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1、第一章 紫外可见分光光度法,利用物质对紫外可见光的吸收特征和吸收强度，对物质进行定性和定量分析的一种仪器分析方法。在化工、医药、冶金、环境监测等领域广泛应用。,了解紫外可见吸收光谱的产生 理解化合物电子能级跃迁的类型和特点 熟悉紫外可见分光光度计的工作原理 掌握光吸收定律的应用及测量条件的选择 掌握紫外可见分光光度法在定量分析中的应用,知识目标,能解释物质产生的颜色 能操作常见的紫外可见分光光度计 能应用紫外可见分光光度法进行物质的定量分析,能力目标,第一节 基本原理,一、光的基本特性 二、光与物质的作用 三、光谱吸收曲线 四、光吸收定律,一、光的基本特性,1光的波动性,光具有波动性：光的折射
2、、衍射和干涉等; 光属于电磁波(电磁辐射)，可在真空中传输; 光速(真空中)：C = 2.997108ms-1。,描述参数,频率(赫兹，Hz)： 每秒内振动的次数 波长(m，cm，m，nm)：相邻两个波峰或波谷间的直线距离 波数(cm-1)： 每厘米内波的振动次数,电磁波谱,电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波谱,2光的粒子性,光具有粒子性: 光电效应 光由光子(光量子)组成: 光子具有能量 光子的能量与光的频率或波长有关:,E: 焦耳(J)或电子伏特(eV) 1eV=1.60210-19J h: 普朗克常数6.62610-34Js,【例1-1】试计算波长为400nm的电磁辐射的能量。分别用焦耳和
3、电子伏特表示。,解：,思考,试比较波谱区各种辐射的能量大小。,2单色光、复合光和互补色光,单色光：具有同一波长（或频率）的光。 复合光：由不同波长的光组合而成的光； 复合光可分离出单色光。 可见光：能被肉眼感受到的光； 波长范围：400780nm。,日光：复合白光，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成。,互补色光：,如果两种适当颜色的光按一定强度比例混合得到白光，则这两种颜色的光称为互补色光。,二、光与物质的作用,光的发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。 反射、折射、干涉、衍射等过程中，光的传播方向发生改变，但光与物质之间没有能量的传递。,1光的吸收,特点：在光的吸
4、收过程中，光与物质之间会产生能量的传递。 微观过程：能级跃迁。,光吸收的条件：,E= Ej-E0,【例1-2】某分子中两个电子能级之间的能级差为1eV，若要电子在两个能级之间发生跃迁，需要吸收光的波长为多少nm？如果能级差为20eV，波长应为多大？,解：对应能量的波长分别为：,由上述例题得出什么结论？,结论：物质对光的吸收具有选择性。,2. 物质颜色的产生,如果完全吸收各种波长的光，则呈黑色； 如果完全反射即没有光的吸收，则呈白色； 如果选择性吸收了某些波长的光，则呈现的颜色与其反射或透过的光的颜色有关。,光学现象：当一束白光照射到固体物质时,如果各种颜色的光透过的程度相同，则溶液无色透明；
5、如吸收了某种波长的光，则溶液呈现的是它吸收的光的互补色。,光学现象：当一束白光照射到溶液时,完全吸收,完全透过,吸收黄光,物质呈现的颜色与吸收光的对应关系,三、光谱吸收曲线,1. 紫外可见吸收光谱产生的机理,分子内的三种运动形式,电子运动: 在不同分子轨道上； 原子核之间的相对振动； 分子本身绕其重心的转动。,分子内的三种能级,电子能级：Ee 振动能级: Ev 转动能级：Er,E,在光吸收受过程中，基于分子中电子能级的跃迁而产生的光谱，称为紫外可见吸收光谱。,紫外可见吸收光谱,2. 光谱吸收曲线,用一连续波长的光以波长大小顺序分别照射分子，测定物质分子对各种波长光的吸收程度（用吸光度A表示）。
