應(yīng)生成配合物的顏色一般不同于游離金屬離子(水合離子)和配位體本身的顏色。金屬配合物的生色機(jī)理主要有三種類型：⑴配位體微擾的金屬離子d一d電子躍遷和ｆ一ｆ電子躍遷

摩爾吸收系數(shù)ε很小，對定量分析意義不大。第22頁,共110頁，2024年2月25日，星期天⑵金屬離子微擾的配位體內(nèi)電子躍遷

金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長和強(qiáng)度的變化。變化與成鍵性質(zhì)有關(guān)，若靜電引力結(jié)合，變化一般很小。若共價鍵和配位鍵結(jié)合，則變化非常明顯。⑶電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜

在分光光度法中具有重要意義。第23頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共110頁，2024年2月25日，星期天電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜

當(dāng)吸收紫外可見輻射后，分子中原定域在金屬M(fèi)軌道上電荷的轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道，或按相反方向轉(zhuǎn)移，這種躍遷稱為電荷轉(zhuǎn)移躍遷，所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜。電荷轉(zhuǎn)移躍遷本質(zhì)上屬于分子內(nèi)氧化還原反應(yīng)，因此呈現(xiàn)荷移光譜的必要條件是構(gòu)成分子的二組分，一個為電子給予體，另一個應(yīng)為電子接受體。

第28頁,共110頁，2024年2月25日，星期天電荷轉(zhuǎn)移躍遷在躍遷選律上屬于允許躍遷，其摩爾吸光系數(shù)一般都較大(104左右)，適宜于微量金屬的檢出和測定。電荷轉(zhuǎn)移躍遷在紫外區(qū)或可見光呈現(xiàn)荷移光譜，荷移光譜的最大吸收波長及吸收強(qiáng)度與電荷轉(zhuǎn)移的難易程度有關(guān)。

第29頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例：Fe3＋與SCN－形成血紅色配合物，在490nm處有強(qiáng)吸收峰。其實(shí)質(zhì)是發(fā)生了如下反應(yīng)：

[Fe3＋SCN－

]

＋hν=[FeSCN]2＋

第30頁,共110頁，2024年2月25日，星期天四化合物紫外—可見光譜的產(chǎn)生(一)有機(jī)化合物紫外-可見吸收光譜1，飽和烴及其取代衍生物

飽和烴類分子中只含有鍵，因此只能產(chǎn)生*躍遷，即電子從成鍵軌道（）躍遷到反鍵軌道（*）。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見分光光度計的測量范圍。第31頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n

*的躍遷。n

*的能量低于

*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n

*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。這些數(shù)據(jù)不僅說明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團(tuán)的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實(shí)用價值不大。但是它們是測定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。第32頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

2，不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和

*兩種躍遷。

*躍遷的能量小于

*躍遷。例如，在乙烯分子中，

*躍遷最大吸收波長為180nm

在不飽和烴類分子中，當(dāng)有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統(tǒng)的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。第33頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3，羰基化合物

羰基化合物含有C=O基團(tuán)。

C=O基團(tuán)主要可產(chǎn)生

*、n

*、n

*三個吸收帶，n

*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n

*吸收帶的光區(qū)稍有不同。

第35頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n

*吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對的助色團(tuán)，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n

共軛，導(dǎo)致*軌道的能級有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級，因此實(shí)現(xiàn)n

*躍遷所需的能量變大，使n

*吸收帶藍(lán)移至210nm左右。第36頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4，苯及其衍生物苯有三個吸收帶，它們都是由

*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（

MAX=60，000）；E2帶出現(xiàn)在204nm（

MAX=8，000）；B帶出現(xiàn)在255nm（

MAX=200）。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。當(dāng)苯環(huán)上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。第37頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

5，稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長紅移越多，吸收強(qiáng)度也相應(yīng)增加。

第38頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)芳環(huán)上的-CH基團(tuán)被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n

*吸收帶。第39頁,共110頁，2024年2月25日，星期天(二)、無機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜

產(chǎn)生無機(jī)化合物紫外、可見吸收光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場躍遷。1.電荷遷移躍遷

無機(jī)配合物有電荷遷移躍遷產(chǎn)生的電荷遷移吸收光譜。在配合物的中心離子和配位體中，當(dāng)一個電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時，可產(chǎn)生電荷遷移吸收光譜。第40頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

