UV-Vis原理及应用概述

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1、Chap.2 紫外可见分光紫外可见分光光度法光度法（UV-Vis） 主要内容主要内容紫外紫外-可见分光光度法的基本原理可见分光光度法的基本原理定量分析依据：定量分析依据：Lambert-Beer定律定律定性和定量分析定性和定量分析 又称紫外可见分子吸收光谱法，它是利用某些物又称紫外可见分子吸收光谱法，它是利用某些物质的分子吸收质的分子吸收200 800 nm光谱区的辐射来进行分光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这种产生于析测定的方法。这种产生于分子价电子分子价电子在在电子电子能级间的跃迁能级间的跃迁的光谱，广泛用于无机和有机物质的光谱，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。的定性和定量测定。

2、 （近）紫外光区：（近）紫外光区：200400nm 可见光区：可见光区：400800nm紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法（Ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-Vis）紫外紫外-可见分光光度法的特点可见分光光度法的特点1）与其它光谱分析方法相比，其仪器设备与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和操作都比较和操作都比较简单简单，费用少，分析速度，费用少，分析速度快快; 2）灵敏度高灵敏度高（10-410-7g/ml）3）选择性好选择性好;4）精密度和准确度较高）精密度和准确度较高;5）用途广泛）用途广泛1 基本原理基本原理UV-Vis的产生的产生电

3、子跃迁主要类型电子跃迁主要类型常用术语常用术语吸收带吸收带1. 紫外可见吸收光谱的产生紫外可见吸收光谱的产生电子能级电子能级振动能级振动能级转动能级转动能级分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图BA吸收辐射能后：吸收辐射能后： E=Ee+Ev+ErUV-Vis光谱是光谱是由分子外层电子跃迁所产生由分子外层电子跃迁所产生的，的，属于属于电子光谱电子光谱。同时，还伴有分子内部振。同时，还伴有分子内部振动能级和转动能级的跃迁，从而使谱带变宽。动能级和转动能级的跃迁，从而使谱带变宽。因此，因此，UV-Vis光谱是光谱是带状光谱带状光谱。2. 电子跃迁主要类型电

4、子跃迁主要类型 按照价电子性质不同讨论不同的紫外按照价电子性质不同讨论不同的紫外-可可见吸收光谱。见吸收光谱。以甲醛分子为例：以甲醛分子为例： 存在存在电子，电子，电子，电子，n（p）电子。电子。 分子轨道理论：分子轨道理论： 成键轨道成键轨道 成键轨道成键轨道 n 非键轨道非键轨道*反键轨道反键轨道104)。含有。含有不饱和不饱和基团基团的有机物都会产生此跃迁。如乙烯（蒸气）的有机物都会产生此跃迁。如乙烯（蒸气）的最大吸收波长的最大吸收波长 max为为162 nm。 分子中若有分子中若有共轭共轭双键，跃迁所需双键，跃迁所需能量降低，能量降低， max 增加增加；共轭系统越长，跃迁所需能量越低

5、，；共轭系统越长，跃迁所需能量越低， max 增加到增加到210nm以上。以上。2.3 n*跃迁跃迁 此跃迁所需此跃迁所需能量最小能量最小，辐射，辐射波长最长波长最长，吸，吸收峰一般都在近紫外区，甚至在可见区。它收峰一般都在近紫外区，甚至在可见区。它是是含杂原子的不饱和基团含杂原子的不饱和基团如羰基、硝基等中如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是吸收吸收强度弱强度弱(在在10 100之间之间) ，属于禁阻跃迁。，属于禁阻跃迁。2.4 n*跃迁跃迁 此跃迁所需此跃迁所需能量比较低能量比较低，吸收峰一般在，吸收峰一般在200nm附近附近，落于远紫外光区

6、和近紫外光区。，落于远紫外光区和近紫外光区。具有具有未共享电子对未共享电子对的一些取代基的饱和有机的一些取代基的饱和有机物都会产生此跃迁。如物都会产生此跃迁。如CH3OH和和CH3NH2的的n*跃迁产生的吸收分别为跃迁产生的吸收分别为183nm和和213nm。2.5 电荷迁移电荷迁移跃迁跃迁 所谓电荷迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁。因此，电荷迁移跃迁实质是一个内氧化-还原的过程，而相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。如 苯酰基取代物在光作用下的异构反应。电荷迁移吸收带的谱带较宽，吸收强度较大（ max104）。 配位场跃迁包括d - d 跃迁和f

7、- f 跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。 吸收峰强烈受配位环境的影响。 例如 Cu2+以水为配位体，吸收峰在794nm处，而以氨为配位体，吸收峰在663nm处。此类光谱吸收强度弱，较少用于定量分析。2.6 配位场跃迁配位场跃迁电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同，电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， 吸收能量的次序为：吸收能量的次序为： *n*n* * 150nm n* 200nm * 200nm n* 300nm常见电子跃迁所处的波长范围及强度常见电子跃迁所处的波长范围及强度实例实例下列结构中所需能量最低和最高的跃迁类下列结构中所需能量

8、最低和最高的跃迁类型？型？ CH2=CHCH= CH2 CH3-CH=CH-CHO3. 常用术语常用术语3.1 发色团发色团 分子中能分子中能吸收紫外光或可见光的结构吸收紫外光或可见光的结构系统叫系统叫做发色团或生色团。象做发色团或生色团。象C=C、C=O、CC等都是发色团。等都是发色团。 发色团的结构不同，电子跃迁类型也不同。发色团的结构不同，电子跃迁类型也不同。一般有一般有* 或或n* 跃迁。跃迁。常见生色团的吸收光谱常见生色团的吸收光谱 有些原子或基团，本身不能吸收波长大于有些原子或基团，本身不能吸收波长大于200nm的光波，但它与一定的发色团相连时，的光波，但它与一定的发色团相连时，则

