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1、第5章 紫外-可见分光光度法,5.1 紫外-可见吸收光谱5.2 朗伯-比耳定律5.3 紫外-可见分光光度计5.4 分析条件的选择5.5 紫外-可见吸收光谱的主要用途,一.定义：紫外-可见吸收光谱法(ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-VIS),在波长200-750nm内，基于分子内电子跃迁的吸收光谱来确定物质的组成、含量，推测物质结构的一种分析方法,又称为紫外-可见分光光度法。它属于分子吸收光谱法。,5.1 紫外-可见吸收光谱,二.紫外-可见分光光度法的特点：,1 与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度快;,2 灵敏
2、度高;,3 选择性好;,4 精密度和准确度较高;,5 用途广泛。,5.1 紫外-可见吸收光谱,三.光谱种类：,吸收光谱,主要有: 红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。,不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同以-A作图,图示,5.2.1 电子跃迁相关概念,1有机化合物的电子跃迁及类型,分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电
3、子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。,外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁，依所需能量大小顺序为：n n ,有机化合物的紫外-可见吸收光谱是其分子中的外层价电子跃迁的结果（三种）：电子、电子、n电子。,跃迁,所需能量最大，电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长200nm。这类跃迁属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和键同时存在时发生n 跃迁。如：丙酮n 跃迁的max为275nm，max为22 Lmol-1 cm -1（溶剂环己烷)
4、。,饱合有机化合物的电子跃迁类型为*，n* 跃迁，吸收峰一般出现在真空紫外区，吸收峰低于200nm，实际应用价值不大。 不饱合机化合物的电子跃迁类型为n*，* 跃迁，吸收峰一般大于200nm。,2. 生色团与助色团,生色团(chromophore) ： 最有用的紫外-可见光谱是由和n跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基-NN-、乙炔基、腈基-CN等。助色团(auxochrome)： 有一些含有n电子的基团(如-OH、-OR、-NH、-NHR、-X等)，它们本身没有生色功能(不能
5、吸收200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n-共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。,3. 红移(red shift or bathochromic shift)与蓝移(hypsochromic shift),有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长max和吸收强度发生变化: max向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移 (或紫移)。4.增色效应或减色效应 吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如右图所示。,5.2.2 光的吸收定律(朗伯比尔定律),假定：单色光平行光垂
6、直入射溶液均匀吸光质点行为相互无关,Alg（I0/It)= a b c溶液的浓度，单位gL-吸光度 吸光系数（Lg-cm-） 液层厚度（cm） 或: Alg（I0/It)=b c ：摩尔吸光系数，单位Lmol-cm-； c：溶液的摩尔浓度，单位molL-； a与的关系为：a =/M （M为摩尔质量）,1.朗伯-比耳定律,朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量； 摩尔吸光系数在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度； 吸光系数 a 相当于浓度为1 g/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,2. 摩尔吸光
7、系数的讨论,（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时,仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3）可作为定性鉴定的参数；,（4）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 （5）max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏； 2104 ：不灵敏。,透过光的强度It与入射光的强度Io之比称为透光度或透光率，用
8、T表示。 T = I t / I0,吸光度A与透光度T的关系: A lg(I0/It) lg(1/T) -lg T,3. 吸光度A与透光度T的关系,4. 偏离朗伯-比耳定律的原因,标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯-比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）： （1）物理性因素，即仪器的非理想状态引起的； （2）化学性因素。,（1）物理性因素,难以获得真正的纯单色光 朗伯-比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。复合光可导致对朗伯-比耳定律的正或负偏离。,非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯-比耳定律的偏离，最主要的
9、是非单色光作为入射光引起的偏离。,分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。,非平行入射光引起的偏离,使光程，A，吸收光谱变形,介质不均匀引起的偏离,反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光直接对T产生影响。散射和反射使T，A，吸收光谱变形,注：一般可用空白对比校正消除,(2) 化学性因素,朗伯-比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；该假定只有在稀溶液(c10 -2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。 故：朗伯-比耳定律只适用于稀溶液 溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。 例： 铬酸盐或重
10、铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中CrO42-、 Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液pH 对测定有重要影响。,故溶剂的选择得注意如下几点：（1）尽量选用低极性溶剂；（2）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；（3）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。pH值,5.3 紫外-可见分光光度计,紫外-可见分光光度计,日本岛津UV2600/2700,一、基本组成,光源,单色器,样品室,检测器,显示,常用的光源有两类：热辐射光源和气体放电光源,1 光源,热辐射光源用于可见光区，如钨灯卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区
11、，如氢灯氘灯。,钨灯（波长范围为3252500nm）氢灯（氢弧灯 165375nm）,单色器的主要组成：入射狭缝、出射狭缝、色散元件和准直镜等部分。,2 单色器,单色器质量的优劣，主要决定于色散元件的质量。色散元件常用棱镜和光栅。,3. 样品室,样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。4. 检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。,5. 结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理,二、分光光度计的类型,1.单光束,2.双光束 自动
12、记录，可免除移动参比液的麻烦。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。,特点：使用时来回拉动吸收池 移动误差对光源要求高比色池配对,3.双波长,将不同波长的两束单色光(1、2) 快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。=12nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。,双波长分光光度计,双波长分光光度计的优点：是可以在有背景干忧或共存组分吸收干忧的情况下对某组分进行定量测定。,岛津UV-2700双光束双波长的,（一）显色反应的选择及类型,选择显色反应时应考虑的因素： 灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，
13、两种有色物最大吸收波长之差：“对比度”，要求 60nm。1.配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外-可见吸收光谱。,5.4 分析条件的选择,2.氧化还原显色反应,某些元素的氧化态，如Mn（）、Cr（）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。 例如：微量锰的测定，Mn2不能直接进行光度测定，将Mn2 氧化成紫红色的MnO4后，在525 nm处进行测定： 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4 + 10 SO42- 16H+,显色剂,无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。 有机显色剂：种类繁多 偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PAR等。 三苯甲烷类：铬天青S、二甲酚橙等,（二）显色反应条件的选择,1.显色剂用量 吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。,2.反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。3.显色时间与温度 由实验确定。4.溶剂 一般尽量采用水相测定。,
