紫外可见吸收光谱分析ppt课件

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1、 第三章 紫外可见吸收光谱法 白晓艳 生命科学与化学学院 3.1 3.1 概述概述紫外紫外- -可可见吸收光吸收光谱法法Ultraviolet-Visible Ultraviolet-Visible Absorption Spectrmetry)Absorption Spectrmetry)是根据溶液中物是根据溶液中物质的分子或离子的分子或离子对紫外和可紫外和可见光光谱区区辐射能的吸射能的吸收来研收来研讨物物质的的组成和构造的方成和构造的方法，也称作紫外和可法，也称作紫外和可见吸收光度吸收光度法。法。它是以物它是以物质对光的光的选择性吸收性吸收为根底的分析方法。根底的分析方法。根据物根据物质所

2、吸收光的波所吸收光的波长范范围不不同，分光光度分析法又可以分同，分光光度分析法又可以分为紫外、可紫外、可见及及红外分光光度法。外分光光度法。紫外光紫外光为波波长1010400nm400nm的的电磁磁辐射射远紫外光为波长远紫外光为波长10200nm近紫外光波长为近紫外光波长为200400nm紫外光紫外光可见光是指波长为可见光是指波长为400780nm的电磁辐射。的电磁辐射。它可以被人们的肉眼所觉得它可以被人们的肉眼所觉得紫外紫外-可见吸收光谱分析的实际根底：不同物质具有不同的分子可见吸收光谱分析的实际根底：不同物质具有不同的分子构造，对不同波长的光会产生选择性吸收，因此会有不同的构造，对不同波长

3、的光会产生选择性吸收，因此会有不同的吸收光谱。吸收光谱。 3.2 3.2 紫外吸收光紫外吸收光谱法的根本特点法的根本特点 一、分子吸收光一、分子吸收光谱 1 1、分子吸收光、分子吸收光谱的的产生：由分子能生：由分子能级间的的跃迁引起迁引起 能能级：电子能子能级、振、振动能能级、转动能能级 跃迁：迁：电子受激子受激发，从低能，从低能级转移到高能移到高能级的的过程程 2 2分子吸收光谱的分类：分子吸收光谱的分类： 分分子子内内运运动动涉涉及及三三种种跃跃迁迁能能级级，所所需需能能量量大大小小顺顺序序 3紫外紫外-可可见吸收光吸收光谱的的产生生 由由于于分分子子吸吸收收中中每每个个电子子能能级上上耦

4、耦合合有有许多多的的振振-转能能级，所所以以处于于紫紫外外-可可见光光区区的的电子子跃迁迁而而产生生的的吸吸收收光光谱具具有有 “带状状吸吸收收 的特点。的特点。3.2 有机化合物的紫外有机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱分子的电子能级和跃迁分子的电子能级和跃迁3.2.1 分子吸收光谱与电子跃迁分子吸收光谱与电子跃迁价价电子：子：电子子 饱和的和的键 电子子 不不饱和的和的键 n n 电子子 孤孤对电子子分子中分子分子中分子轨道有成道有成键轨道与道与反反键轨道：它道：它们的能的能级高低高低为：n*n* A.* 跃迁主要迁主要发生在真空紫外区。生在真空紫外区。 饱和和烃只能只能发生生* 跃

5、迁。迁。 饱和和烃甲甲烷，乙，乙烷能量很高，能量很高， n * * n * * n * * n * 一些常见生色团的吸收特性一些常见生色团的吸收特性由此可以看到：紫外-可见吸收光谱中包含有分子中存在的化学键信息。其吸收峰的位置与分子中特定的功能基团亲密相关，是有机化合物、无机配位化合物、生物分子的有效定性、定量分析手段。吸收光谱表示图吸收光谱表示图1 吸收峰吸收峰 2. 谷谷 3. 肩峰肩峰 4. 末端吸收末端吸收3.2.2 3.2.2 有机化合物构造与紫外信息的关系有机化合物构造与紫外信息的关系1200-400nm 无吸收峰。无吸收峰。饱和化合物，和化合物，单烯。2 270-350 nm有吸

6、收峰有吸收峰=10-100醛酮 ；n* 跃迁迁产生生的的R 带。3 250-300 nm 有中等有中等强度的吸收峰度的吸收峰=200-2000芳芳环的特征的特征 吸收具有精吸收具有精细解构的解构的B带。4 200-250 nm有有强吸收峰吸收峰104，阐明含有一个共明含有一个共轭体体系系K带。 共共轭二二烯：K带 230 nm； 不不饱和和醛酮：K带 230 nm ；R带 310-330 nm, 260nm,300 nm,330 nm有有强吸收峰，吸收峰，3,4,5个双个双键的共的共轭体系。体系。3.2.33.2.3紫外吸收光紫外吸收光谱中常用的中常用的术语v1 1生色生色团：能吸收紫外：能吸

7、收紫外- -可可见光的基光的基团叫生色叫生色团。v 最有用的紫外最有用的紫外可可见光光谱是由是由和和nn跃迁迁产生的。生的。这两种两种跃迁均要求有机物分子中含有不迁均要求有机物分子中含有不饱和基和基团。这类含有含有键的不的不饱和基和基团称称为生色生色团。简单的生色的生色团由双由双键或或叁键体系体系组成，如乙成，如乙烯基、基、羰基、基、亚硝基、偶氮基硝基、偶氮基NNNN、乙炔基、乙炔基、腈基基CCN N等。等。v 注：当出注：当出现几个几个发色色团共共轭，那么几个，那么几个发色色团所所产生的吸生的吸收收带将消逝，代之出将消逝，代之出现新的共新的共轭吸收吸收带，其波，其波长将比将比单个个发色色团的