9、可则可使发色团所产生的吸收峰向长波长方向使发色团所产生的吸收峰向长波长方向移动，并使吸收强度增加移动，并使吸收强度增加，这样的原子或基，这样的原子或基团叫做助色团。一般团叫做助色团。一般指带有非键电子对的基指带有非键电子对的基团，如团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等。等。3.2 助色团助色团 某些有机化合物因反应引入含有未共享电子某些有机化合物因反应引入含有未共享电子对的基团使对的基团使吸收峰向长波长移动吸收峰向长波长移动的现象称为的现象称为长移或长移或红移红移（red shift）；相反，使）；相反，使吸收峰向吸收峰向短波长移动短波长移动的现象称为短移或的现象称为

10、短移或蓝移蓝移（紫移）（紫移）（blue shift）。）。3.3 蓝移和红移蓝移和红移 使使吸收强度增加吸收强度增加的现象称为的现象称为浓色效应浓色效应或增色或增色效应（效应（hyperchromic effect）；使）；使吸收强度降吸收强度降低低的现象称为的现象称为淡色效应淡色效应或减色效应或减色效应（hypochromic effect）。）。 3.4 浓色效应和淡色效应浓色效应和淡色效应 又称吸收曲线，以又称吸收曲线，以波长波长（nm）为横坐标）为横坐标，以，以吸光吸光度度A或吸收系数或吸收系数为纵坐标为纵坐标。 光谱曲线中最大吸收峰所对应的波长相当于跃迁时光谱曲线中最大吸收峰所对应

11、的波长相当于跃迁时所吸收光线的波长称为所吸收光线的波长称为max。和。和max相应的摩尔吸相应的摩尔吸收系数为收系数为max。max104的吸收峰为强带。的吸收峰为强带。 max270nm 跃迁的几率小，跃迁的几率小，吸收强度弱，吸收强度弱，104 CH2=CHCH= CH2 max=217nm max=104 CH3-CH=CH-CHO max max=1.5 104 在芳香环上如有发色团取代时，也会出现在芳香环上如有发色团取代时，也会出现K带。带。 苯乙烯苯乙烯max=248nm ； max=1.4 104 ；K带带 苯甲醛苯甲醛max=249nm ； max=1.1 104 ； K带带

12、取自德文：取自德文：benzenoid band（苯型谱带）。它是（苯型谱带）。它是芳芳香族化合物香族化合物的特征吸收带。是由苯环本身的振动的特征吸收带。是由苯环本身的振动及闭合环状共轭双键及闭合环状共轭双键*跃迁而产生的吸收带，跃迁而产生的吸收带，又称苯的多重吸收。又称苯的多重吸收。4.3 B带带特点特点： 在在230270nm呈现一宽峰，呈现一宽峰， 中心中心max =256nm，且具有精细结构（在极性溶剂中测，且具有精细结构（在极性溶剂中测定或苯定或苯 环上有取代基时，精细结构消失）环上有取代基时，精细结构消失） 是是弱吸收弱吸收, max =2204.3 B带带苯蒸气的吸收曲线苯蒸气的

13、吸收曲线取自德文：取自德文：ethylenic band（乙烯型谱带）。（乙烯型谱带）。它是它是芳香族化合物芳香族化合物的另一特征吸收带。的另一特征吸收带。 E带带可分为可分为E1及及E2两个吸收带，二者可以分别看两个吸收带，二者可以分别看成是苯环中的乙烯键和共轭乙烯键所引起的，成是苯环中的乙烯键和共轭乙烯键所引起的，也属也属* 跃迁。跃迁。4.4 E带带 E1带：带： max 184nm左右，强吸收，左右，强吸收， 4.7104 ，由苯环内乙烯键上的由苯环内乙烯键上的电子被激发所致。电子被激发所致。 E2带带： max 203nm处，处，中强吸收中强吸收，7103 ，由苯环的共轭二烯所引起。

14、当苯环上有发色由苯环的共轭二烯所引起。当苯环上有发色团取代且与苯环团取代且与苯环共轭共轭时时 ，E2带常与带常与K带合并带合并， 同时吸收峰向长波移动。同时吸收峰向长波移动。例：苯乙酮的三个吸收峰为例：苯乙酮的三个吸收峰为K（E2）带：）带：max = 240nm，=104B带：带：max =278nm， =1100 R带：带：max =319nm， =50苯乙酮的紫外吸收光谱（溶剂：正庚烷）苯乙酮的紫外吸收光谱（溶剂：正庚烷） Lambert-Beer定律是物质对光吸收的基本定律是物质对光吸收的基本定律，是分光光度法定量分析的依据和基础。定律，是分光光度法定量分析的依据和基础。Lambert

15、-Beer定律定律吸光系数吸光系数光度法的误差光度法的误差2 Lambert-Beer定律定律1. 吸光度和透光率吸光度和透光率物质对光的吸收程度：物质对光的吸收程度：透光率透光率：透光率为透过光的强度：透光率为透过光的强度It与入射光强与入射光强度度I0之比，用之比，用T（）（）表示：表示： 即即 T= It / I0吸光度吸光度: 为透光率倒数的对数，用为透光率倒数的对数，用A表示：表示： 即即 A=lg1/T=lg I0 /It1. 吸光度和透光率吸光度和透光率Lambert：、c一定时：一定时：AlBeer： 、 l一定时：一定时：Ac合并两式：合并两式：A l c（c为吸光物质浓度，

16、为吸光物质浓度，l为透光液层厚度）为透光液层厚度） Lambert-Beer定律的定律的物理意义物理意义：当一束：当一束平行单平行单色光色光通过含有吸光物质的通过含有吸光物质的稀溶液稀溶液时，溶液的吸光时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比。度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比。2. Lambert-Beer定律定律朗伯朗伯(Lambert)(Lambert)像像 朗伯朗伯 LambertLambert（1728- 17771728- 1777） 出生地：Alsace，France 他发现新的几何观念：当三角形面积逐渐减少时，它的角度和会逐渐增加。Lambert被大家所熟悉的是他在

