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1、化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法第第2 2章章 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法基本要求1. 了解分子能级与电磁波谱、光谱法的分类、影响比尔定律 的因素、透光率的测量误差，紫外-可见分光光度计各部件 的作用，光度法显色反应的条件，定性鉴别方法。2. 掌握紫外-可见分光光度法的定量依据，朗伯-比尔定律的 表达形式、物理意义，摩尔吸收系数和比吸收系数的物理 意义及有关计算。3. 掌握测定波长的选择，紫外-可见吸收光谱的产生，电子跃 迁类型；吸收带、生色团、助色团、蓝移、红移、增色效 应和减色效应、溶剂效应等基本概念。化学化工学院Analy
2、tical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法第第2 2章章 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法2.1 电磁辐射与电磁波谱2.2 基本原理2.3 紫外-可见分光光度计2.4 定性与定量分析方法2.5 紫外吸收光谱与有机化合物分子结构的关系化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2.1.1 2.1.1 电磁辐射和电磁波谱电磁辐射和电磁波谱1. 电磁辐射在真空中以光速c (c =2.998108 ms-1)进行传播的光子流，是一种能量，又称电磁波 。电磁辐射具有波粒二向性。电磁辐射波动性电磁辐射的波动性可以用正弦波进行描述，通常用波长
3、 （）、频率（）、波数（）进行表征。参数之间的关系为2.1电磁辐射和电磁波谱化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法电磁辐射的微粒性电磁辐射与物质作用时，吸收、发射和光电效应等都是微粒性的表现，这时电磁辐射的能量不是均匀连续分布在它传播 的空间，而是集中在辐射产生的光子微粒上，是量子化的。电磁辐射能量与频率之间的关系为式中h 为普朗克常数（6.62610-34Js）2.1.1 2.1.1 电磁辐射和电磁波谱电磁辐射和电磁波谱化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2. 电磁波谱 将电磁辐射按波长大小顺序排列化学
4、化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2.1.2 2.1.2 光谱法的分类光谱法的分类光谱法的分类按物质与辐射能的转换方向（能级跃迁方向）不同，可分为吸收光谱法和发射光谱法。吸收光谱分析法：原子或分子选择吸收电磁辐射源中具有适宜能量的光子， 使相应波长位置出现吸收线或吸收带构成的光谱即为吸收 光谱。 发射光谱分析法：原子或分子受辐射激发跃迁到激发态，再由激发态回到 基态，以辐射的方式释放能量产生的光谱为发射光谱。化学化工学院Analytical Chemistry 第2章
5、紫外-可见分光光度法光学分析法光谱法非光谱法原子光谱法分子光谱法原 子 吸 收 光 谱原 子 发 射 光 谱原 子 荧 光 光 谱X 射 线 荧 光 光 谱折 射 法圆 二 色 性 法X 射 线 衍 射 法干 涉 法旋 光 法紫 外 光 谱 法红 外 光 谱 法分 子 荧 光 光 谱 法分 子 磷 光 光 谱 法核 磁 共 振 波 谱 法化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2.2 基本原理紫外-可见分光光度法（UV-Vis）是指根据物质分子选择性吸收特定频率的紫外或可见光建立起来的分析方法。波长范围：200760nm产生原因：分子中价电子的跃迁特点
6、：适用于微量和痕量组分分析，灵敏度达10-7gL-1化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法p 为什么上述溶液呈现不同的颜色？化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法由于溶液对光的选择性吸收引起的，溶液呈现的是被物质吸收颜色的互补色。 单色光复色光互补光 原 因化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法 单色光、复合光、光的互补单色光单色光复合光复合光光的光的互补互补单一波长的光单一波长的光由由不同波长的光组合而成的光不同波长的光组合而成的光若若两种不同颜色的单色光按一定
7、的强度比两种不同颜色的单色光按一定的强度比 例混合得到白光，那么就称这两种单色光例混合得到白光，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。为互补色光，这种现象称为光的互补。蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2.2.1 2.2.1 朗伯朗伯- -比尔（比尔（LamberLamber-Beer-Beer）定律）定律描述物质对单色光吸收强弱与吸光物质厚度和物浓度的关系 ，是吸光光度法的基本定律。Lamber定律：说明吸光与物质厚度l的关系 Beer定律：说明吸光与物质浓度c的关系 假设一束平行单色光通过一个吸光
8、物体化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法取物体中一极薄层入射光 I0透射光 It化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法式中E是比例常数，又称为吸收系数。朗伯-比尔定律是吸收光谱法定量分析的基础。即为朗伯-比尔定律的数学表达式化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法1. Lamber-Beer定律的适用条件:入射光为单色光； 溶液是稀溶液2. 该定律适用于固体、液体和气体样品讨论朗伯-比尔定律说明，透光率T与物质浓度c或厚度l之间是指数 函数的关系，吸光度A与物质浓
