儀器分析 (第三版 魏培海)第一章 紫外可見分光光度法

1、第一章第一章 紫外可見分光光度法紫外可見分光光度法 利用物質(zhì)對紫外可見光的吸收特征和利用物質(zhì)對紫外可見光的吸收特征和吸收強度，對物質(zhì)進行定性和定量分析的吸收強度，對物質(zhì)進行定性和定量分析的一種儀器分析方法。在化工、醫(yī)藥、冶金、一種儀器分析方法。在化工、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?！笆濉甭殬I(yè)教育國家規(guī)劃教材儀器分析（第三版）魏培海 曹國慶 主編第一章第一章 紫外可見分光光度法紫外可見分光光度法“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材 了解紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生了解紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生 理解化合物電子能級躍遷的類型和特點理解化合物電子能級躍遷的類型和特點 熟悉紫外可見分

2、光光度計的工作原理熟悉紫外可見分光光度計的工作原理 掌握光吸收定律的應(yīng)用及測量條件的選擇掌握光吸收定律的應(yīng)用及測量條件的選擇 掌握紫外可見分光光度法在定量分析中的掌握紫外可見分光光度法在定量分析中的應(yīng)用應(yīng)用知識目標知識目標 能解釋物質(zhì)產(chǎn)生的顏色能解釋物質(zhì)產(chǎn)生的顏色 能操作常見的紫外可見分光光度計能操作常見的紫外可見分光光度計 能應(yīng)用紫外可見分光光度法進行物質(zhì)的定能應(yīng)用紫外可見分光光度法進行物質(zhì)的定量分析量分析能力目標能力目標第一節(jié)第一節(jié) 基本原理基本原理一、光的基本特性一、光的基本特性二、光與物質(zhì)的作用二、光與物質(zhì)的作用三、光譜吸收曲線三、光譜吸收曲線四、光吸收定律四、光吸收定律一、光的基本特

3、性一、光的基本特性1 1光的波動性光的波動性光具有波動性：光的折射、衍射和干涉等光具有波動性：光的折射、衍射和干涉等; ;光屬于電磁波光屬于電磁波( (電磁輻射電磁輻射) )，可在真空中傳輸，可在真空中傳輸; ; 光速光速( (真空中真空中) )：c = 2.997108ms-1。描述參數(shù)描述參數(shù)頻率頻率( (赫茲，赫茲，Hz) )： 每秒內(nèi)振動的次數(shù)每秒內(nèi)振動的次數(shù)波長波長(m，cm，m，nm)：相鄰兩個波峰：相鄰兩個波峰或波谷間的直線距離或波谷間的直線距離波數(shù)波數(shù)(cm-1)： 每厘米內(nèi)波的振動次數(shù)每厘米內(nèi)波的振動次數(shù)1cT1c電磁波譜電磁波譜電磁輻射按波長順序排列稱為電磁波譜電磁輻射按波

4、長順序排列稱為電磁波譜2 2光的粒子性光的粒子性光具有粒子性光具有粒子性: 光電效應(yīng)光電效應(yīng)光由光子光由光子(光量子光量子)組成組成: 光子具有能量光子具有能量光子的能量與光的頻率或波長有關(guān)光子的能量與光的頻率或波長有關(guān): E: 焦耳焦耳(J)或電子伏特或電子伏特(eV) 1eV=1.60210-19J h: 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)6.62610-34Js cEhh【例【例1-1】試計算波長為】試計算波長為400nm的電磁輻射的電磁輻射的能量。分別用焦耳和電子伏特表示。的能量。分別用焦耳和電子伏特表示。7400nm4.0 10 mJhCE19eV195.0 10E3.1eV1.602 10348

5、1976.626 103.0 105.0 10J4.0 10解：解：思考思考 試比較波譜區(qū)各種輻射的能量大小。試比較波譜區(qū)各種輻射的能量大小。2 2單色光、復(fù)合光和互補色光單色光、復(fù)合光和互補色光 單色光：單色光：具有同一波長（或頻率）的光。具有同一波長（或頻率）的光。復(fù)合光：復(fù)合光：由不同波長的光組合而成的光；由不同波長的光組合而成的光； 復(fù)合光可分離出單色光復(fù)合光可分離出單色光。可見光：可見光：能被肉眼感受到的光；能被肉眼感受到的光； 波長范圍：波長范圍：400400780nm780nm。 日光日光：復(fù)合白光，由紅、橙、黃、綠、青、：復(fù)合白光，由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種色光按一定比

