紫外-可见吸收光谱法

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1、第二章 紫外可见吸收光谱法本章地位：本章是仪器分析课程中光分析方法的第一章，光分析方法中的一些基本理 论、基本概念、基本专业术语，在本章中首次出现并应用，对光分析方法起着建 立基本框架、引导学习思路的作用。紫外可见吸收光谱法历史较久远，应用十分广泛，与其它各种仪器分析 方法相比，紫外可见吸收光谱法所用的仪器简单、价廉，分析操作也比较简 单，而且分析速率较快。 在有机化合物的定性、定量分析方面，例如化合物的鉴定、结构分析和纯度检 查以及在药物、天然产物化学中应用较多。本章内容： 本章主要讨论了紫外可见吸收光谱的产生、紫外可见分光光度计仪器原 理和结构以及紫外可见吸收光谱法在有机定性及结构分析中的

2、应用。讲解思路： 让学生首先了解：不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收， 因而具有不同的吸收光谱。而各种化合物，无机化合物或有机化合物吸收光谱的产生在本质 上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二者在电子跃迁类型上有一定区别。电子跃迁类 型是本章的难点。最后了解利用紫外可见分光光度计可使物质产生吸收光谱并对其进行检 测。鉴定的方法是本章的重点。学时分配：4学时第一节 概述分光光度法是基于物质分子对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。按物质吸收光的 波长不同，可分为可见分光光度法、紫外分光光度法及红外分光光度法。特点： *灵敏度较高，适用于微量组分的测定。但相对误差较大。

3、*具有操作方便、仪器设备简单、灵敏度和选择性较好等优点，为常规的仪器分析方法 紫外可见分光光度法的局限性:有些有机化合物在紫外可见光区没有吸收谱带,更有个别的化合物紫外可见吸收光谱图 大致相似。所以但根据紫外可见光谱图不能完全决定这些物质的分子结构。 一分子吸收光谱在分子中存在着电子的运动，以及组成分子的各原子间的振动和分子作为整体的转动。分子的总能量可以认为等于这三种运动能量之和。即：E 分子= E 电子 + E 振动 + E 转动如果用 E电子， E振动以及AE转动表示各能级差，贝呱 E电子 E振动AE转动由分子中的电子能级、振动能级和转动能级跃迁产生的光谱分别称为电子光谱、振动光 谱和转

4、动光谱。其对应的波谱区范围如下： Ee Ev Er电子光谱振动光谱转动光谱紫外可见光诉红外、中红外区远红外、微波区由于分子选择性的吸收了某些波长的光，所以这些光的能量就会降低，将这些波长的光 及其所吸收的能量按一定顺序排列起来，就得到了分子的吸收光谱。 二有机化合物的紫外可见吸收光谱与紫外-可见吸收光谱有关的电子有三种，即形成单键的o电子、形成双键的n电子以 及未参与成键的 n 电子。跃迁类型有：o o *、n o *、n n *、n n *四种。1、饱合有机化合物的电子跃迁类型为o o *,跃迁所需的能量最大，吸收峰一般出现在远 紫外区，吸收峰低于200nm，实际应用价值不大。如乙烷的最大吸

5、收峰在135nm处。2、n-o *跃迁，所需的能量比o o *跃迁所需的能量少，吸收光谱的波长一般在150 250nm处。一般发生在有机化合物中的H被杂原子取代后的产物中，如碘代乙烷的吸收峰在 259nm 处。这种能使吸收峰向长波方向移动而产生红移现象的原子团称为助色团。3、不饱合有机化合物的电子跃迁类型为n-n *，n -n *跃迁，所需的能量较低，吸收峰 一般大于 200nm。这两类跃迁都要求有机化合物的分子中含有不饱和键的官能团，这种含有不饱和键的基 团称为生色团。在以上几种跃迁中，只有冗-冗*和n-冗*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚 至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究

6、的重点。第二节光的吸收定律Lambert-beer定律光的选择性吸收与物质颜色的关系：1可见光的颜色和互补色：在可见光范围内，不同波长的光的颜色是不同的。平常所见的白光（日光、白炽灯光等）是一种复合光，它是由各种颜色的光按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器可将它分解 成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单色光。白光除了可由所有波长的可见光复合得到外，还可由适当的两种颜色的光按一定比例复 合得到。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。 2、物质的颜色与吸收光的关系：当白光照射到物质上时，如果物质对白光中某种颜色的光 产生了选择性的吸收，则物质就会显示出一定的颜色。物质所显示的颜色是吸收光的

7、互补色。X/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-610黄蓝610-650橙绿蓝650-760红蓝绿单色光(monochroma tic ligh t)只具有一种波长的光。混合光 由两种以上波长组成的光。白光 是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的。 物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的。一、朗伯比尔定律 当一束平行的单色光照射到有色溶液时，光的一部分将被溶液吸收，一部分透过溶液还有一部分被器皿表面所反射。设入射光强度为10,透过光强度为It,溶