8、吸收波的吸收波长长，强度也加度也加强。2助色助色团：本身无紫外吸收，但可以使生色：本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加吸收峰加强同同时使吸收峰使吸收峰长移的基移的基团。 对有机化合物，一些含有有机化合物，一些含有n电子的基子的基团，主要，主要为连有有杂原原子的子的饱和基和基团 例：例：OH，OR，NH，NR2，X 注：它注：它们本身没有生色功能本身没有生色功能(不能吸收不能吸收200nm的光的光)，但当它但当它们与生色与生色团相相连时，就会，就会发生生n共共轭作用，加作用，加强生色生色团的生色才干的生色才干(吸收波吸收波长向向长波方向挪波方向挪动，且吸收，且吸收强度添加度添加)，这样的基的基

9、团称称为助色助色团。3 3红移和移和蓝移移 由于化合物构造由于化合物构造变化共化共轭、引入助色、引入助色团取代取代 基或采用不同溶基或采用不同溶剂后后: : 吸收峰位置向吸收峰位置向长波方向的挪波方向的挪动，叫，叫红移移 吸收峰位置向短波方向挪吸收峰位置向短波方向挪动，叫，叫蓝移移4 4增色效增色效应和减色效和减色效应 增色效增色效应：吸收：吸收强度加度加强的效的效应 减色效减色效应：吸收：吸收强度减弱的效度减弱的效应5 5强带和弱和弱带： max 105 max 105 强带 min 103 min 103 弱弱带 紫外吸收光谱中常用己烷、庚烷、环己烷、二氧杂己烷、水、乙醇等作溶剂。有些溶剂

10、，特别是极性溶剂对溶质吸收峰的波长、强度及外形能够产生影响，这种景象称溶剂效应。例如，异丙叉丙酮的溶剂效应见下表所示。3.2.3 溶剂对紫外吸收光谱的影响溶剂对紫外吸收光谱的影响 1 1溶溶剂极性的影响极性的影响 (a (a对maxmax影响：影响： n-* n-*跃迁：溶迁：溶剂极性极性，maxmax蓝移；移； -* -*跃迁：溶迁：溶剂极性极性 ，maxmax红移。移。 b对吸收光吸收光谱精精细构造影响：构造影响： 溶溶剂极性极性，苯，苯环精精细构造消逝构造消逝溶剂影响吸收波长，吸收强度及精细构造溶剂影响吸收波长，吸收强度及精细构造fine structure 溶溶剂的的选择原那么：原那么

11、：极性适当；极性适当；纯度高；度高；截止波截止波长 max 3.53.5苯和苯和N-N-亚硝基二甲胺的紫外吸收光谱图亚硝基二甲胺的紫外吸收光谱图3.3 3.3 无机化合物的吸收光谱无机化合物的吸收光谱1. 1. 概述概述 无机化合物的光度分析普通用于研无机化合物的光度分析普通用于研讨金属离子金属离子络合物的吸收光合物的吸收光谱。在。在络合物中，合物中，电子的吸子的吸收收跃迁能迁能够发生在受配位体影响的原子生在受配位体影响的原子轨道道之之间，也能，也能够发生在受金属离子影响的一些生在受金属离子影响的一些有机配位体分子有机配位体分子轨道之道之间，还能能够发生在以生在以上两种上两种轨道之道之间。主要

12、可以分主要可以分为三种三种类型：型：d-d 配位配位场跃迁迁电荷荷转移移跃迁迁金属离子影响下的配位体金属离子影响下的配位体-*跃迁迁o绝大多数过渡金属离子具有未充溢的绝大多数过渡金属离子具有未充溢的d轨道。当它们在轨道。当它们在溶液中与水或其他配体消费络合物时，受配位体配位溶液中与水或其他配体消费络合物时，受配位体配位场的影响，原来能量一样的场的影响，原来能量一样的d轨道会发生能级跃迁。由轨道会发生能级跃迁。由于各能级能量差的存在，络合物可以吸收适当波长，于各能级能量差的存在，络合物可以吸收适当波长，发生发生d-d跃迁。跃迁。o配位体的配位场越强，配位体的配位场越强，d轨道分裂能就越大，吸收峰

13、波轨道分裂能就越大，吸收峰波长就越短。长就越短。一、配位场跃迁一、配位场跃迁d-d跃迁跃迁o一些常一些常见配位配位场的的强弱弱顺序：序：o I- Br- Cl- F- OH- C2O42-=H2O SCN- 吡吡啶=NH3 乙二胺乙二胺联吡吡啶邻二氮菲二氮菲 NO2 -CN o d-d跃迁概率迁概率较小，摩小，摩尔吸收系数不大，因此在定量吸收系数不大，因此在定量分析中没有多大价分析中没有多大价值。 二、电荷迁移跃迁二、电荷迁移跃迁 电荷转移跃迁是指配合物中配位体和金电荷转移跃迁是指配合物中配位体和金属离子之间，一方的电子向主要属于另一方属离子之间，一方的电子向主要属于另一方的轨道的跃迁。产生电