17、上的研究。第一位提供严谨证法来说明是无理数。在Hermite证明e之前，Lambert早已推测出e及是超越数了。Lambert使得双曲函数Hyperbolic Functions首度有系统的发展，而且在物理学上对光和热的研究有许多创新。因此可知Lambert在数学、物理、天文均有重要的贡献。 Lambert-Beer定律的数学表达式：定律的数学表达式：A= cl 式中比例常数式中比例常数与吸光物质的本性，入射光波与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关，称为吸光系数。长及温度等因素有关，称为吸光系数。吸光系数的吸光系数的物理意义物理意义：吸光物质在单位浓度及单：吸光物质在单位浓度及单位厚度

18、时的吸收度。是物质在一定波长下的特位厚度时的吸收度。是物质在一定波长下的特性常数。性常数。 作用作用：定性、定量依据：定性、定量依据3. 吸光系数吸光系数3.1 摩尔吸光系数摩尔吸光系数 当当l以以cm，c以以mol/L为单位，为单位，称为摩尔吸称为摩尔吸光系数，用光系数，用 表示。表示。 的单位为的单位为L/molcm，它表示在一定的，它表示在一定的下，下，物质的浓度为，液层厚度为时溶液的吸光物质的浓度为，液层厚度为时溶液的吸光度。度。 在一定的在一定的下，溶液浓度为下，溶液浓度为1（即（即1g/100ml），液层厚度为时的吸光度，用），液层厚度为时的吸光度，用 表示。表示。3.2 百分吸光

19、系数百分吸光系数摩尔吸光系数和百分吸光系数的关系摩尔吸光系数和百分吸光系数的关系4. 多组分体系多组分体系-加和性加和性体系的总吸光度等于各组分吸光度之和体系的总吸光度等于各组分吸光度之和A=lici前提：各吸光物质间无相互作用前提：各吸光物质间无相互作用结论：结论： Lambert-Beer定律适用于多组分体系定律适用于多组分体系5. 吸光度的测定吸光度的测定-空白对比法空白对比法（1）采用光学性质相同、厚度相同的吸收池，）采用光学性质相同、厚度相同的吸收池，装入空白液作参比。装入空白液作参比。（2）调节仪器，使透过参比的透光率为）调节仪器，使透过参比的透光率为100%。（3）测定被测液的透

20、光率或吸光度）测定被测液的透光率或吸光度A。6. 光度法的误差光度法的误差主要由两方面引起：主要由两方面引起：一是实际情况偏离一是实际情况偏离Beer定律；定律；二是测量误差。二是测量误差。根据根据A= cl关系式，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐关系式，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标作图，应得到一通过原点的直线，称为标准曲线或标作图，应得到一通过原点的直线，称为标准曲线或工作曲线。工作曲线。在实际工作中，当有色溶液的浓度较高时，往往不成在实际工作中，当有色溶液的浓度较高时，往往不成直线，这种现象称为偏离朗伯比耳定律。直线，这种现象称为偏离朗伯比耳定律。1）光学因素光学因素-入射光为非单色光入射光

21、为非单色光原因：仪器不能提供纯粹单色光原因：仪器不能提供纯粹单色光改进：改进：选用性能好，分辨率高的分光光度计选用性能好，分辨率高的分光光度计选择合适的入射光波长选择合适的入射光波长6.1 偏离偏离Beer定律的原因定律的原因2）化学因素化学因素-介质的不均性介质的不均性原因：溶液中的吸光物质因浓度的改变而发生原因：溶液中的吸光物质因浓度的改变而发生离解、缔合、溶剂化以及配合物生成等的变离解、缔合、溶剂化以及配合物生成等的变化化 ，影响物质对光的吸收能力，影响物质对光的吸收能力 。减小方法：控制显色反应的条件减小方法：控制显色反应的条件适用：稀溶液适用：稀溶液6.2 测量误差测量误差由朗伯由朗

22、伯-比尔定律可知：比尔定律可知：微分后除以上式可得浓度的相对误差为：微分后除以上式可得浓度的相对误差为：浓度测量的误差，不但与分光光度计的读数浓度测量的误差，不但与分光光度计的读数误差（误差（T）有关，而且与透光率）有关，而且与透光率T有关。有关。求极值，令求极值，令当溶液的透光率为当溶液的透光率为36.8%或吸光度为时，浓度或吸光度为时，浓度的相对误差最小。的相对误差最小。T值在值在6520%或或A值在之间，浓度相对误差较值在之间，浓度相对误差较小，是测量的适宜范围。小，是测量的适宜范围。仪器测量条件的选择仪器测量条件的选择显色反应条件的选择显色反应条件的选择参比溶液的选择参比溶液的选择3

23、分析条件的选择分析条件的选择1. 仪器测量条件的选择仪器测量条件的选择1.1 适宜的吸光度范围适宜的吸光度范围 即当时，吸光度测量误差最小。即当时，吸光度测量误差最小。 最适宜的测量范围为之间。最适宜的测量范围为之间。 通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最强通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最强吸收带的吸收带的最大吸收波长（最大吸收波长（max ）为入射波长。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。吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰进行测定。 1.2 入射光波长的选择入射光波长的选择 为了选择合适的狭缝宽度，应以减