8、液的浓度为c, 液层宽度为b经实验表明它们之间有下列关系： 透光度、吸光度与溶液浓度及液层宽度的关系A = lg o = lg = kb(2-2)I T溶液浓度与宽度的乘积与吸光度成正比，以上两式中k是比例系数，与入射光波长、溶 液的性质及温度有关。当c的单位为g L-1, b的单位为cm时，k以a表示，称为吸光系 数(absorption coefficient),其单位为 L g-1 cm-1，此时式(2-2)变为如果浓度c的单位为mol L-1, b的单位为cm,这时k常用表示。称为摩尔吸光系A= abc数(molar absorp tivi ty),其单位为LmolTcmT,值越大，表

9、示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强，故光度测定的灵敏度越高。值在103 以上即可进行分光光度法测定A= bc如果浓度c的单位为mol L-1, b的单位为cm,这时k常用 表示。称为摩尔吸光系 数(molar absorp tivi ty),其单位为LmolTcmT, 值越大，表示吸光质点对某波长 的光吸收能力愈强,故光度测定的灵敏度越高。值在103 以上即可进行分光光度法测定A= bc二 偏离朗伯一比尔定律的因素 定量分析时,通常液层厚度是相同的,按照比尔定律,浓度与吸光度之间的关系应该是 一条通过直角坐标原点的直线。但在实际工作中,往往会偏离线性而发生弯曲。若在弯曲部 分进行定量,将产生较

10、大的测定误差图9-4对比尔定律的偏离情况(一) 非单色光所引起的偏离朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立,但在实际工作中,即使质量较好的分 光光度计所得的入射光,仍然具有一定波长范围的波带宽度。在这种情况下,吸光度与浓度 并不完全成直线关系,因而导致了对朗伯一比尔定律的偏离。所得入射光的波长范围越窄 即“单色光”越纯,则偏离越小。(二) 非吸收作用引起的偏离非吸收作用引起的对朗伯一比尔定律的偏离,主要有散射效应和荧光效应,一般情况下 荧光效应对分光光度法产生的影响较小。散射效应：朗伯一比尔定律只适用于十分均匀的吸收体系。当待测液的体系不是很均匀 时,入射光通过待测液后将产生光的散射而损失

11、,导致吸收体系的透过率减小,造成实测吸 光值增加朗伯比尔定律是建立在均匀、非散射的溶液这个基础上的。如果介质不均匀,呈胶体、乳浊、悬浮状态，则入射光除了被吸收外，还会有反射、散射的损失，因而实际测得的吸光度增大，导致对朗伯比尔定律的偏离DetectorTransparent sampleDetector荧光效应：汨叫也当入射光通过待测液，若吸光物质分子吸收辐射能后所产生的激发态分子以发射辐射能 的方式回到基态而发射荧光，结果必然使待测液的透光率相对增大，造成实测吸光值减小。二）化学反应引起的偏离溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。其中有色化合物的离解是偏离 朗伯比尔定律的主要化学

12、因素。溶液稀释时，上述平衡向右，离解度增大。所以当溶液体积增大一倍时，Fe（SCN）3的 浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致偏离朗伯比尔定律。第三节 紫外可见分光光度计 内容提要：紫外可见分光光度计主要由光源、单色器、吸收池、检测器及信号显示五部分 组成。需讲解每部分的作用与原理。作用：提供能量激发被测物质分子。光源种米f钨灯：适用波长范围3202500nm 种类氢（氘）灯：提供波长范围180375nm。单色器：从连续光谱中获得所需单色光 吸收池：用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿 检测器：检测光信号。常用检测器有光电管和光电倍增管 信号显示器：是读数装置。并了解仪器类型及功能，如

13、单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光 光度计的工作原理。重难点：双波长分光光度计原理及构造。一、基本组成 general process1. 光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、 较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区：氢、氘灯。发射180375 nm的连续光谱。2. 单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅 聚焦装置：透镜或凹面反射镜

14、，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝。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三、仪器的主要性能指标1、光度的准确度：是指样品在最大吸收波长处吸光度的测量值与真实值间的偏差，该偏差 越小，说明仪器的准确度越高。国际上通常采用吸光度的准确度来表示仪器的光度准确度，常用酸性重铬酸钾法进行检 测。2、波长准确度：是指仪器指

15、示器上所指示的波长与实际所输入的波长值之间的符合程度， 常用波长误差来表示。波长准确度常用稀土玻璃进行检测。3、杂散光：是分光光度法测量中的主要误差来源。4、分辨率：指仪器对相邻两吸收带可分辨的最小波长的间隔能力。5、光谱带宽：是指从单色器射出的单色光最大强度的1/2处的谱带宽度。6、基线稳定度与平直度：指仪器在不放置样品时扫描100%T线和0%T线时读数偏离的程度 或基线弯曲的程度。第四节 紫外可见吸收光谱法分析条件的选择一、溶剂选择的原则：1 、不与被测组分发生化学反应2、所选溶剂在测定波长范围内无明显吸收3、对被测组分有较好的溶解能力4、被测组分在所选的溶剂中有较好的峰形二、测量条件的选择1、入射波长的选择：通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最强吸收带的最大吸收波长为 入射波长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰进行 测定。2、狭缝宽度的选择：为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增 加为准。一般来