6、例混合而成。藍、紫等各種色光按一定比例混合而成?；パa色光：互補色光： 如果兩種適當顏如果兩種適當顏色的光按一定強色的光按一定強度比例混合得到度比例混合得到白光，則這兩種白光，則這兩種顏色的光稱為互顏色的光稱為互補色光。補色光。藍綠藍綠紅紅650-760綠藍綠藍橙橙610-650藍藍黃黃580-610紫紫黃綠黃綠560-580紅紫紅紫綠綠500-560紅紅藍綠藍綠490-500橙橙綠藍綠藍480-490黃黃藍藍450-480黃綠黃綠紫紫400-450互補光互補光顏色顏色 /nm藍綠藍綠紅紅650-760綠藍綠藍橙橙610-650藍藍黃黃580-610紫紫黃綠黃綠560-580紅紫紅紫綠綠500-

7、560紅紅藍綠藍綠490-500橙橙綠藍綠藍480-490黃黃藍藍450-480黃綠黃綠紫紫400-450互補光互補光顏色顏色 /nm二、光與物質(zhì)的作用二、光與物質(zhì)的作用光的發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、光的發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。干涉、衍射等。反射、折射、干涉、衍射等過程中，光反射、折射、干涉、衍射等過程中，光的傳播方向發(fā)生改變，但光與物質(zhì)之間的傳播方向發(fā)生改變，但光與物質(zhì)之間沒有能量的傳遞。沒有能量的傳遞。1 1光的吸收光的吸收特點：在光的吸收過程中，光與物質(zhì)之間特點：在光的吸收過程中，光與物質(zhì)之間會會產(chǎn)生能量的傳遞產(chǎn)生能量的傳遞。 微觀過程：能級躍遷微觀過程：能級躍遷

8、。M(基態(tài)基態(tài), E0)+ h M*(激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài), Ej) 光吸收的條件：光吸收的條件：LhcEhE E= Ej-E0Ehc 【例【例1-2】某分子中兩個電子能級之間的】某分子中兩個電子能級之間的能級差為能級差為1eV，若要電子在兩個能級之間發(fā)，若要電子在兩個能級之間發(fā)生躍遷，需要吸收光的波長為多少生躍遷，需要吸收光的波長為多少nm？如？如果能級差為果能級差為20eV，波長應(yīng)為多大？，波長應(yīng)為多大？ 解：對應(yīng)能量的波長分別為：解：對應(yīng)能量的波長分別為：341071196.626 103.0 101012401.0 1.602 10hcnmE341072196.626 103.0 101062

9、20 1.602 10hcnmE由上述例題得出什么結(jié)論？由上述例題得出什么結(jié)論？結(jié)論：物質(zhì)對光的吸收具有選擇性。結(jié)論：物質(zhì)對光的吸收具有選擇性。2. 物質(zhì)顏色的產(chǎn)生物質(zhì)顏色的產(chǎn)生 如果完全吸收各種波長的光，則呈黑色；如果完全吸收各種波長的光，則呈黑色；如果完全反射即沒有光的吸收，則呈白色；如果完全反射即沒有光的吸收，則呈白色；如果選擇性吸收了某些波長的光，則呈現(xiàn)的如果選擇性吸收了某些波長的光，則呈現(xiàn)的顏色與其反射或透過的光的顏色有關(guān)。顏色與其反射或透過的光的顏色有關(guān)。 光學現(xiàn)象：當一束白光照射到固體物質(zhì)時光學現(xiàn)象：當一束白光照射到固體物質(zhì)時如果各種顏色的光透過的程度相同，則溶液如果各種顏色的光

10、透過的程度相同，則溶液無色透明；無色透明；如吸收了某種波長的光，則溶液呈現(xiàn)的是它如吸收了某種波長的光，則溶液呈現(xiàn)的是它吸收的光的互補色。吸收的光的互補色。光學現(xiàn)象：當一束白光照射到溶液時光學現(xiàn)象：當一束白光照射到溶液時完全吸收完全吸收完全透過完全透過吸收黃光吸收黃光白光綠青青藍藍紫紅紅橙黃物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與吸收光的對應(yīng)關(guān)系物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與吸收光的對應(yīng)關(guān)系 三、光譜吸收曲線三、光譜吸收曲線 1. 紫外可見吸收光譜產(chǎn)生的機理紫外可見吸收光譜產(chǎn)生的機理 分子內(nèi)的三種運動形式分子內(nèi)的三種運動形式 電子運動電子運動: 在不同分子軌道上；在不同分子軌道上；原子核之間的相對振動原子核之間的相對振動；分子本身繞