24、少狭缝宽为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样的度时试样的吸光度不再增加吸光度不再增加为准。一般来说，为准。一般来说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之一。一。1.3 狭缝宽度的选择狭缝宽度的选择可见分光光度法一般用来测定能吸收可见光可见分光光度法一般用来测定能吸收可见光的有色溶液。对某些无色或浅色物质进行测的有色溶液。对某些无色或浅色物质进行测定，常利用显色反应将被测组分转变为在可定，常利用显色反应将被测组分转变为在可见波长范围有吸收的物质。常见的显色反应见波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位反应、氧化还原反应等。有配位反应、氧化还原反

25、应等。2. 显色反应条件的选择显色反应条件的选择显色反应须满足以下条件：显色反应须满足以下条件：1反应的生成物必须在紫外反应的生成物必须在紫外-可见光区有可见光区有较强的较强的吸光能力吸光能力，即摩尔吸光系数较大；，即摩尔吸光系数较大；2反应有反应有较高的选择性较高的选择性，即被测组分生成的化合，即被测组分生成的化合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的差别；差别；3. 反应生成的产物有反应生成的产物有足够的稳定性足够的稳定性，以保证测量，以保证测量过程中溶液的吸光度不变；过程中溶液的吸光度不变；4. 反应生成物的反应生成物的组成恒定组成恒定。显色条件

26、：显色条件：1）酸度）酸度2）显色剂的用量：过量）显色剂的用量：过量3）显色时间和温度）显色时间和温度4）溶剂）溶剂3. 参比溶液的选择参比溶液的选择 测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调节节T为为100% （A为为0） ，以消除其它成分及，以消除其它成分及吸收池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测吸收池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测定误差。定误差。参比溶液参比溶液 3.1 溶剂参比溶剂参比 试样简单、共存其它成分对测试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收池等定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收池等因素；因素； 3.2 试样参比试样参比

27、 如果试样基体溶液在测定波长如果试样基体溶液在测定波长有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加入显色剂。加入显色剂。 3.3 试剂参比试剂参比 如果显色剂或其它试剂在测定如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，不加波长有吸收，按显色反应相同的条件，不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。 3.4 平行操作参比平行操作参比 用不含被测组分的试样，用不含被测组分的试样，在相同的条件下与被测试样同时进行处理，在相同的条件下与

28、被测试样同时进行处理，由此得到平行操作参比溶液。由此得到平行操作参比溶液。4 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计紫外紫外-可见分光光度计的基本结构可见分光光度计的基本结构 0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示1.1 光源光源 基本要求：在仪器操作所需的光谱区域内能够基本要求：在仪器操作所需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。常用的光源有两类：常用的光源有两类：热辐射光源和气体放电光源热辐射光源和气体放电光源1. 主要部件主要

29、部件热辐射光源：钨灯和卤钨灯，热辐射光源：钨灯和卤钨灯，主要用于可见光区主要用于可见光区(400 760nm) ；气体放电光源：氢灯和氘灯，气体放电光源：氢灯和氘灯，主要用于紫外光区主要用于紫外光区(200 400nm) 。氘灯氘灯 单色器的作用是将光源辐射出的单色器的作用是将光源辐射出的复合光复合光分离分离成成单色光单色光，由狭缝（入射和出射）、准直镜和，由狭缝（入射和出射）、准直镜和色散元件组成。色散元件组成。 核心部分是核心部分是色散元件色散元件，起分光的作用。，起分光的作用。 1.2 单色器单色器800 600 500400入射入射狭缝狭缝准直准直透镜透镜棱棱镜镜聚焦聚焦透镜透镜出射出

30、射狭缝狭缝白白光光红红紫紫1 12 2单色器示意图单色器示意图1）棱镜）棱镜 玻璃：在紫外光区有吸收，只能用于可见光区。玻璃：在紫外光区有吸收，只能用于可见光区。 石英：在紫外石英：在紫外-可见光区均无吸收，一般只用于可见光区均无吸收，一般只用于紫外光区。紫外光区。2）光栅）光栅 已经逐渐取代棱镜，扩大了波长测量范围，改已经逐渐取代棱镜，扩大了波长测量范围，改善了波长精度和分辨率。善了波长精度和分辨率。能起分光作用的色散元件主要是能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅棱镜和光栅。光光栅栅和和棱棱镜镜分分光光原原理理狭缝是单色器的组成之一，对单色光的纯度狭缝是单色器的组成之一，对单色光的纯度起着

31、重要作用。起着重要作用。狭缝越窄，狭缝越窄，单色光单色光越纯；测越纯；测得的吸收峰越尖锐，但光的强度减弱，影响得的吸收峰越尖锐，但光的强度减弱，影响测定灵敏度。测定灵敏度。 又称比色皿或比色杯，按材料可分为又称比色皿或比色杯，按材料可分为玻璃玻璃吸收池和石英吸收池吸收池和石英吸收池。 石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区。收池只能用于可见光区。 1.3 吸收池吸收池 常见吸收池光程为，其中最常用。常见吸收池光程为，其中最常用。为减少为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向光束方向。 检

32、测器的作用是检测光信号，并将光信号转变检测器的作用是检测光信号，并将光信号转变为电信号。为电信号。类型：类型：（1）光电池：硒光电池（可见）光电池：硒光电池（可见） 硅光电池（紫外可见）硅光电池（紫外可见） （2）光电管：蓝（紫）敏光电管）光电管：蓝（紫）敏光电管 锑铯阴极锑铯阴极 红敏光电管红敏光电管 银和氧化铯阴极银和氧化铯阴极（3）光电倍增管：将光信号放大）光电倍增管：将光信号放大106-107倍，灵敏倍，灵敏 现今使用的分光光度计大多采用现今使用的分光光度计大多采用光电管或光电光电管或光电倍增管倍增管作为检测器。作为检测器。1.4 检测器检测器1）光电管）光电管 阴极凹面内侧涂有光敏材

