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1、第三章 紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis）,基于被测物质的分子对紫外-可见光具有选择吸收的特性而建立的分析方法。,分子光谱 吸收光谱,可见光,远紫外 （真空紫外）,紫外光,一、紫外-可见光,第一节 概述,1. 物质分子对光的吸收,E = Ee + Ev + Er,2. 分子吸收光谱,A（吸光度）-（波长）关系图,Er： 0.05 eV,带光谱,Ee： 1 20 eV,Ev： 0.05 1 eV,二、紫外-可见吸收光谱,三、紫外-可见吸收光谱 法,定性分析,定量分析,在一定的实验条件下，物质在某波长处的吸光度与物质的浓度成正比。,吸收光谱的位置 (max )和形状,1. 精密度较高,3. 检出
2、限低,相对误差 13%,2. 准确度较高,DL 10-7 10-8 10-9 g / ml,不一定要追求低的检出限,4. 仪器比较简单 操作比较简便,5.应用广泛,选择性一般比较好。条件适当，可不经分离进行单组分或多组分测定。,主要干扰： 共存组分与被侧组分的光谱重叠,RSD1%,四、紫外-可见吸收光谱 法的特点( 定量分析 ),承担60%的定量分析任务（无机离子 有机物 生化分析）,一些有机物结构分析的辅助方法,五、研究工作的现状,提高选择性,提高灵敏度,第二节 吸收光谱法基本原理,单色光 复合光 光的互补,单色光,复合光,光的互补,单一波长的光,由不同波长的光组合而成的光,若两种不同颜色的
3、单色光按一定的强度比例混合得到白光（无色的光），那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。,一、物质对光的选择性吸收,9,当溶液中的某种物质选择性地吸收可见光中某种颜色的光时，溶液就会呈现出对应的互补色。,黑色-全吸收；白色-全反射；无色-全投射,光,I0,I,L,10,二、吸收光谱,如果让不同波长的单色光依次照射某一吸光物质，并测量改物质在每一波长处对光吸收程度的大小（吸光度，A），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，即得到一条吸光度随波长变化的曲线，称之为吸收曲线谱图也称为吸收光谱。,11,末端吸收,最强峰,肩峰,峰谷,次强峰,max min ,A,12,1. 吸收峰的形状
4、及所在位置 定性的依据 2. 吸收峰的强度定量的依据 光吸收定律,A,紫外可见光谱的特征,13,三、光吸收定律,透光率 T，透光光强度与入射光强度的比值,全部吸收 T = 0.0,全部透射 T = 100.0 %,（一）朗伯-比尔定律,1. 定律,吸光度 A,朗伯-比尔定律 A = Kbc,1） 液气固介质均适用,2）入射光是单色光，平行光,1730年 Lamber A b (C固定),1852年 beer A C ( b固定),3）稀溶液,14,I0,It,-dIx =k1 Ix adn,dn = CSdb,-dIx=k1 IxaCSdb,-dIx/Ix= k Cdb,dIx,2 . 朗伯-
5、比尔定律推导,S,物理意义：当一束平行光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度C及吸收池厚度b成正比（定量分析的依据）,adn C,15,吸光度 与透光率,T,T = 0.0 %,A = ,T = 100.0 %,A = 0.0,A = 0.434,T = 36.8 %,16,3. 吸光度的加合性,A = A1 + A2 + + An,各组分之间无相互作用,条件：,多组分测定及扣除空白方法的理论基础,用途：,在某一波长处,17,C: mol/ L,2) ( L mol1 cm-1),C: g / L,1) a ( L g 1 cm-1),吸光物质定性的特征参数,4. 吸