14、荷转移跃迁的必要条的轨道的跃迁。产生电荷转移跃迁的必要条件是络合物的组分之一具有电子给予体的特件是络合物的组分之一具有电子给予体的特征，而另一组分具有电子接受体的特征。征，而另一组分具有电子接受体的特征。Fe3+SCN-2+ Fe2+SCN2+h三、三、 金属离子影响下的配位体金属离子影响下的配位体* 跃迁迁n吸收光度法所运用的显色剂绝大多数都含有生色团吸收光度法所运用的显色剂绝大多数都含有生色团及助色团，其本身为有机化合物。当与金属离子发及助色团，其本身为有机化合物。当与金属离子发生配位时。作为配位体的显色剂，引起共轭构造发生配位时。作为配位体的显色剂，引起共轭构造发生了变化，导致其吸收光谱

15、蓝移或红移。生了变化，导致其吸收光谱蓝移或红移。n通常，在定量分析中，要求络合物与配位剂的最大通常，在定量分析中，要求络合物与配位剂的最大吸收波长之差反衬度大约在吸收波长之差反衬度大约在60nm60nm以上，有利于以上，有利于提高测定的准确度。提高测定的准确度。3.4 3.4 紫外紫外- -可见分光光度计可见分光光度计分光光度分光光度计3.4.1 3.4.1 仪器构造：仪器构造：光源、单色器、吸收池、检测器和信号显示器五部分光源、单色器、吸收池、检测器和信号显示器五部分组成。组成。钨灯或灯或卤钨灯灯可可见光源光源 3502500nm氢灯或灯或氘灯灯紫外光源紫外光源 180375nm1 1光源：

16、光源：乌灯乌灯(W-Lamp)(W-Lamp)：在可见光区最：在可见光区最常用的光源。也可以用于近红外区。常用的光源。也可以用于近红外区。氢灯：在氢灯：在181375nm181375nm波长产生波长产生延续吸收，玻璃对这段波长范围延续吸收，玻璃对这段波长范围内辐射有剧烈吸收，因此，必需内辐射有剧烈吸收，因此，必需采用石英光窗。采用石英光窗。乌灯氢灯2吸收池：吸收池：玻璃玻璃能吸收能吸收UV光，光，仅适用于可适用于可见光区光区石石英英不不能能吸吸收收紫紫外外光光，适适用用于于紫紫外外和和可可见光区光区 要求：匹配性要求：匹配性对光的吸收和反射光的吸收和反射应一致一致 3 3单色器：包括狭色器：包

17、括狭缝、准直、准直镜、色散元件、色散元件 棱棱镜对不同波不同波长的光折射率不同的光折射率不同色散元件色散元件 分出光波分出光波长不等距不等距 光光栅衍射和干涉衍射和干涉 分出光波分出光波长等距等距4检测器：将光信号转变为电信号的安装检测器：将光信号转变为电信号的安装光电池光电池光电管红敏和蓝敏光电管红敏和蓝敏光电倍增管光电倍增管二极管阵列检测器二极管阵列检测器类型：类型： 依然分为单光束型和双光束型两种依然分为单光束型和双光束型两种5. 5. 信号显示器信号显示器分光光度计的类型分光光度计的类型A 原理双光束光度计表示双波长光度计光路表示图双波长光度计光路表示图 光栅光栅和棱和棱镜分镜分光原光

18、原理理4.1.1 4.1.1 方法的特点方法的特点 1. 灵敏度高灵敏度高 通常，待通常，待测物物质的含量的含量1105时，可以用，可以用分光光度分光光度 法准确法准确测定。所以它主要用于定。所以它主要用于测定微量定微量组分。分。 2. 运用广泛运用广泛 几乎一切的无机离子和几乎一切的无机离子和许多有机化合物可以用多有机化合物可以用分光光度法分光光度法进展展测定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的物体液中各种微量元素的测定。定。 假设采用灵敏度高、选择性好的有机显色剂，并参与适当的掩蔽剂，普通不经过分别即可直接进展分光光度法测定、其方法的相对误

19、差通常为510，其准确度虽不及分量分析法和容量法，但对于微量组分的测定，结果还是称心的。3. 操作简便、迅速、仪器设备不太复杂操作简便、迅速、仪器设备不太复杂1 颜色的色的产生生3.4.2 3.4.2 吸光光度法的根本原理吸光光度法的根本原理2 电磁波和能量电磁波和能量 光的波长(cm)、频率 (Hz) ，它们与光速c的关系是： 在真空介质中，光速为2.99791010cm/s。单个光子的能量E与上述三要素的关系是： E光子的能量，J； h普朗克常数6.6251034Js3 光的根本性质光的根本性质4 4 溶液溶液颜色与光吸收的关系色与光吸收的关系 光波是一种电磁波。电磁波包括无线电波、微波。

20、红外光、可见光、紫外光、x射线等。假设按照其频率或波长的大小陈列，可见光只是电磁波中一个很小的波段。见表121有色物有色物质质的不同的不同颜颜色是由于吸收了不同波色是由于吸收了不同波长长的光所致。溶液能的光所致。溶液能选择选择性地吸收某些波性地吸收某些波长长的光，而的光，而让让其他波其他波长长的光透的光透过过，这时这时溶液呈溶液呈现现出透出透过过光光的的颜颜色。色。透透过过光的光的颜颜色是溶液吸收光的互色是溶液吸收光的互补补色。色。有色溶液有色溶液对对各种波各种波长长的光的吸收情况，常用光吸收曲的光的吸收情况，常用光吸收曲线线来描画。将不同波来描画。将不同波长长的的单单色光依次色光依次经过经过