6、,实验测量：,数据处理：,以波长()为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到 A关系曲线，即光谱吸收曲线，通常称为吸收光谱。,特征： 曲线形状 峰的数目 峰的位置 峰的强度,图1-3 KMnO4水溶液的吸收曲线。其中（a）、（b）、（c）对应的浓度分别为：1.410-2、2.810-2、5.610-2g/L。,同一种物质对不同波长光的吸光度不同； 同一物质不同浓度的溶液，曲线形状相似，但一定波长处的吸光度随溶液的浓度增加而增大。物质定量分析的依据； 不同物质吸收曲线的特性不同，与物质特性有关。物质定性分析的依据。,谱线讨论,四、光吸收定律,光的吸收程度与光通过物质前后的光的强度变化有关 。,1. 光
7、强度、透光率和吸光度,讨 论,T: 0.00100.0。T=0.00%表示光全部被吸收；T=100.0%表示光全部透过。 A: 0.00。A=0.00表示光全部通过；A表示光全部被吸收。,当一束平行单色光垂直通过溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。,k为比例常数；b的单位为cm。,2. 朗伯-比耳吸收定律,K的讨论,k的物理意义：液层厚度为1cm的单位浓度溶液，对一定波长光的吸光度。k愈大，表示吸收光的能力愈强，分光光度测定的灵敏度就愈高。 k的单位及数值还与浓度采用的单位有关 。,3. 应用条件,入射光必须为单色光； 被测样品必须是均匀介质； 在吸收过程中，吸收物质之
8、间不能发生相互作用。,应用范围,即适于紫外光、可见光，也适于红外光； 即适于均匀非散射的液态样品，也适于微粒分散均匀的固态或气态样品； 即可用于单组分分析，也可用于多组分的同时，测定吸光度具有加和性。,【例1-3】 已知某化合物的分子量为251，用乙醇作溶剂将此化合物配成浓度为0.150mmol/L的溶液，在480nm波长处用2.00cm吸收池测得透光率为39.8%，求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数及质量吸光系数a。,【解】 已知 c =0.15010-3mol/L，b = 2.00cm， T = 0.398,摩尔吸光系数：,质量吸光系数：,4. 朗伯-比耳定律的偏离现象,朗伯-比耳定律的
9、局限性: 浓度不高的溶液； 非单色入射光引起的偏离: 仪器因素； 溶液本身发生化学变化引起的偏离 。,原 因,第二节 化合物的紫外可见光谱,一、有机化合物的紫外可见光谱 二、无机化合物的紫外可见光谱,光谱产生:由构成分子的原子的外层价电子跃迁所产生; 电子跃迁: 与分子的组成、结构以及溶剂等因素有关。,一、有机化合物的紫外可见光谱,1电子跃迁的类型,分子轨道类型,成键轨道：轨道、轨道；,反键轨道：* 轨道、* 轨道；,非键轨道：n 轨道。,图示,电子类型,成键电子：电子、电子；,非键轨道：n 电子。,电子吸收光能，由低能极轨道跃迁到高能极轨道。,n*,*,n*,*,电子跃迁过程示意,*,发生范
10、围：所有有机化合物；,吸收光波长： 200nm；,n*,发生范围：含N、O、S、P和卤素原子的 有机化合物；,吸收光波长：200nm附近；,*,发生范围：含有不饱和键的有机化合物； 如: C=C、CC,吸收光波长： 200nm附近；,n*,发生范围：含有不饱和杂原子基团的有 机化合物；既有键又有孤对 电子；如： -C=O、-NO2,吸收光波长： 近紫外区甚至可见去；,电荷转移跃迁,发生范围：具有电子给予体和电子接受体 化合物；,吸收光波长： 近紫外区甚至可见区；,2常用术语,生色团,定义：含有键的结构单元,举例： CCCO NN、 NO、 CN,电子跃迁：*或n* 跃迁,助色团,定义：含有未共
11、用电子对的杂原子基团,举例： NH2 、OH 、NR2 、OR SH 、SR 、Cl 、Br,作用原理： 本身无生色功能，与生色团相连时，基团中的 n电子与生色团中的电子发生n共轭作用，使*跃迁能量降低，跃迁几率变大，增强生色团的生色能力，使吸收波长向长波方向移动。,红移和蓝移,红移：使化合物的吸收峰向长波长方向移动的现象。不饱和键之间的共轭效应、引入助色团或改变溶剂的极性，都会引起红移现象。,蓝移：使化合物的吸收峰向短波长方向移动的现象称为蓝移（或紫移）。改变溶剂的极性会引起蓝移现象。,3影响紫外可见吸收光谱的因素,（1）共轭效应,（2）容剂效应,（3）溶液pH,共轭效应,两个或两个以上不饱