11、其重心的轉(zhuǎn)動分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動。分子內(nèi)的三種能級分子內(nèi)的三種能級 電子能級：電子能級：Ee振動能級振動能級: Ev轉(zhuǎn)動能級：轉(zhuǎn)動能級：ErE EhvE1E0E1E0E2E2eeE 在光吸收受過程中，基于分子中電子在光吸收受過程中，基于分子中電子能級的躍遷而產(chǎn)生的光譜，稱為紫外能級的躍遷而產(chǎn)生的光譜，稱為紫外可可見吸收光譜。見吸收光譜。紫外紫外-可見吸收光譜可見吸收光譜2. 2. 光譜吸收曲線光譜吸收曲線 用一連續(xù)波長的光以波長大小順序分別用一連續(xù)波長的光以波長大小順序分別照射分子，測定物質(zhì)分子對各種波長光的吸照射分子，測定物質(zhì)分子對各種波長光的吸收程度（用吸光度收程度（用吸光度A表示）。表

12、示）。實驗測量：實驗測量：數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 以波長以波長()為橫坐標，吸光度為縱坐標為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，得到作圖，得到 A關(guān)系曲線，即光譜吸收曲關(guān)系曲線，即光譜吸收曲線，通常稱為吸收光譜。線，通常稱為吸收光譜。maxmax吸收峰吸收峰峰谷峰谷肩峰肩峰 250 300 350 400/ /nm1234A A末端吸收末端吸收特征：特征：曲線形狀曲線形狀峰的數(shù)目峰的數(shù)目峰的位置峰的位置峰的強度峰的強度圖圖1-3 KMnO4水溶液的吸收曲線。其中（水溶液的吸收曲線。其中（a）、）、（b）、（）、（c）對應(yīng)的濃度分別為：）對應(yīng)的濃度分別為：1.410-2、2.810-2、5.610-2g/

13、L。4004505005506006500.00.20.40.60.81.0 (c)(b)(a)同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同；同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同；同一物質(zhì)不同濃度的溶液，曲線形狀相似，但一定同一物質(zhì)不同濃度的溶液，曲線形狀相似，但一定波長處的吸光度隨溶液的濃度增加而增大。波長處的吸光度隨溶液的濃度增加而增大。物質(zhì)定物質(zhì)定量分析的依據(jù)量分析的依據(jù)；不同物質(zhì)吸收曲線的特性不同，不同物質(zhì)吸收曲線的特性不同，與與物質(zhì)特性有關(guān)。物質(zhì)特性有關(guān)。物質(zhì)物質(zhì)定性分析的依據(jù)定性分析的依據(jù)。 譜線討論譜線討論四、光吸收定律四、光吸收定律 光的吸收程度與光通過物質(zhì)前后的光的光的吸收程度與光通過物

14、質(zhì)前后的光的強度變化有關(guān)強度變化有關(guān) 。1. 光強度、透光率和吸光度光強度、透光率和吸光度 術(shù)語術(shù)語定義定義符號符號光強度光強度單位時間單位時間(s)、單位面積、單位面積(1cm2）上輻射）上輻射光的能量，與光子的數(shù)目有關(guān)。光的能量，與光子的數(shù)目有關(guān)。I0:入射入射It: :透射透射透光率透光率透射光強度與入射光強度的比值（透射光強度與入射光強度的比值（It/I0）T吸光度吸光度透光率的負對數(shù)透光率的負對數(shù) -lg(It/I0）A吸光系數(shù)吸光系數(shù) 單位濃度、單位厚度是物質(zhì)的吸光度單位濃度、單位厚度是物質(zhì)的吸光度 , a 討討 論論T: 0.00100.0。T=0.00%表示光全表示光全部被吸收