33、料，被足够能量的阴极凹面内侧涂有光敏材料，被足够能量的光子照射后发射电子。当阴极与阳极之间存光子照射后发射电子。当阴极与阳极之间存在电位差时，阴极发射的电子流向阳极形成在电位差时，阴极发射的电子流向阳极形成光电流。光电流的大小与照射光强度成正比。光电流。光电流的大小与照射光强度成正比。光电流较小，需要放大后才能检测。光电流较小，需要放大后才能检测。2）光电倍增管）光电倍增管 原理与光电管相似，区别在于阴极与阳极之原理与光电管相似，区别在于阴极与阳极之间还有间还有9个倍增极。每个电子经过倍增极时发个倍增极。每个电子经过倍增极时发射出多个新电子，该过程一直重复到第射出多个新电子，该过程一直重复到第

34、9个倍个倍增极，此时发射出的电子数目大大增加，然后增极，此时发射出的电子数目大大增加，然后被阳极收集，产生较大的电流，再经放大，显被阳极收集，产生较大的电流，再经放大，显示。这样，大大提高了仪器的灵敏度。示。这样，大大提高了仪器的灵敏度。1.5 信号显示系统信号显示系统功能：信号的处理及读出功能：信号的处理及读出常用的记录系统有电位计、检流计、示波器常用的记录系统有电位计、检流计、示波器及数据台、数字电压表等及数据台、数字电压表等2. 紫外紫外-可见分光光度计的类型可见分光光度计的类型2.1 单光束分光光度计单光束分光光度计 简易型分光光度计，结构简单，操作方便，维修容简易型分光光度计，结构简

35、单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。易，适用于常规分析。2.2 双光束分光光度计双光束分光光度计 一般都能自动记录吸收光谱曲线。一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消除光源强时分别通过参比池和样品池，还能自动消除光源强度变化所引起的误差度变化所引起的误差。2.3 双波长分光光度计双波长分光光度计 优点：是可以在有背景干扰或共存组分吸收干扰的优点：是可以在有背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下对某组分进行定量测定。情况下对某组分进行定量测定。双光束光度计示意图双光束光度计示意图双波长光度计光路示意图双波长光度计光路示意图3. 分光光度计的校正

36、和检验分光光度计的校正和检验3.1 波长校正波长校正3.2 吸光度校正吸光度校正3.3 杂散光的检验杂散光的检验3.4 稳定性的检验稳定性的检验5 紫外紫外-可见吸收光谱与分子结构可见吸收光谱与分子结构 化合物的化合物的UV-Vis特征，主要取决于分子中发特征，主要取决于分子中发色团与助色团以及它们之间的共轭情况，色团与助色团以及它们之间的共轭情况， UV- Vis光谱在研究化合物的结构中，可以光谱在研究化合物的结构中，可以推定分子的骨架，判断发色团之间的共轭关推定分子的骨架，判断发色团之间的共轭关系和估计共轭体系中取代基的种类、位置和系和估计共轭体系中取代基的种类、位置和数目。数目。1. 有

37、机化合物的紫外吸收光谱有机化合物的紫外吸收光谱1.1 饱和化合物饱和化合物 1）饱和烃类化合物饱和烃类化合物：只含有单键（：只含有单键（键），键），只能产生只能产生* 跃迁，吸收带位于远紫外跃迁，吸收带位于远紫外区，如甲烷和乙烷的吸收带分别在区，如甲烷和乙烷的吸收带分别在125nm和和135nm。在近紫外区（。在近紫外区（200400nm）没）没有吸收（透明），因此在紫外吸收光谱中有吸收（透明），因此在紫外吸收光谱中常用作溶剂常用作溶剂。 2）含有杂原子的饱和化合物含有杂原子的饱和化合物：除了：除了 * 跃迁，还有跃迁，还有n *跃迁，其吸收带在近跃迁，其吸收带在近紫外区的也不多，但若作紫外区

38、的也不多，但若作溶剂溶剂使用，可能使用，可能在在200nm以上出现末端吸收，会增强或影以上出现末端吸收，会增强或影响被测组分在该区域的吸收，从而产生测响被测组分在该区域的吸收，从而产生测量误差。因此量误差。因此测定波长须大于溶剂的截止测定波长须大于溶剂的截止波长波长。1.2 不饱和化合物不饱和化合物 1）简单的不饱和化合物简单的不饱和化合物：由于含有：由于含有键而具键而具有有* 跃迁，跃迁，* 跃迁能量比跃迁能量比*小，小，但对于非共轭的简单不饱和化合物跃迁能量但对于非共轭的简单不饱和化合物跃迁能量仍然较高，吸收峰位于远紫外区。如最简单仍然较高，吸收峰位于远紫外区。如最简单的乙烯化合物，吸收峰

39、在的乙烯化合物，吸收峰在170nm附近，附近，104。 若若C=C双键上连接的双键上连接的H原子被烷基取代，可原子被烷基取代，可产生产生超共轭效应，吸收峰红移，烷基取超共轭效应，吸收峰红移，烷基取代数越多，红移值越大。代数越多，红移值越大。 若若C=C双键上连接的双键上连接的H原子被助色团取代，原子被助色团取代，* 吸收将发生红移，甚至移到紫外光区。吸收将发生红移，甚至移到紫外光区。原因是助色团中的原因是助色团中的n电子可以产生电子可以产生p-共轭，共轭，使使* 跃迁能量降低。跃迁能量降低。 CH2 CH-OCH3 max 190nm CH2 CH-N(CH3)2 max 228nm 2）共轭