9、度c或厚度l之间是正比关系。在同一波长下，彼此间无相互作用的多组分体系的总吸光度是各物质吸光度的总和： A = A1 + A2 + + An = E1lc1 + E2lc2 + + Enlcn吸光度的加和性化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法吸光度A、透光率T与浓度c的关系ATcA=ElcT T = 0.0 %= 0.0 %，A A = = T T = 100.0 %= 100.0 %，A A = 0.0 = 0.0化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2.2.2 2.2.2 吸光系数和吸收光谱吸光系数和
10、吸收光谱1. 吸光系数吸光系数的物理意义：单位浓度、单位厚度的吸光度1）当单色光波长、组分性质、温度和溶剂一定时，E一定；2）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸收），但同一 物质在不同波长下E一定不同；3）E越大，物质对光吸收能力越强，测定灵敏度越高。4）E是定性、定量分析的依据。化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法吸光系数的两种表示方式1）摩尔吸光系数：单位浓度及单位厚度时的吸光度，用或EM标记。2）百分吸光系数 / 比吸光系数：是指在一定下，c=1g/100mL ，l=1cm时的吸光度，用E1cm1%标记。两者之间的关系摩尔吸收系数值通常
11、在104105之间为强吸收，为高灵敏 度；小于102为弱吸收，为低灵敏度；介于两者之间为中强吸收。化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2. 紫外-可见吸收光谱又称吸收曲线，即以波长为横坐标，吸光程度为纵坐 标作图，所得的 A曲线。1-吸收峰最大吸收波长max 2-谷最小吸收波长mix 3-肩峰 4-末端吸收化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法吸收光谱反映了物质分子的特征吸收： (1) 同一物质对不同波长光的吸收程度不同，如
12、KMnO4对紫色和红色光吸收吸收很弱，而对525nm附近的绿色光吸收最强。吸光度A最大处的波长称为最大吸收波长，用max 表示。在处测得的摩尔吸收系数为Emax 。(2) 同一物质浓度不同时，在同一波长处吸光度不同，c愈大，A愈大，这是吸光光度法对物质进行定量分析的依据。 (3) 同一物质分子运动的形式相同，结构相同，吸收曲线的形状相同，且max位置不变；但不同物质的max和吸收曲线的形状互不相同，据此可对物质进行定性分析。化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法(4) 若选择在max处测量A，则灵敏度高； (5) 从吸收光谱曲线得出结论：c愈大，颜色
13、愈深，吸收愈强。即 c增大，则A增加，T减小，但max和max不变。(6) 吸收光谱反映了分子的电子结构特征，可为物质结构的研究提供重要信息。2. 紫外-可见吸收光谱化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法3. 吸光度的测量溶剂和容器 紫外光区-石英吸收池可见光区玻璃吸收池空白对比空白：与试样完全相同的溶液和容器但不 含被测物质。以空白作参比，调节A=0 (T=100%)化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2.2.3 偏离Beer定律的因素依据Beer定律，A与c关系应为经过原点的直线，但往往偏离。主要有以
14、下因素：光学和化学因素偏离的原因主要是仪器或溶液的 实际条件与朗伯-比尔定律所要 求的理想条件不一致。化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法a) 由于分子间的相互作用。高浓度时，吸收质点靠得很近，会互相影响对方的电荷分布，使吸收质点对某一给定波长光的吸收能力改变，从而偏离比尔定律。b) 吸光物质因浓度改变而有解离、缔合、溶剂化及配合物组成改变等现象。溶液浓度高时偏离比尔定律，原因是：1. 化学因素的影响化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法1. 1. 化学因素的影响化学因素的影响例如 苯甲酸在水溶液中，发生
15、电离反应C6H5COOH + H2O C6H5COO- + H3O+max （nm） 273 268max (L/molcm) 970 560稀释溶液或改变溶液pH值时，会产生对比尔 定律的偏离。例如 重铬酸根溶液 Cr2O72- + H2O 2 HCrO4- 2 CrO42- + 2H+ 化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法2. 仪器因素的影响（1）非单色光的影响朗伯-比尔定律只适用于单色光，但目前的光度计得到的入射光实际上仍是具有一定波长范围的复合光，此范围 称为谱带宽度。由于物质对不同波长的光的吸收程度不同，从而导致 对朗伯-比尔定律的偏离（
16、或正或负）。谱带宽度愈大，单色光的纯度愈差，吸光物质的浓度 愈高，偏离朗伯-比耳定律的程度愈严重。化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法讨论故入射光的谱带宽度严重影响 吸收系数和吸收光谱形状 采取措施 使用较好的单色器（，单 色性） 选max作为测定波长（E， S且线性好）化学化工学院Analytical Chemistry 第2章 紫外-可见分光光度法（2）杂散光的影响 杂散光是指从单色器得到的入射光中，那些波长不在谱带宽度范围内，与所选波长相距较远的光。杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变化。（3）散射光和反射光的影响散射光和反射光均是入射光谱带宽度内的光，直接对T