不少過度金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng)所生成的配合物以及許多水合無機(jī)離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。

此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過度元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色。

電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長位置，取決于電子給予體和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差。第41頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.配位場躍遷配位場躍遷包括d-d躍遷和f-f躍遷。元素周期表中第四、五周期的過度金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。在配體的存在下，過度元素五個能量相等的d軌道和鑭系元素七個能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。第42頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道，這兩類躍遷分別稱為d-d躍遷和f-f躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。第43頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（三）、溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響

溶劑對紫外—可見光譜的影響較為復(fù)雜。改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶形狀的變化。例如，當(dāng)溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。改變?nèi)軇┑臉O性，還會使吸收帶的最大吸收波長發(fā)生變化。下表為溶劑對亞異丙酮紫外吸收光譜的影響。正己烷CHCl3CH3OHH2O

*

max/nm230238237243n

*

max/nm329315309305第44頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

由上表可以看出，當(dāng)溶劑的極性增大時，由n

*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生藍(lán)移，而由

*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。第45頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

由于溶劑對電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表中必須注明所用的溶劑。與已知化合物紫外光譜作對照時也應(yīng)注明所用的溶劑是否相同。在進(jìn)行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。

選擇溶劑時注意下列幾點(diǎn)：第46頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（1）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質(zhì)應(yīng)該是惰性的。即所成溶液應(yīng)具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性。（2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收。第47頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（四）、光的吸收定律

1.朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。A∝c

二者的結(jié)合稱為朗伯—比耳定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

第48頁,共110頁，2024年2月25日，星期天朗伯—比耳定律數(shù)學(xué)表達(dá)式

A＝lg（I0/It)=εbc

式中A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度；

b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；

c：溶液的摩爾濃度，單位mol·L－１；

ε：摩爾吸光系數(shù)，單位L·mol－１·cm－１；或:A＝lg（I0/It)=abc

c：溶液的濃度，單位g·L－１

a：吸光系數(shù)，單位L·g－１·cm－１

a與ε的關(guān)系為：

a=ε/M（M為摩爾質(zhì)量）第49頁,共110頁，2024年2月25日，星期天透光度(透光率)T透過度T:描述入射光透過溶液的程度:

T=It/I0吸光度A與透光度T的關(guān)系:

A＝－lgT

朗伯—比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。應(yīng)用于各種光度法的吸收測量；摩爾吸光系數(shù)ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；吸光系數(shù)a(L·g-1·cm-1）相當(dāng)于濃度為1g/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。第50頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.摩爾吸光系數(shù)ε的討論

吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)；可作為定性鑒定的參數(shù)；同一吸收物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示。εmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。

第51頁,共110頁，2024年2月25日，星期天摩爾吸光系數(shù)ε的討論εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。

ε>105：超高靈敏；

ε=(6～10）×104：高靈敏；

ε<2×104：不靈敏。ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。第52頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.偏離朗伯—比耳定律的原因

標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲（尤其當(dāng)溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯—比耳定律的偏離。引起這種偏離的因素（兩大類）：一類是物理性因素，即儀器的非理想引起的；另一類是化學(xué)性因素。第53頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（1）物理性因素朗—比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。難以獲得真正的純單色光。分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對朗伯—比耳定律的正或負(fù)偏離。

非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯—比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。第54頁,共110頁，2024年2月25日，星期天非單色光作為入射光引起的偏離

假設(shè)由波長為λ1和λ2的兩單色光組成的入射光通過濃度為c的溶液，則：

Ａ1＝lg（Ｉo1/Ｉt1）＝ε1bc

Ａ2＝lg(Ｉo2/Ｉt2）＝ε2bc故：Ｉt1＝Ｉo110－ε1bc；Ｉt2＝Ｉo210－ε2bc式中Ｉo1、Ｉo2分別為λ1、λ2的入射光強(qiáng)度；

Ｉt1、Ｉt2分別為λ1、λ2的透射光強(qiáng)度；

ε1、ε2分別為λ1、λ2的摩爾吸光系數(shù)；第55頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