15、；部被吸收；T=100.0%表示光全部透過。表示光全部透過。A: 0.00。A=0.00表示光全部通過；表示光全部通過；A表示光全部被吸收。表示光全部被吸收。 當一束平行當一束平行單色光單色光垂直通過溶液時，垂直通過溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液濃度和液層溶液對光的吸收程度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。厚度的乘積成正比。 Akbck為比例常數(shù)；為比例常數(shù)；b的單位為的單位為cm。 2. 2. 朗伯朗伯- -比爾吸收定律比爾吸收定律k k的討論的討論 k的物理意義：液層厚度為的物理意義：液層厚度為1cm的單位濃度的單位濃度溶液，對一定波長光的吸光度。溶液，對一定波長光的吸光度。k愈大，表愈

16、大，表示吸收光的能力愈強，分光光度測定的靈示吸收光的能力愈強，分光光度測定的靈敏度就愈高。敏度就愈高。 k的單位及數(shù)值還與濃度采用的單位有關(guān)的單位及數(shù)值還與濃度采用的單位有關(guān) 。濃度單位濃度單位k的單位的單位名稱名稱符號符號定量關(guān)系定量關(guān)系molL-1Lmol-1cm-1摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)=aMM：物質(zhì)的摩：物質(zhì)的摩爾質(zhì)量爾質(zhì)量gL-1Lg -1cm-1質(zhì)量吸光系數(shù)質(zhì)量吸光系數(shù)a3. 應(yīng)用條件應(yīng)用條件入射光必須為單色光入射光必須為單色光；被測樣品必須是均勻介質(zhì)被測樣品必須是均勻介質(zhì)；在吸收過程中，吸收物質(zhì)之間不能發(fā)生相互在吸收過程中，吸收物質(zhì)之間不能發(fā)生相互作用。作用。 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍

17、即即適于紫外光、可見光，也適于紅外光適于紫外光、可見光，也適于紅外光；即即適于均勻非散射的液態(tài)樣品，適于均勻非散射的液態(tài)樣品，也適于微粒也適于微粒分散均勻的固態(tài)或氣態(tài)樣品分散均勻的固態(tài)或氣態(tài)樣品；即可用于單組分分析，也可用于多組分的同即可用于單組分分析，也可用于多組分的同時，時，測定吸光度具有加和性測定吸光度具有加和性。 1231nnnAAAAAA【例例1-3】 已知某化合物的分子量為已知某化合物的分子量為251，用乙醇作溶劑，用乙醇作溶劑將此化合物配成濃度為將此化合物配成濃度為0.150mmol/L的溶液，在的溶液，在480nm波波長處用長處用2.00cm吸收池測得透光率為吸收池測得透光率為

18、39.8%，求該化合物，求該化合物在上述條件下的摩爾吸光系數(shù)在上述條件下的摩爾吸光系數(shù)及質(zhì)量吸光系數(shù)及質(zhì)量吸光系數(shù)a?！窘狻俊窘狻?已知已知 c =0.15010-3mol/L，b = 2.00cm， T = 0.398摩爾吸光系數(shù)：摩爾吸光系數(shù)： 330.4001.33 10/0.15 102.00AL mol cmcb質(zhì)量吸光系數(shù)：質(zhì)量吸光系數(shù)： 31.33 105.30/251aL g cmM4. 朗伯朗伯-比爾定律的偏離現(xiàn)象比爾定律的偏離現(xiàn)象 朗伯朗伯- -比爾定律的局限性比爾定律的局限性: : 濃度不高的溶液濃度不高的溶液；非單色入射光引起的偏離非單色入射光引起的偏離: : 儀器因素

19、儀器因素；溶液本身發(fā)生化學變化引起的偏離溶液本身發(fā)生化學變化引起的偏離 。 原原 因因第二節(jié)第二節(jié) 化合物的紫外可見光譜化合物的紫外可見光譜一、有機化合物的紫外可見光譜一、有機化合物的紫外可見光譜 二、無機化合物的紫外可見光譜二、無機化合物的紫外可見光譜 光譜光譜產(chǎn)生產(chǎn)生: :由由構(gòu)成分子的原子的外層價構(gòu)成分子的原子的外層價電子躍遷所產(chǎn)生電子躍遷所產(chǎn)生; 電子躍遷電子躍遷: 與分子的組成、結(jié)構(gòu)以及溶與分子的組成、結(jié)構(gòu)以及溶劑等因素有關(guān)。劑等因素有關(guān)。一、有機化合物的紫外可見光譜一、有機化合物的紫外可見光譜 1 1電子躍遷的類型電子躍遷的類型 分子軌道類型分子軌道類型 成鍵軌道：成鍵軌道：軌道、