40、烯烃共轭烯烃： 在同一分子中，若两个生色团只隔一个单键在同一分子中，若两个生色团只隔一个单键则形成共轭体系，共轭体系中两个生色团相则形成共轭体系，共轭体系中两个生色团相互影响，其吸收光谱与单一生色团相比，有互影响，其吸收光谱与单一生色团相比，有很大改变：即吸收峰红移，吸收强度增加。很大改变：即吸收峰红移，吸收强度增加。共轭体系越长，吸收峰红移越显著。共轭体系越长，吸收峰红移越显著。 3）、-不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物 在在、-不饱和醛、酮、酸、酯中，由于不饱和醛、酮、酸、酯中，由于C=O与与C=C共轭，使共轭，使n* 、* 跃迁红跃迁红移。移。 *：200nm至至215250nm （10

41、4） n*：280nm至至310350nm （100）4）芳香族化合物芳香族化合物 芳香族化合物在近紫外区显示特征的吸收光芳香族化合物在近紫外区显示特征的吸收光谱。苯是最简单的芳香族化合物，具有环状谱。苯是最简单的芳香族化合物，具有环状共轭体系，在紫外光区有共轭体系，在紫外光区有E1带、带、E2带和带和B带带三个吸收带，都是由三个吸收带，都是由*跃迁产生的。跃迁产生的。B带带是芳香族化合物的特征，对鉴定芳香族化合是芳香族化合物的特征，对鉴定芳香族化合物很有价值。物很有价值。 在苯环上引入取代基，会使苯的在苯环上引入取代基，会使苯的*跃跃迁引起的各吸收带发生位移。迁引起的各吸收带发生位移。 苯环

42、上有取代基时，一般引起苯环上有取代基时，一般引起B带的精细带的精细结构消失，并且各谱带的结构消失，并且各谱带的max发生红移，发生红移，max值通常增大。值通常增大。 i.单取代苯单取代苯 当引入的基团为助色基团时，取代基对吸收带的影响当引入的基团为助色基团时，取代基对吸收带的影响大小与取代基的推电子能力有关。推电子能力越强，大小与取代基的推电子能力有关。推电子能力越强，影响越大。顺序为影响越大。顺序为 -O-NH2-OCH3-OH-Br-Cl-CH3当引入的基团为发色基团时，其对吸收谱带的影响程当引入的基团为发色基团时，其对吸收谱带的影响程度大于助色基团。影响的大小与发色基团的吸电子能度大于

43、助色基团。影响的大小与发色基团的吸电子能力有关，吸电子能力越强，影响越大。其顺序为力有关，吸电子能力越强，影响越大。其顺序为 -NO2-CHO-COCH3-COOH-CN-、-COO-SO2NH2-NH3+ii 二取代苯二取代苯 在二取代苯中，由于取代基的性质和取代位置不同，在二取代苯中，由于取代基的性质和取代位置不同，产生的影响也不同。产生的影响也不同。 a 当两个不同类基团对位取代时，由于两个取代基效当两个不同类基团对位取代时，由于两个取代基效应相反，产生协同作用，故应相反，产生协同作用，故max产生显著的红移。产生显著的红移。 效应相反的两个取代基若相互处于间位或邻位时，则效应相反的两个

44、取代基若相互处于间位或邻位时，则二取代物的光谱与各单取代物的区别是很小的。二取代物的光谱与各单取代物的区别是很小的。例如： 260nm 280nm 380nm 280nm b 当同类基团取代时，由于效应相同，两个基团不当同类基团取代时，由于效应相同，两个基团不能协同，则吸收峰往往不超过单取代时的波长，且能协同，则吸收峰往往不超过单取代时的波长，且邻、间、对三个异构体的波长也相近。例如：邻、间、对三个异构体的波长也相近。例如： 230nm 260nm 258nm 255nm 255nm 2. 影响紫外吸收光谱的因素影响紫外吸收光谱的因素 UV-Vis光谱主要取决于分子结构和取代基，光谱主要取决于

45、分子结构和取代基，但是分子中的结构因素和测定条件也会影响但是分子中的结构因素和测定条件也会影响光谱。主要体现在对共轭作用的影响。光谱。主要体现在对共轭作用的影响。2.1 空间位阻的影响空间位阻的影响 各生色因子处于同一平面才能达到有效共各生色因子处于同一平面才能达到有效共轭，若发色团之间或发色团与助色团之间轭，若发色团之间或发色团与助色团之间太拥挤，就会排斥于同一平面之外，使共太拥挤，就会排斥于同一平面之外，使共轭程度降低，跃迁所需能量增大，吸收峰轭程度降低，跃迁所需能量增大，吸收峰蓝移，吸收强度减小。蓝移，吸收强度减小。1）基团异构：共轭体系越大，吸收波长越长，）基团异构：共轭体系越大，吸收

46、波长越长，越大；共轭体系越小，吸收波长越短，越大；共轭体系越小，吸收波长越短，越越小。小。2）顺反异构：通常顺式异构体由于空间位阻）顺反异构：通常顺式异构体由于空间位阻的影响，吸收峰蓝移，吸收强度降低。的影响，吸收峰蓝移，吸收强度降低。 max （顺式）（顺式）max（反式）（反式）， max （顺式）（顺式） 激发态激发态 氢键作用强度：基态氢键作用强度：基态激发态激发态 能级的能量下降：基态能级的能量下降：基态激发态激发态 实现实现n*跃迁需要的跃迁需要的E增加，故使吸收峰增加，故使吸收峰蓝移。蓝移。2.4 溶剂效应的影响溶剂效应的影响 2）*跃迁跃迁所产生的吸收峰随着所产生的吸收峰随着溶

47、剂极性溶剂极性的增加的增加而向而向长波长长波长方向移动。方向移动。 极性：基态极性：基态激发态激发态 氢键作用强度：基态氢键作用强度：基态激发态激发态 能级的能量下降：基态能级的能量下降：基态激发态激发态 实现实现p p*跃迁需要的跃迁需要的E增加，故使吸收峰红增加，故使吸收峰红移。移。溶剂对溶剂对n* ，*的影响的影响 体系体系pH的改变可能引起共轭体系的延长或的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，从而引起吸收峰位置的改变，对一些缩短，从而引起吸收峰位置的改变，对一些不饱和酸、烯醇、酚及苯胺类化合物的紫外不饱和酸、烯醇、酚及苯胺类化合物的紫外光谱影响很大。光谱影响很大。 2.5 体系体系pH的