21、一定的有色溶液，分一定的有色溶液，分别测别测出出对对各种波各种波长长的光的吸收程度用字的光的吸收程度用字母母A A表示。以波表示。以波长为长为横坐横坐标标，吸光程度，吸光程度为纵为纵坐坐标标作作图图，所得的曲，所得的曲线线称称为为吸收曲吸收曲线线或吸收光或吸收光谱谱曲曲线线。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。显示的颜色是吸收光的互补色。6 6 运用运用举例例1 1 KMnO4 KMnO4的的颜色及吸收光色及吸收光谱2) 2) 叶叶绿素的构造和吸收光素的构造和吸收光谱(3)(3)一个新配合物的吸收光谱一个新配合物的

22、吸收光谱3.5 光吸收根本定律光吸收根本定律3.5.1 光吸收根本定律光吸收根本定律 当一束平行的当一束平行的单色光照射均匀的有色溶液色光照射均匀的有色溶液时，光的一部分被吸收，光的一部分被吸收，一部分透一部分透过溶液，一部分被比色皿的外表反射。假溶液，一部分被比色皿的外表反射。假设入射光的入射光的强度度为I0，吸收光的，吸收光的强度度为Ia，透，透过光的光的强度度为It，反射光的，反射光的强度度为Ir，那么，那么: I0Ia It Ir 在吸光光度法中，由于采用同在吸光光度法中，由于采用同样质料的比色皿料的比色皿进展丈量，反射光的展丈量，反射光的强度根本上一度根本上一样，其影响可以相互抵消，

23、上式可，其影响可以相互抵消，上式可简化化为: I0Ia It 透透过光的光的强度度ItIt；与入射光的；与入射光的强度度IoIo比之比称比之比称为透光度或透光率，用透光度或透光率，用T T表示：表示：T T It/I0 It/I0 一束一束单色光色光经过溶液后，由于溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的溶液吸收了一部分光能，光的强度就度就要减弱。假要减弱。假设溶液的溶液的浓度不度不变，液，液层越厚，透越厚，透过光的光的强度越小，光度越小，光线减弱减弱的程度越大。的程度越大。 假假设将液将液层分成分成许多无限小的相多无限小的相等的薄等的薄层，其厚度，其厚度为dbdb。那么。那么dIdI应与与db

24、db及及I I成正比，即成正比，即dI IdbdI Idb，从而，从而，dI/I=k1dbdI/I=k1db，积分此式，得：分此式，得： 1.1.朗伯定律朗伯定律将上式变成常用对数，得将上式变成常用对数，得将上式变成常用对数，得将上式变成常用对数，得上式称为朗伯定律。如用上式称为朗伯定律。如用A=lg(I0/It)或或lg(1/T),那那么么A A称为吸光度。称为吸光度。 例1. 有一单色光经过厚度为1cm的有色溶液,其强度减弱20%。假设经过5cm厚度的一样溶液, 其强度减弱百分之几? 解： lgT1 c1 = , lgT2 5c1 lgT2 = 5lgT1= 5lg0.80 = - 0.4

25、85 T2= 32.7% , 即减弱67.3% 当一束当一束单色光色光经过液液层厚度一定的溶液厚度一定的溶液时，溶液的，溶液的浓度愈大，光度愈大，光线强度度减弱愈减弱愈显著。假著。假设有色溶液的有色溶液的浓度添加度添加dcdc，入射光，入射光经过溶液后，溶液后，强度的减弱度的减弱- -dIdI与入射光与入射光强度度I I及及dcdc成正比，成正比， 即即-dI=k3Idc-dI=k3Idc，或，或 -dI/I=k3dc -dI/I=k3dc，积分，可得分，可得到到: :通常称比耳定律。通常称比耳定律。2.2.比耳定律比耳定律 例例2. 2. 一符合比尔定律的有色溶液，当浓度为一符合比尔定律的有

26、色溶液，当浓度为c c时，透时，透射比为射比为T T，假设其它条件不变，浓度为，假设其它条件不变，浓度为c/3c/3时，时，T T为为_，浓度为，浓度为2c2c时，时，T T为为_。 解解: : T1/3 T2 T1/3 T2 这阐明浓度与透射比这阐明浓度与透射比T T 的是指数关系。的是指数关系。3朗伯一比耳定律 假假设溶液溶液浓度和液度和液层厚度都是可厚度都是可变的，就要同的，就要同时思思索溶液索溶液浓度度c和液和液层厚度厚度b对吸光度的影响。吸光度的影响。为此，将朗此，将朗伯和比耳公式和合并，得到伯和比耳公式和合并，得到即通常所称的朗伯一比耳定律。4 4吸光系数、摩吸光系数、摩尔吸光系数

27、和桑德吸光系数和桑德尔灵敏度灵敏度 在朗伯在朗伯-比耳公式比耳公式 Akbc 假假设b：液：液层厚度，厚度，cm为单位；位； c：浓度以度以 molL-1为单位；位； k：值决决议于于c，b所用的所用的单位，它与入射光的波位，它与入射光的波长及溶液的性及溶液的性质有关。有关。 当当b、c采用采用规范范单位位时，那么将，那么将k称称为摩摩尔吸光系数，以符号吸光系数，以符号表示，其表示，其单位位为Lmol-1cm-1。 的物理意的物理意义表达了当吸光物表达了当吸光物质的的浓度度为1molL-1，液，液层厚度厚度为1cm时溶液的吸光度。在溶液的吸光度。在这种条件下上式可改写种条件下上式可改写为: A