20、軌道、軌道；軌道； 反鍵軌道：反鍵軌道：* 軌道、軌道、* 軌道；軌道； 非鍵軌道：非鍵軌道：n 軌道。軌道。 圖示圖示 電子類型電子類型 成鍵電子：成鍵電子：電子電子、電子電子； 非鍵軌道：非鍵軌道：n 電子。電子。 電子吸收光能，由低能極軌道躍遷到電子吸收光能，由低能極軌道躍遷到高能極軌道。高能極軌道。 np p COHH p pn *p p*np p*p pp p*n * *電子躍遷過程示意電子躍遷過程示意 * 發(fā)生范圍：所有有機化合物發(fā)生范圍：所有有機化合物； 吸收光波長：吸收光波長：CCCO NN、 NO、 CN 電子躍遷：電子躍遷：*或或n* 躍遷躍遷助色團助色團 定義：定義：含有

21、未共用電子對的雜原子基團含有未共用電子對的雜原子基團 舉例：舉例： NH2 、OH 、NR2 、OR SH 、SR 、Cl 、Br 作用原理：作用原理： 本身無生色功能，與生色團相連時，本身無生色功能，與生色團相連時，基基團中的團中的 n電子與生色團中的電子與生色團中的電子電子發(fā)生發(fā)生n共軛作用，共軛作用，使使*躍遷能量降躍遷能量降低，躍遷概率變大，低，躍遷概率變大，增強生色團的生色增強生色團的生色能力，使吸收波長向長波方向移動能力，使吸收波長向長波方向移動。紅移和藍移紅移和藍移 紅移：紅移：使化合物的吸收峰向長波長方向移使化合物的吸收峰向長波長方向移動的現(xiàn)象。不飽和鍵之間的共軛效應(yīng)、引動的現(xiàn)

22、象。不飽和鍵之間的共軛效應(yīng)、引入助色團或改變?nèi)軇┑臉O性，都會引起紅入助色團或改變?nèi)軇┑臉O性，都會引起紅移現(xiàn)象。移現(xiàn)象。 藍移：藍移：使化合物的吸收峰向短波長方向使化合物的吸收峰向短波長方向移動的現(xiàn)象稱為藍移（或紫移）。移動的現(xiàn)象稱為藍移（或紫移）。改變改變?nèi)軇┑臉O性會引起藍移現(xiàn)象。溶劑的極性會引起藍移現(xiàn)象。 3 3影響紫外可見吸收光譜的因素影響紫外可見吸收光譜的因素 （1）共軛效應(yīng)）共軛效應(yīng)（2）容劑效應(yīng)）容劑效應(yīng)（3）溶液）溶液pH共軛效應(yīng)共軛效應(yīng) 兩個或兩個以上不飽和鍵共軛時，由兩個或兩個以上不飽和鍵共軛時，由于共軛后于共軛后電子的運動范圍增大，引起電子的運動范圍增大，引起*軌道的能量降低

23、，軌道的能量降低，*躍遷的能級差躍遷的能級差E減小，吸收光譜減小，吸收光譜產(chǎn)生紅移，同時摩爾產(chǎn)生紅移，同時摩爾吸光系數(shù)增大。吸光系數(shù)增大。化合物化合物溶劑溶劑max/nmmax/ L/molcmCH2CH(CH2)CH3己烷己烷17711800CH2CHCH2CH2CHCH2異辛烷異辛烷17826000CH2CHCHCH2己烷己烷21721000CH2CHCHCHCHCH2異辛烷異辛烷26843000溶劑效應(yīng)溶劑效應(yīng) 使用的溶劑不同，同一種物質(zhì)得到的光譜使用的溶劑不同，同一種物質(zhì)得到的光譜可能不一樣?？赡懿灰粯印Ｈ軇┤軇┊愋镣楫愋镣槁确侣确录状技状妓? * maxmax/nm/nm23523

24、5238238237237243243n n* * maxmax/nm/nm321321315315309309305305溶劑對異丙叉丙酮紫外吸收光譜的影響溶劑對異丙叉丙酮紫外吸收光譜的影響 極性增加極性增加CCCCp p p p n p p p p p 非極性非極性 極性極性 n pn np p* *躍遷：藍移；藍移； ； p p p p* *躍遷：紅移；躍遷：紅移； ；COCO非極性非極性 極性極性 n p p p p n n p n pn溶液溶液pHpH 不同不同pH的溶液中，分子或離子的解離的溶液中，分子或離子的解離形式可能發(fā)生變化，其吸收光譜的形狀、形式可能發(fā)生變化，其吸收光譜的形