48、影响的影响（a）苯酚的）苯酚的UV光谱图光谱图 （b）苯胺的）苯胺的UV光谱图光谱图 溶液酸碱性对紫外光谱的影响溶液酸碱性对紫外光谱的影响 酚酚酚酚盐盐，氧上孤，氧上孤对电对电子增多，子增多，p-p p共共轭轭增增强强，E减小，吸收峰减小，吸收峰红红移。移。 胺胺胺胺盐盐，氮上孤，氮上孤对电对电子消失，子消失，p-p p共共轭轭消失，消失，E增大，吸收峰增大，吸收峰蓝蓝移。移。 在药物成分分析中，可利用紫外吸收光谱变在药物成分分析中，可利用紫外吸收光谱变化规律来推断结构中的酸性、碱性基团。如化规律来推断结构中的酸性、碱性基团。如果化合物溶液从中性变为碱性时，吸收峰发果化合物溶液从中性变为碱性时

49、，吸收峰发生红移，表明该化合物为酸性物质；如果化生红移，表明该化合物为酸性物质；如果化合物溶液从中性变为酸性时，吸收峰发生蓝合物溶液从中性变为酸性时，吸收峰发生蓝移，表明化合物可能为芳胺。移，表明化合物可能为芳胺。 2.5 体系体系pH的影响的影响6 紫外紫外-可见吸收光谱的应用可见吸收光谱的应用定性鉴别定性鉴别纯度检查纯度检查定量分析定量分析结构分析结构分析1. 定性鉴别定性鉴别 利用利用UV-Vis光谱对有机化合物进行定性鉴别光谱对有机化合物进行定性鉴别的主要依据是多数有机化合物具有特征吸收的主要依据是多数有机化合物具有特征吸收光谱，如光谱，如吸收光谱的形状、吸收峰数目、各吸收光谱的形状、

50、吸收峰数目、各吸收峰的波长位置、强度与相应的吸光系数吸收峰的波长位置、强度与相应的吸光系数等。等。 利用利用UV -Vis光谱对有机化合物进行定性鉴光谱对有机化合物进行定性鉴别，一般采用别，一般采用对比法对比法。1）比较吸收光谱的特征数据）比较吸收光谱的特征数据：有些结构相似的化合：有些结构相似的化合物物max相同，但分子量不同，所以吸光系数存在差相同，但分子量不同，所以吸光系数存在差别，可用作鉴别依据。别，可用作鉴别依据。2）比较吸光度比值的一致性）比较吸光度比值的一致性：有些化合物不只一个：有些化合物不只一个吸收峰，可用在不同吸收峰处测得吸光度的比值吸收峰，可用在不同吸收峰处测得吸光度的比

51、值A1/A2或或1/2作为鉴别的依据。作为鉴别的依据。3）比较吸收光谱的一致性）比较吸收光谱的一致性：如果两者完全相同，则：如果两者完全相同，则可能是同一种化合物；如果两者有明显差别，则肯可能是同一种化合物；如果两者有明显差别，则肯定不是同一种化合物。定不是同一种化合物。2. 纯度检查纯度检查 1）杂质检查：若被检样品在一定的波长范）杂质检查：若被检样品在一定的波长范围内无明显吸收而所含杂质有吸收，则检样围内无明显吸收而所含杂质有吸收，则检样中含有少量杂质都可用中含有少量杂质都可用UV-Vis光谱检查出来。光谱检查出来。 2）杂质的限量检查：可利用吸光度或吸收）杂质的限量检查：可利用吸光度或吸

52、收峰与谷处吸光度的比值来控制药品中杂质的峰与谷处吸光度的比值来控制药品中杂质的含量。含量。3. 定量分析定量分析原理：原理： Lambert-Beer定律定律Ac标准工作曲线标准工作曲线标准工作曲线标准工作曲线3.1 单组分定量分析单组分定量分析1）标准曲线法：）标准曲线法： 用标准品配制一组不同用标准品配制一组不同浓度的标准序列，在选浓度的标准序列，在选定条件下分别测定吸光定条件下分别测定吸光度，绘制吸光度度，绘制吸光度-浓度浓度曲线，即曲线，即标准曲线标准曲线。在。在相同条件下测出样品的相同条件下测出样品的吸光度，然后由标准曲吸光度，然后由标准曲线确定样品溶液的浓度。线确定样品溶液的浓度。

53、2）标准对照法：）标准对照法： 在选定波长处，分别测定样品溶液和标准品在选定波长处，分别测定样品溶液和标准品溶液的吸光度，然后求出样品的含量。溶液的吸光度，然后求出样品的含量。 3）吸光系数法：）吸光系数法： 若吸收池厚度若吸收池厚度l和吸光系数和吸光系数或或E已知，即可已知，即可根据测得的吸光度根据测得的吸光度A求出被测物浓度：求出被测物浓度： c= A/l 或或 c= A/ E l 适应性适应性1）标准曲线法：有对照品，大量未知样品）标准曲线法：有对照品，大量未知样品2）标准对照法：有对照品，）标准对照法：有对照品，A-c关系严格符合关系严格符合Beer定律定律3）吸光系数法：吸光系数已知