28、=bc 摩摩尔吸光系数是有色化合物的重要特性。吸光系数是有色化合物的重要特性。 愈大，表示愈大，表示该物物质对某波某波长的光吸收才干愈的光吸收才干愈强，因此光度，因此光度测定的灵敏度就越高。定的灵敏度就越高。 的的值，不能直接取，不能直接取1mol/L 这样高高浓度的有色溶液来丈量，而只能度的有色溶液来丈量，而只能经过计算求得。算求得。 由于溶液中吸光物由于溶液中吸光物质的的浓度常因离解、聚合等要素而改度常因离解、聚合等要素而改动。因此，。因此，计算算 时，必需知道溶液中吸光物，必需知道溶液中吸光物质的真正的真正浓度。但通常在度。但通常在实践任践任务中，多以被中，多以被测物物质的的总浓度度计算

29、，算，这样计算出的算出的 值称称为表表观摩摩尔吸光吸光系数。文献中所系数。文献中所报道的道的 值就是表就是表观摩摩尔吸光系数吸光系数值。桑德桑德尔Sandell)Sandell)灵敏度灵敏度 桑德桑德尔灵敏度又叫桑德灵敏度又叫桑德尔指数，用指数，用S表示。在分光光度分析中表示。在分光光度分析中经常运用。常运用。桑德桑德尔灵敏度灵敏度规定定仪器的器的检测极限极限为A=0.001时，单位截面位截面积光程内所光程内所能能检测出被出被测物物质的最低含量，以的最低含量，以g/cm2表示。表示。 S与与的关系可如下推的关系可如下推导： A=0.001=b c ，即，即 cb=0.001/ c为mol/10

30、00cm3; b为cm,故故cb为单位截面位截面积光程内的物光程内的物质量，量，即即mol/1000cm2。假。假设cb乘以被乘以被测物物质的摩的摩尔质量量M，就是，就是单位截面位截面积光程内被光程内被测物物质的的质量，即量，即为S，所以，所以 , S=cb/1000M106=cbM103 g/cm2，代入，代入cb后后, 5. 5. 偏离朗伯比耳定律的偏离朗伯比耳定律的缘由由 朗伯比耳定律是吸光光度分析的实际根底、在实践运用时，通常是使液层厚度坚持不变，然后测定一系列浓度不同的规范溶液的吸光度，根据A=kbc=kc关系式，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作图，应得到一经过原点的直线，称为规范曲

31、线或任务曲线。但是，在实践任务中，当有色溶液的浓度较高时，往往不成直线，这种景象称为偏离朗伯比耳定律。见图128， 引起偏离朗伯耳定律的缘由主要有以下几个方面： (1)由于入射光不是单色光而引起的偏离 朗伯比耳定律只适用于单色光。但实践上单波长的光不能得到。目前各种方法所得到的入射光是具有一定波长范围的波带，而非单色光。因此发生偏离朗伯一比耳定律的景象。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。在实践任务中，假设运用精度较高的分光光度计，可获得较纯的单色光。 (2). (2). 由于介质的不均匀性引起的偏离由于介质的不均匀性引起的偏离 当被测溶液是胶体溶液、悬浊液或

32、乳当被测溶液是胶体溶液、悬浊液或乳浊液时，入射光经过溶液后除一部分被吸浊液时，入射光经过溶液后除一部分被吸收外，还有一部分因溶液中存在微粒的散收外，还有一部分因溶液中存在微粒的散射作用而损失，并使透光度减小。而当胶射作用而损失，并使透光度减小。而当胶体或其他微粒凝聚沉淀时，又会使溶液吸体或其他微粒凝聚沉淀时，又会使溶液吸光度下降。光度下降。(3). (3). 溶液中的化学溶液中的化学变化引起的偏离化引起的偏离 溶液中的化学溶液中的化学变化如化如缔合、离解、溶合、离解、溶剂化、构成新的化合物、互化、构成新的化合物、互变异构等，异构等，使吸光度不随溶液使吸光度不随溶液浓度而成正比地改度而成正比地改

33、动，而而导致偏离朗伯比耳定律。致偏离朗伯比耳定律。 例如，重例如，重铅酸酸钾在弱酸性介在弱酸性介质中有中有如下平衡：如下平衡： Cr2O72- +H2O Cr2O72- +H2O 2HCrO4-2HCrO4- 在在450nm450nm波波优点丈量不同点丈量不同浓度重度重铬酸酸钾溶液的吸光度。由于在溶液的吸光度。由于在浓度低度低时重重铬酸根的离解度大，而酸根的离解度大，而浓度高度高时离解度离解度小，同小，同时由于由于铬酸酸氢根离子根离子HCrO4-HCrO4-的摩的摩尔吸光系数比重吸光系数比重铬酸根离子的摩酸根离子的摩尔吸光系数要小得多，因此低吸光系数要小得多，因此低浓度度时重重铬酸根离子的吸光