25、狀、max和吸收強度可能不一樣。和吸收強度可能不一樣。 測定這些化合物的紫外可見光譜時，測定這些化合物的紫外可見光譜時，須注意溶液的須注意溶液的pH。4常見有機化合物的紫外可見吸收光譜常見有機化合物的紫外可見吸收光譜 只能生只能生*躍遷，躍遷，150nm。可作為測定紫外可見光譜時的溶劑可作為測定紫外可見光譜時的溶劑 。引入雜原子，可產(chǎn)生引入雜原子，可產(chǎn)生n*躍遷，吸收波長變大。躍遷，吸收波長變大。如：如：CH3I、CH3Br、CH3Cl 、CH4的的max分別為分別為259nm、204nm、173nm 、125nm 。電負性越電負性越小，小， max越大。越大。飽和烴及其取代衍生物飽和烴及其取

26、代衍生物產(chǎn)生產(chǎn)生*和和*躍遷。躍遷。*躍遷吸收光波長大躍遷吸收光波長大，有實用價值有實用價值。共軛烯烴，因共軛效應(yīng)產(chǎn)生紅移，共軛體系共軛烯烴，因共軛效應(yīng)產(chǎn)生紅移，共軛體系越大，吸收波長越長越大，吸收波長越長。不飽和烴及共軛烯烴不飽和烴及共軛烯烴化合物化合物溶劑溶劑maxmax顏色顏色1,3丁二烯丁二烯己己 烷烷21721,000無色無色1,3,5己三烯己三烯異辛烷異辛烷26843,000無色無色1,3,5,7辛四烯辛四烯環(huán)己烷環(huán)己烷304無色無色1,3,5,7,9癸五烯癸五烯異辛烷異辛烷334121,000微黃微黃1,3,5,7,9,11十二十二烷基六烯烷基六烯異辛烷異辛烷364138,000

27、微黃微黃某些共軛多烯的吸收光譜特性某些共軛多烯的吸收光譜特性 特征吸收帶：特征吸收帶：180nm、204nm處產(chǎn)生處產(chǎn)生E1、E2兩個強吸收帶，兩個強吸收帶，由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個鍵環(huán)狀鍵環(huán)狀共軛系統(tǒng)的躍遷產(chǎn)生。共軛系統(tǒng)的躍遷產(chǎn)生。精細結(jié)構(gòu)吸收帶：精細結(jié)構(gòu)吸收帶：230270nm處出現(xiàn)處出現(xiàn)B吸收吸收帶，由帶，由*躍遷和苯環(huán)振動的重疊引起。躍遷和苯環(huán)振動的重疊引起。 對于稠環(huán)芳烴化合物，苯環(huán)的數(shù)目越多，對于稠環(huán)芳烴化合物，苯環(huán)的數(shù)目越多，max越大。越大。 苯及其取代衍生物苯及其取代衍生物發(fā)生發(fā)生n*、n *和和*躍遷，產(chǎn)生三躍遷，產(chǎn)生三個吸收帶。個吸收帶。n*躍遷所需要的能量較低，

28、吸收波長進躍遷所需要的能量較低，吸收波長進入近紫外光區(qū)或紫外可見光區(qū)。入近紫外光區(qū)或紫外可見光區(qū)。 羰基化合物羰基化合物np p COHH二、無機化合物的紫外可見光譜二、無機化合物的紫外可見光譜 一些無機物也產(chǎn)生紫外一些無機物也產(chǎn)生紫外-可見吸收光譜，其可見吸收光譜，其主要能級躍遷類型包括主要能級躍遷類型包括電荷轉(zhuǎn)移躍遷電荷轉(zhuǎn)移躍遷和和配位配位場躍遷場躍遷。 電荷遷移躍遷電荷遷移躍遷電子接受體電子接受體: 配合物的金屬中心離子配合物的金屬中心離子(M);電子給予體電子給予體: 配位體配位體()。SCNFeSCNFeLMLMhbnhbn 23)1()1( maxmax 較大較大 (10(104