因?qū)嶋H上只能測總吸光度A總，并不能分別測得A1和A2，故

A總＝lg（Ｉo總/Ｉt總)＝lg(Io1＋Ｉo2)/(Ｉt1＋Ｉt2）

＝lg(Io1＋Ｉo2)/(Ｉo110－ε1bc

＋Ｉo210－ε2bc

）令：ε1-ε2＝

ε；設(shè)：Ｉo1＝Ｉo2A總＝lg(2Io1)/Ｉt1(1＋10－

ε2bc

）=A+lg2-lg(1＋10－

ε2bc

)第56頁,共110頁，2024年2月25日，星期天討論:

A總=A1+lg2-lg(1＋10－

εbc

)

Δε=0；即：ε1=ε2=ε

則：

A總

＝lg（Ｉo/Ｉt）＝εbc

Δε≠0若Δε<0；即ε2<ε1；－Δεbc>0,lg（１＋10Δεbc）值隨c值增大而增大，則標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離直線向c軸彎曲，即負(fù)偏離；反之，則向A軸彎曲，即正偏離。｜Δε｜很小時，即ε1≈ε2：

第57頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

則可近似認(rèn)為是單色光。在低濃度范圍內(nèi)，不發(fā)生偏離。若濃度較高，即使｜Δε｜很小，A總

≠Ａ1，且隨著c值增大，

A總

與A1的差異愈大，在圖上則表現(xiàn)為A—c曲線上部(高濃度區(qū))彎曲愈嚴(yán)重。故朗伯—比耳定律只適用于稀溶液。為克服非單色光引起的偏離，首先應(yīng)選擇比較好的單色器。此外還應(yīng)將入射波長選定在待測物質(zhì)的最大吸收波長且吸收曲線較平坦處。第58頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（2）化學(xué)性因素朗—比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用；假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)時才基本符合。當(dāng)溶液濃度c>10－2mol/L時，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。故：朗伯—比耳定律只適用于稀溶液

第59頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。

例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2Ｏ72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同。故：此時溶液pH對測定有重要影響。第60頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、基本組成二、分光光度計的類型第二節(jié)

紫外—可見分光光度計第61頁,共110頁，2024年2月25日，星期天儀器可見分光光度計第62頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

紫外-可見分光光度計第63頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、基本組成光源單色器樣品室檢測器顯示1.光源

在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。

可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。

紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。第64頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

2.單色器

將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。第65頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。4.檢測器利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)

檢流計、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動控制和結(jié)果處理。第66頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、分光光度計的類型1.單光束：簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。2.雙光束：自動記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價格較高。第67頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.雙波長：將不同波長的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過同一吸收池而后到達(dá)檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池?！?/p>

=1～2nm。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。第69頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、顯色反應(yīng)的選擇二、顯色反應(yīng)條件的選擇三、共存離子干擾的消除四、測定條件的選擇五、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑第三節(jié)

顯色與測量條件的選擇第70頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、顯色反應(yīng)的選擇1.選擇顯色反應(yīng)時，應(yīng)考慮的因素：靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：“對比度”，要求△

>60nm。第71頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.氧化還原顯色反應(yīng)

某些元素的氧化態(tài),如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可見光區(qū)能強(qiáng)烈吸收，可利用氧化還原反應(yīng)對待測離子進(jìn)行顯色后測定。例如：鋼中微量錳的測定，Mn2＋不能直接進(jìn)行光度測定

2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4＋+10SO42-＋16H+

將Mn2＋

氧化成紫紅色的MnO4＋后，在525nm處進(jìn)行測定第72頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.配位顯色反應(yīng)

當(dāng)金屬離子與有機(jī)顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強(qiáng)的紫外—可見吸收光譜。第73頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4.顯色劑無機(jī)顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨、過氧化氫等幾種。有機(jī)顯色劑：種類繁多偶氮類顯色劑：本身是有色物質(zhì)，生成配合物后，顏色發(fā)生明顯變化；具有性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應(yīng)靈敏度高、選擇性好、對比度大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。偶氮胂Ⅲ、PAR等。

第74頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三苯甲烷類：

鉻天青S、二甲酚橙等第75頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、顯色反應(yīng)條件的選擇1.顯色劑用量吸光度A與顯色劑用量CR的關(guān)系會出現(xiàn)如圖所示的幾種情況。選擇曲線變化平坦處。第76頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.反應(yīng)體系的酸度