34、度降低非常酸根离子的吸光度降低非常显著，著，这就就使任使任务曲曲线偏离朗伯和耳定律。偏离朗伯和耳定律。4.4 4.4 光度分析的方法和光度分析的方法和仪器器 4.4.1 光度分析的方法 1.目视比色法 用眼睛察看、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法称为目视比色法。将一系列不同量的规范溶液依次参与各比色管中，再分别参与等量的显色剂和其他试剂，并控制其他实验条件一样，最后稀释至同样体积，配成一套颜色逐渐加深的规范色阶。将一定量的被测溶液置于另一比色管中，在同样条件下进展显色，并稀释至同样体积，从管口垂直向下有时由侧面察看颜色。假设被测溶液与规范系列中某溶液的颜色一样，那么被测溶液的浓度就等于该规

35、范溶液的浓度。假设被测试液浓度介于相邻两种规范溶液之间，那么试液的浓度就介于这两个规范溶液浓度之间。2规范曲范曲线法法 根据朗伯比耳定律，根据朗伯比耳定律，坚持持液液层厚度，入射光波厚度，入射光波长和其它丈和其它丈量条件也不量条件也不变，那么在一定，那么在一定浓度度范范围内，所内，所测得吸光度与溶液中得吸光度与溶液中待待测物物质的的浓度成正比。度成正比。 1配制一系列知的具有不同配制一系列知的具有不同浓度的度的规范溶液，分范溶液，分别在在选定波定波优点点测其吸光度其吸光度A，然后以，然后以规范范溶液的溶液的浓度度c为横坐横坐标，以相，以相应的吸光度的吸光度A为纵坐坐标，绘制出制出Ac关系曲关系

36、曲线。 2假假设符合光的吸收定律，符合光的吸收定律，那么可那么可获得一条直得一条直线，称，称为规范范曲曲线或称任或称任务曲曲线。在一。在一样条件条件下丈量下丈量样品溶液的吸光度，就可品溶液的吸光度，就可以从以从规范曲范曲线上上查出出样品的品的浓度。度。Ac规规范任范任范任范任务务曲曲曲曲线线 3.参与规范法参与规范法 所谓的参与规范法，即在一定浓度的试样溶液测定吸光度A0后，参与适宜浓度的规范溶液，再测吸光度A1，或再加几次规范溶液，得A2, A3吸光度，计算或作图外推求试样浓度的方法。即： A0=kC样；A1=k(C样C标 设试样体积为V0;参与的规范溶液体积为V标， 那么：A1=k(C样V

37、0+ C标V标)/(V0+V标， 联解方程可求出C样。或用A对C标作图，外推求出C样。4. 4. 二元混合组分的测定二元混合组分的测定混合溶液里两组分的测定有如图混合溶液里两组分的测定有如图12125 5的的三种情况：三种情况：a a假假设1 1和和2 2两两组分的最大吸收峰互不重合，而且在分的最大吸收峰互不重合，而且在1 1组分分的最大吸收波的最大吸收波长11处，2 2组分没有吸收；或在分没有吸收；或在2 2组分的最分的最大吸收波大吸收波长22处，1 1组分无吸收。分无吸收。这样比比较简单，按，按单组分分测定方法定方法测1 1和和2 2两两组分即可。分即可。 b b假假设1 1和和2 2组分

38、在混合溶液中的吸光光分在混合溶液中的吸光光谱曲曲线如如图12125(b)5(b)所示，那么当所示，那么当1 1和和2 2混合在一同混合在一同时，在，在1 1组分的最大吸分的最大吸收波收波优点，点，2 2组分无吸收，所以只需在分无吸收，所以只需在11处测定定1 1组分。分。但在但在22处所所测定吸光度是定吸光度是1 1和和2 2的的总吸收，因此必需事先吸收，因此必需事先测得得1 1组分在分在22的的，先从，先从11测出出1 1组分，再从叠加分，再从叠加处得得的和量中减去的和量中减去组分分1 1。(c)这种情况比较复杂，要解一个一元二次方程这种情况比较复杂，要解一个一元二次方程 4.5 4.5 显

39、色反响和色反响和显色条件色条件4.5.14.5.1分光光度法分光光度法对显色反响的要求色反响的要求 在光度分析法中，使被在光度分析法中，使被测物物质在在试剂显色色剂的作用下构成有色化合物的反响称的作用下构成有色化合物的反响称为显色反响。色反响。对于于显色反响，普通必需色反响，普通必需满足以下要求：足以下要求： 1 1选择性好。即在性好。即在显色条件下，色条件下，显色色剂尽能尽能够不要不要与溶液中其他共存离子与溶液中其他共存离子显色，假色，假设其他离子也和其他离子也和显色色剂反响，干反响，干扰离子的影呼离子的影呼应容易消除。容易消除。 2灵敏度高。显色反响的灵敏度高，才干测定低含量的物质。灵敏度

40、可从摩尔吸光系数来判别，但灵敏度高的显色反响，不一定选择性好。在实际中应全面思索。 3显色产物应具有固定的组成，符合一定的化学式。对于构成不同配合比的配合物的显色反响，需求严厉控制实验条件，使生成一定组成的配合物，以提高其重现性。 4显色产物的化学性质应该稳定。在丈量过程中溶液的吸光度应改动很小。 (5显色产物与显色剂之间的颜色差别要大。4.5.24.5.2显色条件色条件 1.1.显色色剂的用量的用量 被被测物物质与与显色色剂的反响可用以下普通式示：的反响可用以下普通式示： M M 十十 R R MR MR 被被测物物显色色剂有色配合物有色配合物 为了使了使显色反响尽能色反响尽能够完全，普通完