6、光系数,吸光物质定量分析的灵敏度参数,物理意义为当吸光物质的浓度为1mol.L-1，吸收池厚度为1cm时，吸光物质对某波长光的吸光度,影响因素：入射光的波长 吸光物质的性质（吸光质点的面积、有效跃迁概率） 溶剂 温度等环境因素,18,3) 检出限与摩尔吸光系数,若可测量的吸光度为0.001,一般 103 104；灵敏 的 104；个别的可达 106,增大 是提高方法灵敏度的重要途径,提高跃迁几率 增大截面积,19,(二) 导致 A-C 关系偏离朗伯比尔定律的原因,1. 入射光的单色性不好,设入射光由 1 和 2 两种波长组成，,对于 1,总吸光度,对于 2,偏离 减小校准曲线的线性范围,若 ,
7、 1 = 2= ,在一定的浓度范围内 A= b C,20,若 , 1 2,A-C曲线向浓度轴弯曲，偏离beer定律，负偏离,*要获得较宽的线性范围, 越大，偏离越严重, 适当提高入射光的单色性, 在吸收光谱的峰值(max)处进行测定,1）一种为- 很小，近似的认为 1 = 2,2）另外一种为- 很大，但在选择的入射光波长附近曲线比较平坦， 1 = 2,21,2. 非平行入射光引起的偏离，光程的变化引起信号的变化,3. 介质不均匀引起的偏离，如胶体或浑浊溶液,若不平行，实际光程比吸收池厚度大，产生正偏离,吸收和散射等，使检测到的吸光度偏大，产生正偏离,22,浓度增高，吸光物质粒子平均距离减小，相
8、互作用增强，电荷分布改变， 改变。 减小，向浓度轴偏离； 增大，向吸光度轴偏离。,4. 溶液浓度过高,5. 溶液中发生了化学反应（吸光物质 离解 缔合 异构互变 生成新物质 ）, 络合-离解,Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+,350,375,Cr2O72- 浓度不同 离解度不同 A-C 关系偏离beer定律, 聚合-离解,MR M + R,C (1-) C C ,*加入过量显色剂 ，可使 R保持不变，为定值，MR才能作为C的量度，A=KbC 成立。,稀溶液定律,CM的初始浓度,MR M的测定浓度,恒定MR才能作为C的量度,一、有机物的紫外可见吸收光谱,E E E n E
9、* E *,（一）电子跃迁类型,第三节 紫外可见吸收光谱,（二） 生色团 及共轭作用,乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基、乙炔基、腈基,1.生色团 含有 键的基团，在吸收外来辐射时可发生-*和 n-*跃迁。,2. 生色团的共轭作用,在共轭体系中电子有更大的离域性，*能量降低，n *和 * 的E降低。导致,吸收波长增大（红移）；,max 增大,一些含有n电子的基团 OH NH2 X,（三）助色团（Auxochromous group）,1. 助色机理,n-共轭 降低*能量使 *的E降低,2. 效果,max 红移；max增大,n电子增加，助色作用增强；n电子消失，助色作用消失。,max max,208
10、nm 7000,230 nm 8800,203 nm 7500,（ 四 ）溶剂效应,-* 跃迁的E减小，吸收峰红移。,1.对吸收波长的影响,n- * 跃迁E 增大，吸收峰蓝移,2.对光谱精细结构的影响,溶剂化作用限制了分子的自由转动， 溶剂极性限制了分子的自由振动， 吸收光谱精细结构消失 ，变得平滑。,溶剂选择原则,1）绘制吸收光谱（定性），应选用非极性溶剂；,2）比较已知物和未知物的吸收光谱，应选用 同一溶剂；,3）所用溶剂在测量的光谱范围内无吸收或少吸收。,在极性溶剂中,1. dd 配位场跃迁,正八面体配合物dd 配位场跃迁,在配体的作用下过渡金属离子的d 轨道裂分，吸收辐射后，产生 dd
11、 跃迁。,在实际的分析应用中没有价值，但可以用于配合物结构或无机配位键合理论方面的研究。,dd 跃迁概率较小，摩尔吸收系数一般只有 0.1100 Lmol-1cm-1,二、 无机化合物的紫外-可见吸收光谱,2.电荷转移跃迁,max 在可见区； max 104,中心离子和配位体之间，一方的电子向另一方轨道转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。,3. 中心离子影响下配位体 的-* 跃迁,当金属离子与含有生色团及助色团的配位体配合后，受到金属离子的作用，配位体所含的共轭结构发生了变化，导致其吸收光谱蓝移或红移。,* E 改变 E 蓝移 ； E 红移,例：茜素磺酸钠在pH45时与Al3+的显色反应,