12、和键共轭时，由于共轭后电子的运动范围增大，引起*轨道的能量降低，*跃迁的能级差E减小，吸收光谱产生红移，同时摩尔吸光系数增大。,溶剂效应,使用的溶剂不同，同一种物质得到的光谱可能不一样。,溶剂对异丙叉丙酮紫外吸收光谱的影响,n*跃迁：蓝移； ；, *跃迁：红移； ；,溶液pH,不同pH的溶液中，分子或离子的解离形式可能发生变化，其吸收光谱的形状、max和吸收强度可能不一样。,测定这些化合物的紫外可见光谱时，须注意溶液的pH。,4常见有机化合物的紫外可见吸收光谱,只能生*跃迁，150nm。 可作为测定紫外可见光谱时的溶剂 。 引入杂原子，可产生n*跃迁，吸收波长变大。 如：CH3I、CH3Br、
13、CH3Cl 、CH4的max分别为259nm、204nm、173nm 、125nm 。电负性越小， max越大。,饱和烃及其取代衍生物,产生*和*跃迁。 *跃迁吸收光波长大，有实用价值。 共轭烯烃，因共轭效应产生红移，共轭体系越大，吸收波长越长。,不饱和烃及共轭烯烃,某些共轭多烯的吸收光谱特性,特征吸收带：180nm、204nm处产生E1、E2两个强吸收带，由苯环结构中三个键环状共轭系统的跃迁产生。 精细结构吸收带：230270nm处出现B吸收带，由*跃迁和苯环振动的重叠引起。 对于稠环芳烃化合物，苯环的数目越多，max越大。,苯及其取代衍生物,发生n*、n *和*跃迁，产生三个吸收带。 n*
14、跃迁所需要的能量较低，吸收波长进入近紫外光区或紫外可见光区。,羰基化合物,二、无机化合物的紫外可见光谱,一些无机物也产生紫外-可见吸收光谱，其主要能级跃迁类型包括电荷转移跃迁和配位场跃迁。,电荷迁移跃迁,电子接受体: 配合物的金属中心离子(M); 电子给予体: 配位体()。,max 较大 (104以上)，可用于定量分析。,配场跃迁,过渡元素与配位体配合时，d或f轨道发生能级分裂。低能量轨道上的电子吸收外来能量，跃迁到高能量的 d 或 f 轨道，从而产生吸收光谱。,Co(H2O)62+、Ni(H2O)62+、Cu(NH3)42+等呈现出不同颜色，都是由配位场跃迁产生的。,一、主要组成元件 二、紫
15、外可见分光光度计的类型,第三节 紫外可见分光光度计 的结构与原理,一、主要组成元件,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,1. 光源,作用：提供光能, 使待测物质产生光吸收。 要求：提供连续光谱、稳定性良好、使用寿命长、辐射强度随波长无明显变化。 类型：辐射光源 、气体放电光源,辐射光源,种类：钨灯、卤钨灯： 波长范围：3601000nm 应用：可见光分光光度计,气体放电光源,种类：氢灯、氘灯 波长范围：160375nm 应用：紫外分光光度计,紫外可见分光光度计需要同时安装两种光源,2. 单色器,作用：从复合光中分出波长可调的单色光 。 组成：入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元件和出射狭缝 。
16、类型：棱镜、光栅。,玻璃棱镜适用于可见光区。 石英棱镜适用于可用于紫外、可见光区。 光栅可用于紫外、可见和近红外光谱区。,3. 吸收池,作用：光与物质发生作用的场所，要求吸收池能让入射光束通过。 类型：玻璃池只能用于可见光区； 石英池可用于可见光区及紫外光区。,4. 检测器,作用：利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号。 类型：光电池、光电管、光电倍增管。,硒光电池,优点：使用方便、便于携带（耐用、成本低）。 缺点：电阻小，电流不易放大；响应较慢。 只在高强度辐射区较灵敏； 长时间使用后，有“疲劳”现象。,阴极表面可涂渍不同光敏物质。 优点：电流易放大、响应快、应用广。 缺点：有微小暗电流。,真