41、全，普通应参与参与过量量的的显色色剂。假。假设配合物配合物稳定度高，而且在一定条件下能定度高，而且在一定条件下能坚持持稳定，定，显色色剂不用大量不用大量过量。在分析量。在分析实际中，由于中，由于待待测物物质的的浓度未知，稍度未知，稍过量的量的显色色剂是必要的。是必要的。 当生成不太稳定的有色配合物时，必需参与相当过量的试剂，以保证获得足够的有色配合物并有可观的吸光度。 有时显色剂的用量过大，反而会引起副反响，对光度测定不利。应严厉控制显色剂的用量，以保证得到正确的结果。通常，显色剂的用量是根据实验结果来确定的。2. 2. 溶液的酸度溶液的酸度 (1) (1) 酸度酸度对显色色剂浓度的影响度的影

42、响 所用的所用的显色色剂不少是有机弱酸以不少是有机弱酸以HRHR表示，表示，酸度提高那么平衡酸度提高那么平衡倾向于生成向于生成HRHR，使，使R R的的实践践浓度降低，不利于度降低，不利于显色反响的色反响的进展。因此。展。因此。显色色时溶液的酸度不能高于某一限制。此外，溶液的酸度不能高于某一限制。此外，在不同的酸度下，在不同的酸度下，R R的的浓度不同，有度不同，有时可引起可引起有色配合物配位数的改有色配合物配位数的改动。 (2 (2酸度酸度对被被测离子形状的影响离子形状的影响 当被当被测离子是容易水解的金属离子离子是容易水解的金属离子时，假，假设酸酸度低于某一限制，被度低于某一限制，被测离子

43、构成离子构成羟基配合物、基配合物、多核多核羟基配合物、碱式基配合物、碱式盐或或氢氧化物沉淀，氧化物沉淀，不利于光度分析。不利于光度分析。 3对显色剂颜色的影响对显色剂颜色的影响 许多有机显色剂具有酸碱指示剂的性质，随着许多有机显色剂具有酸碱指示剂的性质，随着pH的改动，的改动，显出不同的颜色，在选择酸度时必需思索这种情况。例显出不同的颜色，在选择酸度时必需思索这种情况。例如如 H2R H+ + HR HR2- 黄色黄色 橙色橙色 红色红色pH6.9 pH12.4 3显色时间 有些显色反响能瞬间完成，且有色化合物的颜色很快到达稳定形状，在较长时间内坚持不变；有些显色反响虽能迅速完成，但由于空气的

44、氧化、光的照射或其他缘由使有色化合物的颜色逐渐减退；有些显色反响需求一定时间才干完成。 4显色温度 1对显色反响速度的影响。反响速度常随温度的升高而加快。 2由于温度的升高能够导致某些有色配合物发生分解或氧化复原反响，因此会 使有色配合物破坏而不利于光度测定。 3温度升高会引起有色配合物离解度的增大，使其稳定性降低而导致吸光度下降。 4温度变化会使有色配合物的摩尔吸光系数改动，从而使吸光度发生改动。必需指出，在分析实际中，并不是每一显色反响都同时存在上述四个方面的影响。经过绘制吸光度一温度曲线可以确定反响的适宜温度。 5溶剂 通常，水溶性有色配合物因参与适当有机溶剂，使溶液的介电常数降低，使配

45、合物离解度减小，或稳定性增大。有时，可增大速度。4.6 4.6 仪器丈量器丈量误差和丈量条件差和丈量条件 4.6.1 4.6.1仪器丈量器丈量误差差 在分光光度分析法中，运用任何光度在分光光度分析法中，运用任何光度计进展展丈量丈量时，都会，都会产生一定的生一定的误差。差。这些些误差能差能够来自来自光源的光源的电压不不稳定，光定，光电元件灵敏度的元件灵敏度的变化和化和仪器器刻度刻度读数不准确等。数不准确等。 假假设丈量丈量时透光率透光率读数的数的绝对误差是差是TT，对于同一台于同一台仪器，它根本上是常数。但由于吸光度器，它根本上是常数。但由于吸光度与透光率之与透光率之间是是负对数关系，在不同数关

46、系，在不同A A值时，同，同样的的TT的的读数数误差所引起的吸光度的差所引起的吸光度的绝对误差差AA是是不同的。不同的。A A值越大，由越大，由TT引起的引起的AA也越大。也越大。 根据朗伯比耳定律根据朗伯比耳定律, ,由由AA引起的被引起的被测物物质浓度的度的误差差cc为 A Akckc 再是根据吸收公式微分，可得：再是根据吸收公式微分，可得：仪器丈量器丈量误差差TT引起的引起的浓度丈量的相度丈量的相对误差差为：设T0.01，计算不同算不同T值与与c/c的关系，可得到以下的关系，可得到以下图：lnT=-1 lgT=-0.434 T=0.368这时误差最小差最小4.6.2 4.6.2 丈量条件