12、Al3+ / 3,max = 420 nm,max = 475 nm,茜素磺酸钠,E 红移,32,一、比色法 1. 目视比色法 用眼睛观察比较溶液颜色以确定物质含量 原理： 间接应用比尔定律（观测吸收光的互补色光） 仪器：比色管 方法：标准系列法 特点：简单 准确度不高,第四节 紫外-可见分光光度法及仪器,33,2. 光电比色法,用仪器比较溶液颜色以确定物质含量原理： 朗伯-比尔定律（测定吸光度） 仪器：比色计 方法：标准曲线法 特点：单色光（纯度较差） 灵敏度和准确度较高 使用参比溶液，一定选择性 利用吸光度加和性，可做多组分测定,34,二、分光光度法,用仪器测定溶液吸光度以确定物质含量原理
13、： 朗伯-比尔定律 仪器：分光光度计 方法：标准曲线法 特点：单色光（纯度高） 灵敏度和准确度高 选择性好 利用吸光度加和性，可做多组分测定 扩大波长范围，可测紫外、红外吸收,三、分光光度计基本部件,光源,单色器,样品池,检测器,信号处理 及输出,1.光源,基本要求： 强 稳定 光谱区域宽 能量分布均匀,可见光源 卤钨灯 250 2000 nm,紫外光源 氢灯 氘灯 185 350 nm,2.单色器,作用：从复合光中获取单色光,棱镜,光栅,玻璃， 350 2500 nm, 石英，185 4500 nm,透射光栅 反射光栅；平面光栅 凹面光栅,玻璃，光学玻璃，石英,多道 ： 二极管阵列 电荷耦合
14、器件（CCD）电荷转移器件（CID）,狭缝 色散元件,3.样品池,4.检测器,5.信号处理及输出 表头、记录仪、屏幕、数字显示,作用：将光信号转换为电信号，并放大,单道 ： 光电管，光电倍增管；,光电倍增管（PMT）,有暗电流,电压要稳定,放大倍数104107,1. 工作原理 参比溶液 I0 调 T=100 % A=0 ；试液 I,补偿吸收池对光的吸收、反射，溶剂对光的吸收、散射，使I0成为真正只与被测物质有关的I0,2.特点,（一）单波长单光束分光光度计,四、分光光度计构造原理,不能进行吸收光谱的自动扫描（不易绘制吸收光谱）, 精密度不高,(参比溶液和试液不在同一时间测量，光源的波动影响测量
15、结果), 简单，廉价，适用于常规分析,（二）双光束分光光度计,1.工作原理, 精密度好（ I0 和 I 变化的幅度一致，补偿仪器的不稳定性）, 可进行吸收光谱的自动扫描（绘制吸收曲线）, 仪器复杂 较昂贵,2.特点,I0 和 I 同时（或交替）测量，统计处理。,仪器实物,仪器实物1,第五节 分析条件的选择,一、显色反应条件的选择,（一）显色反应及其类型 无机阳离子的显色反应绝大多数都属于络合反应，其中三元络合物体系在光度分析中发展较快、应用较为普遍。重要的三元络合物体系主要由以下几种类型： 1混配型络合物体系 例如, V(V)可与H2O2和吡啶偶氮间苯二酚（PAR）形成1：1：1的有色络合物。
16、 2离子缔合物体系 例如，Ag+ 与邻二氮菲形成配阳离子，再与溴邻苯三酚红的阴离子作用形成深蓝色的离子缔合物。 3. 金属离子-配体-表面活性剂体系 如在Au-KI-丁基罗丹明B体系中加入曲通-100，水溶液中即可测定，值高达1.2 106 。,43,显色反应基本要求,1.选择性好 显色剂 R不与共存组分显色或显色但不产生干扰, = 显- 配 60nm,2.灵敏度高 MRn max 大,3.精密度高 MRn 稳定，组成恒定,4.显色反应条件易于控制,（二）显色条件的选择,1. 显色剂的用量,M + nR = MRn,过量 定量,实际工作中，作 A CR 曲线，寻找适宜 CR 范围。,RH = R- + H+,例：磺基水杨酸 Fe 3+,紫红色,pH = 2 3