54、，仪器较精密）吸光系数法：吸光系数已知，仪器较精密 三种定量分析方法的比较三种定量分析方法的比较 通常吸光系数可从有关文献中查出；也可将通常吸光系数可从有关文献中查出；也可将被测溶液的吸光度换算成样品的吸光系数，被测溶液的吸光度换算成样品的吸光系数，然后与纯品的吸光系数相比较，求算样品中然后与纯品的吸光系数相比较，求算样品中被测组分含量。被测组分含量。 3.2 多组分定量分析多组分定量分析多组分体系多组分体系-加和性加和性体系的总吸光度等于各组分吸光度之和体系的总吸光度等于各组分吸光度之和A=lici前提：各吸光物质间无相互作用前提：各吸光物质间无相互作用结论：结论： Lambert-Beer

55、定律适用于多组分体系定律适用于多组分体系以二元混合组分的测定为例以二元混合组分的测定为例三种情况三种情况： 1）两组分的最大吸收峰互不重合：）两组分的最大吸收峰互不重合： 即在即在a组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长1处，处，b组分没有组分没有吸收；在吸收；在b组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长2处，处，a组分组分无吸收。无吸收。 按单组分测定方法测按单组分测定方法测a和和b两组分即可。两组分即可。 以二元混合组分的测定为例以二元混合组分的测定为例2）两组分的吸收光谱曲线部分重合：）两组分的吸收光谱曲线部分重合： 在在a组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长1处，处，b组分无吸收；组分无吸收

56、；但在但在b组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长2处，处，a组分有吸组分有吸收。收。3）两组分的吸收光谱曲线互相重合：）两组分的吸收光谱曲线互相重合： 在在a组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长1处，处，b组分有吸收；组分有吸收；在在b组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长2处，处，a组分也有吸组分也有吸收。收。以二元混合组分的测定为例以二元混合组分的测定为例 a）解线性方程组法）解线性方程组法 若事先测出若事先测出1与与2处两组分各自的吸光系数，再处两组分各自的吸光系数，再在两波长处分别测得混合溶液吸光度在两波长处分别测得混合溶液吸光度A1与与A2，当，当l=1cm时，即可通过解线性方程组法计

57、算出两组分时，即可通过解线性方程组法计算出两组分的浓度。的浓度。 原理是利用两束不同波长的单色光原理是利用两束不同波长的单色光1和和2，若以若以1为参比波长、为参比波长、2为测定波长交替地照为测定波长交替地照射到同一样品溶液，然后由检测器测出这两射到同一样品溶液，然后由检测器测出这两个波长之间吸光度值之差个波长之间吸光度值之差A。 b）双波长分光光度法）双波长分光光度法等吸收点法等吸收点法 等吸收点法的关键步骤是选择两个测定波长，等吸收点法的关键步骤是选择两个测定波长，其原则是：其原则是： (a)干扰组分干扰组分b在这两个波长处的吸光度相等；在这两个波长处的吸光度相等； (b)待测组分待测组分

58、a在这两个波长处的吸光度差值在这两个波长处的吸光度差值A应足够大。应足够大。 混合物在选定的两个波长处吸光度差值为：混合物在选定的两个波长处吸光度差值为： 待测物待测物a的含量可用在的含量可用在1和和2处测得的处测得的A对浓度作图得标准曲线或得出相应的回归方对浓度作图得标准曲线或得出相应的回归方程，求出程，求出a的含量。的含量。4. 结构分析结构分析 利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系，如架中是否含有共轭结构体系，如CCCC、CCCO、苯环等。、苯环等。 紫外光谱一般比较简单，特征性不强。利用紫外光谱一般比较简单，特征性不强。利

59、用紫外光谱可以用来检验一些具有大的共轭体紫外光谱可以用来检验一些具有大的共轭体系或发色官能团的化合物，可以作为其他鉴系或发色官能团的化合物，可以作为其他鉴定方法的补充。定方法的补充。 如果一个化合物在紫外区是透明的，则说明分如果一个化合物在紫外区是透明的，则说明分子中不存在共轭体系，不含有醛基、酮基或溴子中不存在共轭体系，不含有醛基、酮基或溴和碘。可能是脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇和碘。可能是脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇等不含双键或环状共轭体系的化合物。等不含双键或环状共轭体系的化合物。如果在如果在210250nm有强吸收，表示有有强吸收，表示有K吸收带，吸收带，则可能含有两个双键的共轭体系，

60、如共轭二烯则可能含有两个双键的共轭体系，如共轭二烯或或，-不饱和酮等。同样在不饱和酮等。同样在260，300，330nm处有高强度处有高强度K吸收带，在表示有三个、吸收带，在表示有三个、四个和五个共轭体系存在。四个和五个共轭体系存在。如果在如果在260300nm有中强吸收（有中强吸收（2001000），则表示有），则表示有B带吸收，体系中可能有苯带吸收，体系中可能有苯环存在。如果苯环上有共轭的生色基团存在时，环存在。如果苯环上有共轭的生色基团存在时，则则可以大于可以大于10000。如果在如果在250300nm有弱吸收带（有弱吸收带（R吸收带），吸收带），则可能含有简单的非共轭并含有则可能含有简

61、单的非共轭并含有n电子的生色电子的生色基团，如羰基等。基团，如羰基等。 本章层次本章层次掌握：掌握：电子跃迁类型及吸收带；影响电子跃迁类型及吸收带；影响UV吸收吸收的因素；的因素；Lambert-Beer定律；定量分析方法；定律；定量分析方法；分析条件的选择分析条件的选择熟悉：熟悉：常用术语；常用术语；UV-vis光度计的一般组成系光度计的一般组成系统；常见化合物的统；常见化合物的UV特征图谱；结构分析特征图谱；结构分析了解：了解：定性分析定性分析作业作业P4244：7、8、12、13、15 对于异构体的确定，可以通过经验规则计算出max值，与实测值比较，即可证实化合物是哪种异构体。 如: 乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇式互变异构异构体的确定异构体的确定溶剂：1. 己烷； 2. 乙醇； 3. 水 乙酰乙酸乙酯的紫外吸收曲线