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pH范圍。3.顯色時間與溫度實(shí)驗(yàn)確定4.溶劑一般盡量采用水相測定第77頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、共存離子干擾的消除1.加入掩蔽劑：選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應(yīng)；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測組分的測定。

第78頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

例：測定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為Fe(PO４)23-(無色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測定Al3+時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。第79頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件3.分離干擾離子第80頁,共110頁，2024年2月25日，星期天四、測定條件的選擇1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL一般應(yīng)該選擇λmax為入射光波長。但如果λmax處有共存組分干擾時，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。第81頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

2.選擇合適的參比溶液為什么需要使用參比溶液？測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強(qiáng)度。參比溶液的選擇一般遵循以下原則：⑴若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處有吸收，其它所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；

第82頁,共110頁，2024年2月25日，星期天⑵若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；

⑶若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；

⑷若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可在試液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。第83頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）

不同的透光度讀數(shù)，產(chǎn)生的誤差大小不同：－lgT=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1dT=εbdc兩式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT）dT

以有限值表示可得：

Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT

第84頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

濃度測量值的相對誤差（Δc/c）不僅與儀器的透光度誤差ΔT有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)T的值也有關(guān)。

是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最??？第85頁,共110頁，2024年2月25日，星期天最佳讀數(shù)范圍與最佳值設(shè)：ΔT=1%，則可繪出溶液濃度相對誤差Δc/c與其透光度T的關(guān)系曲線。如圖所示：當(dāng)：ΔT=1%，T在20%～65%之間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數(shù)范圍。

第86頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

用儀器測定時應(yīng)盡量使溶液透光度值在T%=20～65％(吸光度A=0.70～0.20)。

可求出濃度相對誤差最小時的透光度Tmin為：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434第87頁,共110頁，2024年2月25日，星期天五、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑1.合成新的高靈敏度有機(jī)顯色劑2.采用分離富集和測定相結(jié)合3.采用三元(多元)配合物顯色體系

由一個中心金屬離子與兩種(或兩種以上)不同配位體形成的配合物，稱為三元(多元)配合物。

第88頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

多元配合物顯色反應(yīng)具有很高的靈敏度，一方面是因?yàn)槎嘣浜衔锉绕湎鄳?yīng)的二元配合物分子截面積更大；另一方面是因?yàn)榈诙虻谌湮惑w的引入，可能產(chǎn)生配位體之間、配位體與中心金屬離子間的協(xié)同作用，使共軛π電子的流動性和電子躍遷幾率增大。

第89頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

三元配合物主要類型有：三元離子締合物、三元混配配合物、三元膠束(增溶)配合物。第90頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、普通分光光度法二、示差分光光度法三、雙波長分光光度法四、導(dǎo)數(shù)分光光度法第四節(jié)

分光光度測定方法第91頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、普通分光光度法1.單組分的測定通常采用A-C

標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測定。2.多組分的同時測定⑴若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進(jìn)行測定。這本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別。

第92頁,共110頁，2024年2月25日，星期天⑵若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。

Aλ1=εaλ1bca＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca＋εbλ2bcb

第93頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、示差分光光度法（示差法）

普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當(dāng)待測組分含量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射光強(qiáng)度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液。第94頁,共110頁，2024年2月25日，星期天設(shè)：待測溶液濃度為cx，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs(cs<cx)。則：

Ax=εbcx

As=εbcsΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差ΔＡ。

第95頁,共110頁，2024年2月25日，星期天示差分光光度法（示差法）

ΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差ΔＡ。示差法測得的吸光度與Δc呈直線關(guān)系。由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)的Δc值，則待測溶液濃度cx

：

cx=cs+Δc

第96頁,共110頁，2024年2月25日，星期天示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做參比，調(diào)T=100%則：cx的T=50%；標(biāo)尺擴(kuò)展10倍第97頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、雙波長分光光度法

不需空白溶液作參比；但需要兩個單色器獲得兩束單色光(λ1和λ2)；以參比波長λ1處的吸光度Aλ1作為參比，來消除干擾。

在分析渾濁或背景吸收較大的復(fù)雜試樣時顯示出很大的優(yōu)越性。靈敏度、選擇性、測量精密度等方面都比單波長法有所提高。

第98頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

ΔＡ＝A

λ2－A

λ1