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1、第十章 紫外可见分光光度法,利用物质对光的选择性吸收对物质进行定性、定量的分析方法,分光光度法,特点: 灵敏度高,测定下限可达10-510-6mol/L,准确度: 一般0.5,第一节 光谱分析的基本概念,一、电磁辐射与电磁波,电磁辐射又称电磁波,光是一种电磁波，是一种以高速通过空间而不需要任何传播介质的光子流。同时具有波动性和粒子性。,光的传播速度:,波动性,c真空中光速 2.99792458108m/s 3.0 108m/s 波长，单位：m,cm,mm,m,nm, 1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1=10-10m 频率，单位：赫芝（周）Hz 次/秒 n折射率，真空中为1,c真空中光
2、速 2.99792458108m/s 3.0 108m/s 波长，单位：m,cm,mm,m,nm, 1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1=10-10m 频率，单位：赫芝（周）Hz 次/秒 n折射率，真空中为1,1/ = / C,-波数,每厘米长度中波的数目, 单位:cm-1,磁场向量,电场向量,传播方向,Y,Z,X,与物质作用,Y,Z,X,微粒性,h普朗克(Planck)常数 6.62610-34Js 频率 E光量子具有的能量 单位：J(焦耳)，eV(电子伏特),光量子，具有能量。,波粒二象性,结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越 长(频率越低)，光量子的能量越低。 单色光：具有相
3、同能量(相同波长)的光。 复合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在 一起。,真空中:,按照波长将电磁波划分为不同的区域.,0.1,10,200,380,760,nm,电磁波谱,溶液呈现不同的颜色是由于它对不同波长的光具有选择性吸收而引起的.用白光照射某有色溶液,呈现出的是透射光颜色.吸收的色光和透过光称为互补色光.,二、物质对光的选择性吸收,红,橙,黄,绿,青,青蓝,蓝,紫,白光,第一节 概述,根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用后发生的信号变化建立起来的分析方法称为光学分析法.,光谱法,光学分析法,非光谱法,物质与辐射能相互作用时,内部发生能级跃迁,记录由此产生的辐射强度随波长变
4、化的图谱称为光谱,根据物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱法。,光谱法,非光谱法,指不涉及物质内部能级的跃迁，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、折射、衍射、偏振）的变化建立的分析方法称非光谱法，如折射法，旋光法。,光谱法分类,从不同的角度有不同的分类,原子光谱，分子光谱,吸收光谱，发射光谱,根据光谱的产生对象：,根据能级跃迁方向：,根据辐射波长分：,可见、紫外、红外光谱等。,三、分子吸收光谱及其产生,若用一连续辐射的电磁波照射某有色溶液，测量每一波长下有色液对该波长的吸收程度，然后以波长为横坐标，以吸光度 为纵坐标作图，得到一条曲线吸收曲线,亦称吸收光谱。,吸收光谱,300,
5、400,500,600,700,/nm,350,525 545,Cr2O72-,MnO4-,Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱,350,未端吸收,苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱,A,KMnO4溶液的光吸收曲线,/nm,从图中可看出: 高锰酸钾对不同波长的光的吸收程度不同,在525处有最大吸收峰.该波长称最大吸收波长(Max) 同一物质的吸收曲线是特征的,以此作定性分析. 浓度越大,吸收越强.,分子吸收光谱的产生,在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间的相对振动和分子绕着重心的转动。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级，下图为分子的能级示意图,电子能级,振动能级,分子中电子能级
6、、振动能级和转动能级示意图,转动能级,A,B,由于光子的能量也是量子化的，所以分子对光的吸收也是量子化的，即分子只选择吸收能量与其能级间隔一致的光子而不是对各种能量的光子普遍吸收。,分子吸收光能后引起运动状态的变化称为跃迁，跃迁产生吸收光谱,图中A和B表示不同能量的电子能级。在每一电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又有许多更小的转动能级。,当用频率为的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差 E恰好等于该电磁波的能量 h时，即有 E = h （ h为普朗克常数）,此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级；在宏观上则透射光的强度变小。若用一连续辐射的电磁波照射