47、的丈量条件的选择 除选择适宜的显色条件外，还应中选择适宜的丈量条件。主要的丈量条件包括入射光波长、吸光度范围和空白溶液等。下面将分别讨论。 1选择入射光波长入射光的波长对测定结果的灵敏度和准确度都有很大的影响。详细操作：1应先绘制有色溶液的光吸收曲线。然后选用该溶液的最大吸收波长来进展丈量。2假设试液中某种组分在同样的波长也有吸收，那么对测定有干扰，这时，可选另一灵敏度稍低但能防止干扰的入射光波长。 2控制吸光度的范控制吸光度的范围 由由仪器丈量器丈量误差的差的讨论中可知，中可知，为了使了使测定定结果果获得得较高的准确度，高的准确度，应该控制溶液的吸光度在控制溶液的吸光度在一定的范一定的范围内

48、，普通要求是内，普通要求是0.150. 8。控制吸。控制吸光度范光度范围的方法是改的方法是改动比色皿的厚度，也可以改比色皿的厚度，也可以改动溶液的溶液的浓度或度或试样的的质量。量。 3选择适当的参比溶液适当的参比溶液 参比溶液又称空白溶液。在光度分析法中，利参比溶液又称空白溶液。在光度分析法中，利用参比溶液用参比溶液调理理仪器的吸光度零点、消除器的吸光度零点、消除显色溶色溶液中其他有色物液中其他有色物质的干的干扰，抵消比色皿壁及溶液，抵消比色皿壁及溶液对入射光的反射和吸收的影响等。入射光的反射和吸收的影响等。4.6.3 4.6.3 共存离子的影响及其消除共存离子的影响及其消除 1.共存离子与共

49、存离子与显色色剂生成有色化合物，使生成有色化合物，使测定定结果偏高。果偏高。 2.共存离子与被共存离子与被测组分或分或显色色剂生成无色化合物或生成无色化合物或发生其它反响，降低了被生其它反响，降低了被测组分或分或显色色剂的的浓度，使度，使测定定结果偏低。果偏低。 3.共存离子本身具有共存离子本身具有颜色。色。 (1参与适当的掩蔽剂，使干扰离子构成无色的化合物。从而降低溶液中干扰离子的浓度，使干扰消除。 (2控制显色条件，消除干扰。一种显色剂对不同金属离子的显色 反响，所要求的酸度常不一样。因此可以将溶液的酸度控制在适当的范围内，便显色剂只与被测组分反响而不与干扰离子显色。 消除共存离子的干扰主

50、要有以下几种方法：消除共存离子的干扰主要有以下几种方法： (3 (3改动干扰离子的价态。有些干扰离子在某一价态时与改动干扰离子的价态。有些干扰离子在某一价态时与显色剂反响生成有色化合物，而在另一价态那么无此种反显色剂反响生成有色化合物，而在另一价态那么无此种反响。在这种情况下，利用氧化复原反响使干扰离子改动价响。在这种情况下，利用氧化复原反响使干扰离子改动价态，以消除干扰。态，以消除干扰。 4 4控制丈量条件，如入射光的波长、空白溶液等，以消控制丈量条件，如入射光的波长、空白溶液等，以消除某些干扰离子的影响。除某些干扰离子的影响。 5 5采用适当的分别方法将干扰离子分别。采用适当的分别方法将干

51、扰离子分别。4.7 4.7 分光光度法的运用分光光度法的运用1 1定性定性鉴定定2 2定量定量测定微量成份定微量成份 分光光度法被广泛的运用在各个分光光度法被广泛的运用在各个领域，域，环境、医境、医药、石油等、石油等测定无机、有机微量成份。由于操作定无机、有机微量成份。由于操作简单，仪器廉价，普通器廉价，普通说是常用的首是常用的首选方法。方法。1.磷钼兰法测定核酸中的磷磷钼兰法测定核酸中的磷max=660nm2.铁的的测定定pH控制在控制在56,最大吸收在最大吸收在max=512nm,=1.1104Lmol-1cm-1本章小结本章小结o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

52、计和在有机定性及构造分析中 的根本运用。o1. 有机化合物吸收可见光或紫外光，、和n电子就跃迁到高能态，能够产生的跃迁有 *、n *、 * n *。各种跃迁所需的能量或吸收波长与有机化合物的基团、构造有亲密关系，根据此原理进展有机化合物的定性好构造分析。o2.无极络合物吸收带主要是由电荷转移跃迁好配位场跃迁而产生的。电荷转移跃迁的摩尔吸收系数很大、根据朗伯-比尔定律，可以建立这些络合物的定量分析。o3.3.紫外紫外- -可可见分光光度分光光度计主要由光源、主要由光源、单色器、吸收池、色器、吸收池、检测器及信号器及信号显示器五部分示器五部分组成。成。简述了述了单光束、双光光束、双光束分光光度束分光光度计和双波和双波长分光光度分光光度计的任的任务原理。原理。o4.4.紫外紫外- -可可见吸收光吸收光谱法用于有机物的定性、定量好构造法用于有机物的定性、定量好构造分析。由于有机化合物的紫外分析。由于有机化合物的紫外可可见吸收光吸收光谱比比较简单，特征性不特征性不强、吸收、吸收强度不高，因此运用有一定局限性。度不高，因此运用有一定局限性。但它可以但它可以协助推助推测未知化合物的构造骨架，配合未知化合物的构造骨架，配合红外光外光谱法、核磁共振光法、核磁共振光谱法和法和质谱法等法等进展定性和构造分析，展定性和构造分析，它是一种有用的它是一种有用的辅助手段。助手段。