7、分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度 A）为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图分子吸收光谱图。,以吸收光强度为纵坐标,以波长为横坐标作图,所得曲线即吸收光谱曲线,根据吸收电磁波的波长范围不同，可将分子吸收光谱分为远红外光谱、红外光谱及紫外、可见光谱三类。,由于不同的物质基态与激发态的能量差不同,吸收光的波长不同.,第二节 紫外-可见分光光度法基本原理,一、透光率和吸光度,I0,It,Ia,透光度 （transmittance) T=It/I0,吸光度 (absorbance) A= -lgT,二、光吸收基本定律: Lambe
8、rt-Beer定律,A=lg(I0/It)=kbc,朗伯定律(1760) A=lg(I0/It)=k1b,比尔定律(1852) A=lg(I0/It)=k2c,T透光率（透射比）（Transmittance）,A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc,吸光度A、透射比T与浓度c的关系,K 吸光系数 Absorptivity,当c的单位用g100mL-1表示时，用 表示， A bc， 叫做比消光系数,例 已知含Cd2+140gL-1的溶液，用双硫腙比色测定镉，比色皿厚度为2cm，在波长520nm处测得吸光度为0.220，计算摩尔吸光系数。 解：Cd的原子量为11
9、2.4，则,C Cd2+ =,14010-6,112.4,=1.2410-6molL-,A=bc, =A/bc,=,0.220,21.2410-6,=8.87104 Lmol-1cm-1,吸光度与光程的关系 A = bc,吸光度与浓度的关系 A = bc,朗伯-比尔定律的适用条件,单色光 应选用max处或肩峰处测定 2. 吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系 应控制条件(酸度、浓度、介质等) 3. 稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强,亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱 a. 6.3610-6 mol/L b. 1.2710-4 mol/L c. 5.9710-4 mol/L,亚甲蓝阳离子
10、 单体 max= 660 nm 二聚体 max= 610 nm,二聚体的生成破坏了A与c的线性关系,单组分的定量测定,A bc,三、朗伯-比尔定律的应用,1.吸光系数法,2. 标准曲线法,用标准品配制一系列标准溶液 作吸收光谱曲线,找出最大吸收波长 作标准曲线 测样品吸光度并在标准曲线上查浓度 计算,标准曲线,3.标准对照法,测量与被测液浓度相近的标准溶液的As 相同条件测量试样的吸光度A,CX =,AX,AS,CS,多组分的定量测定,如果溶液中含有不止一种吸光物质，可以利用吸光度的加合性，即总吸光度等于各吸光组分吸光度之和，不经分离同时测定。,设a b为溶液中的两种吸光组分，视其吸收光谱的重
11、叠情况采用不同的方法。,1.二组分吸收光谱不重叠,a,b,1,2,分别在1测定a , 2 处测定b ,互不干扰.,A,2.吸收光谱单向重叠,1,2,a,b,在1测定a 的浓度 , b不干扰. 2 处测定溶液的总吸光度A2a+b ,根据吸光度的加合性测定b的浓度.,A2a+b = A2a + A2b = 2a ca + 2b cb,2a,2b 已知,液层厚度为1cm,A,3.吸收光谱彼此重叠,1,2,a,b,A,A1a+b =1a ca + 1b cb,A2a+b =2a ca + 2b cb,用已知浓度的纯溶液测得1a , 1b, 2a , 2b, 即可求ca 、cb,第三节 紫外可见分光光度
12、法,一、分光光度计,光源 单色器 样品吸收池 检测器 指示器,1、光源,通常用6-12V钨丝灯作可见光区的光源.,2、单色器,(monochromator),(light source),色散元件： 三角棱镜和光栅,氢灯或氘灯作紫外光区光源,4、检测器(detector) 有光电管或光电倍增管,5、显示器(indicator) 有光点检流计、微电流计、数字 显示器等,3、吸收池(absorption cell) 比色皿：有普通玻璃和石英玻璃,可见光,紫外光,72系列分光光度计结构,72系列分光光度计光学系统,75系列分光光度计光学系统,三、测量条件的选择,1.波长:一般选最大吸收波长 2.控制
13、适当的吸光度测量范围 浓度越大,由不纯的单色光引起的对比耳定律的偏离越大. A在0.20.7范围内,由透光度读数误差引起的浓度误差小.,C/C/10-2,T%,20,65,A,0.7 0.2,灵敏度高,值大于104 选择性好 有色物组成确定且稳定 显色剂在测定波长处无明显吸收,3.显色剂,显色剂的选择,显色条件的选择,酸度,显色剂用量 显色时间和温度,（1）溶液的酸度 M+HR=MR+H+ * 影响显色剂的平衡浓度和颜色 * 影响被测金属离子的存在状态 * 影响络合物的组成 * pH与吸光度关系曲线确定pH范围。,（2）显色剂的用量 M(被测组分)+R(显色剂) =MR(有色络合物) 为使显色
14、反应进行完全，需加入过量的显色剂。但显色剂不是越多越好。有些显色反应，显色剂加人太多，反而会引起副反应，对测定不利。在实际工作中根据实验结果来确定显色剂的用量。,（3）显色反应时间 有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在较长时间内保持不变;有些显色反应虽能迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色;有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。 （4）显色反应温度 ：显色反应大多在室温下进行。但是，有些显色反应必需加热至一定温度完成。,4.参比液(空白液) 利用参比液调节仪器零点,以消除由于吸收池壁及其它组分对入射光的吸收带来的误差,并扣除干
15、扰的影响. 原则:扣除非待测组分对光的吸收,参比液的选择,溶剂空白 当试液.显色剂均无色,用溶剂作空白.,试剂空白 若显色剂有色,试样在测定条件下无吸收,可选不加试样的试剂作空白. 试样空白 当试样基体有色,显色剂无色,可用不加显色剂的被测试样作空白. 显色剂和试样均有色,可加掩蔽剂将被测组分掩蔽使之不与显色剂反应,其它照加作空白.,小结,紫外-可见吸收光谱属电子光谱,其波长范围在200800,应用紫外-可见吸收光谱法可对物质进行定量分析,根据吸收光谱特性,可对物质进行定性及结构分析.,一、紫外-可见吸收光谱法基本原理,1. 光吸收定律 A=bc,3. 吸收光谱,4. Lamber-Beer定
16、律的适用条件,二、测量条件的选择,仪器测量条件,显色反应条件,A 0.20.7,Max,显色剂用量,显色反应PH,显色时间温度,参比溶液,溶剂空白,试剂空白,试样空白,三、定量测定,单组分测定,多组分测定,6.有一标准Fe3+ 溶液,浓度为6.00g/ml ,其吸光度为0.304 ,而试样溶液在同一条件下测得吸光度为0.510 ,求试样溶液中Fe3+ 含量(mg/L),第五节 紫外分光光度法简介,751-G型分光光度法,光源,氢灯:200-400nm,钨 灯:可见光区,精密度较单纯可见分光光度计高,所用元件如棱镜,透镜,比色杯等均用石英制造,第六节 紫外吸收光谱在有机结构分析中的应用,一、有机
17、物的紫外可见吸收光谱,（一）电子跃迁类型,. * 饱和烃,吸收峰在远紫外区,如甲烷:125nm , 乙烷在135nm. 饱和烃类只能发生 *跃迁,吸收光谱都在远紫外区.,n,*,*,含有未共用电子对(即n电子)原子如-OH, -NH2 , -X ,-S等基团的饱和化合物,都可发生该跃迁.一般吸收峰低于200nm.,含O , N , X 等杂原子的饱和化合物,如甲醇,卤烷,含有不饱和键的有机物可发生这类跃迁,如-C=C - , C=O , N=N ,吸收峰一般在200左右.若有-共轭,吸收带红移.,4. n *,若形成不饱和键的原子含有非键原子如C=O , N=N ,也能发生n *,如丙酮,羧基
18、,酰胺都可发生这类跃迁.吸收峰在近紫外区(200-400), * ,跃迁所需能量:,n * , * ,n *,有机物紫外可见吸收光谱的分析以, *,n *跃迁为基础.,这两类跃迁都要求化合物中有不饱和官能团以提供轨道. 把含有键的不饱和基团称为生色团,一些本身在紫外和可见光区无吸收,但能使生色团吸收峰向长波(红)移,吸收强度增大的基团称为助色团.如-OH ,-NH2 ,-OR ,-Cl , -Br , -I .,(二)有机物的吸收带,1.R带:由n *跃迁引起的吸收带.300nm 弱吸收( 100),如CH3COOH ,CH3COCH3 CH3CHO都有R带吸收峰.,2. K带: 由 *跃迁引
19、起的吸收带,强吸收( 104),210250nm .如1,3-丁二烯Max=217nm,3.B带: 芳香族化合物的特征吸收带.,苯 蒸气在230270处出现精细结构的吸收光谱,在极性溶液剂中消失.芳香族化合物除有B带,还有E1( 180), E2(200)带 .当苯环上有取代基时,三个吸收带都长移, 值也增大.,(三)影响吸收 光谱的因素,1.溶剂,一般随着溶剂极性增大, *向红移,n *向短波(蓝)移.,2. PH: 在不同的PH条件下分子的解离形式不同,吸收光谱不同.,二、在有机定性分析中的应用,推官能团,1.在220280范围内无吸收,可推断不含苯环、共轭双键、醛基、酮基,在210250
20、nm有强吸收，表示有共轭双键，如在260 、300、330nm左右有强吸收，则含有3-5个共轭键。 在250 300nm有中强吸收带，且含有振动精细结构， 表示有苯环存在。,推异构,400nm,270nm,练习 1.用分光光度法测定一有色溶液,当其浓度为C时,测得透光率为T, 则浓度为1/2C时,透光率T为_,2.用分光光度法测定一有色溶液,当吸收池厚度为1厘米时,测得透光率为T,当吸收池厚度为2厘米时,透光率是多少?,T1/2,T2,3.用分光光度法测量时,为使测得浓度的相对误差较小,合适的吸光度读数范围是_,4.用双硫腙分光光度法测定Pb2+,(M=207.2),若1升溶液中含有2mg Pb2+,在525 nm处用0.5厘米的吸收池测得吸光度A为0.5,求摩尔吸光系数.,0.20.7,1.0 105,5.用标准对照法测定某一未知液浓度,已知标准溶液的浓度为2.4 10-4 mol/l , A标= 0.210 , Ax = 0.280 , 求未知液浓度.,3.2 10-4 mol/l,第五节 紫外分光光度法简介,751-G型分光光度法,光源,氢灯:200-400nm,钨 灯:可见光区,精密度较单纯可见分光光度计高,所用元件如棱镜,透镜,比色杯等均用石英制造,