29、4以上以上) )，可用于定量分析。，可用于定量分析。配場躍遷配場躍遷 過渡元素與配位體配合時，過渡元素與配位體配合時，d或或f軌道發(fā)軌道發(fā)生能級分裂。低能量軌道上的電子吸收外來生能級分裂。低能量軌道上的電子吸收外來能量，躍遷到高能量的能量，躍遷到高能量的 d 或或 f 軌道，從而軌道，從而產(chǎn)生吸收光譜。產(chǎn)生吸收光譜。Co(H2O)62+、Ni(H2O)62+、Cu(NH3)42+等呈現(xiàn)等呈現(xiàn)出不同顏色，都是由配位場躍遷產(chǎn)生的。出不同顏色，都是由配位場躍遷產(chǎn)生的。 一、主要組成元件一、主要組成元件二、紫外可見分光光度計的類型二、紫外可見分光光度計的類型第三節(jié)第三節(jié) 紫外可見分光光度計紫外可見分光

30、光度計 的結(jié)構(gòu)與原理的結(jié)構(gòu)與原理一、主要組成元件一、主要組成元件光源光源單色器單色器吸收池吸收池 檢測器檢測器顯示顯示1. 光源光源作用：提供光能作用：提供光能, 使待測物質(zhì)產(chǎn)生光吸收。使待測物質(zhì)產(chǎn)生光吸收。要求：提供連續(xù)光譜、穩(wěn)定性良好、使用要求：提供連續(xù)光譜、穩(wěn)定性良好、使用壽命長、輻射強度隨波長無明顯變化壽命長、輻射強度隨波長無明顯變化。類型：輻射光源類型：輻射光源 、氣體放電光源氣體放電光源輻射光源輻射光源種類：鎢燈、鹵鎢燈：種類：鎢燈、鹵鎢燈： 波長范圍：波長范圍：3601000nm應(yīng)用：可見光分光光度計應(yīng)用：可見光分光光度計氣體放電光源氣體放電光源種類：氫燈、氘燈種類：氫燈、氘燈波

31、長范圍：波長范圍：160375nm應(yīng)用：紫外分光光度計應(yīng)用：紫外分光光度計紫外可見分光光度計需要同時安裝兩種光源紫外可見分光光度計需要同時安裝兩種光源2. 單色器單色器作用：作用：從復(fù)合光中分出波長可調(diào)的單色光從復(fù)合光中分出波長可調(diào)的單色光 。組成：組成：入射狹縫、準光器、色散元件、聚焦入射狹縫、準光器、色散元件、聚焦元件和出射狹縫元件和出射狹縫 。類型：棱鏡、光柵。類型：棱鏡、光柵。 入射狹縫：光由此進入單色器；入射狹縫：光由此進入單色器；入射狹縫入射狹縫準直系統(tǒng)準直系統(tǒng) 準直系統(tǒng)：使入射光成為平行光束；準直系統(tǒng)：使入射光成為平行光束； 聚光元件：將所得單色光聚焦至出射狹縫；聚光元件：將所得

32、單色光聚焦至出射狹縫；聚光元件聚光元件色散元件色散元件 色散元件：將復(fù)合光分解成單色光，棱鏡或光柵；色散元件：將復(fù)合光分解成單色光，棱鏡或光柵；1 12 2 出射狹縫：將單色光比色皿。出射狹縫：將單色光比色皿。 出射狹縫出射狹縫玻璃棱鏡適用于可見光區(qū)。玻璃棱鏡適用于可見光區(qū)。石英棱鏡適用于可用于紫外、可見光區(qū)。石英棱鏡適用于可用于紫外、可見光區(qū)。光柵可用于紫外、可見和近紅外光譜區(qū)。光柵可用于紫外、可見和近紅外光譜區(qū)。 3. 吸收池吸收池作用：光與物質(zhì)發(fā)生作用的場所，要求吸收池作用：光與物質(zhì)發(fā)生作用的場所，要求吸收池能讓入射光束通過。能讓入射光束通過。 類型：玻璃池類型：玻璃池只能用于可見光區(qū)只

33、能用于可見光區(qū)； 石英池石英池可用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)?？捎糜诳梢姽鈪^(qū)及紫外光區(qū)。4. 檢測器檢測器作用：作用：利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號變成可測的電信號。 類型：類型：光電池、光電管、光電倍增管光電池、光電管、光電倍增管。硒光電池硒光電池SeFe (Cu) 玻璃玻璃 透過光透過光 Ag(AuAg(Au) )薄膜薄膜塑塑料料優(yōu)點：使用方便、便于攜帶（耐用、成本低）。優(yōu)點：使用方便、便于攜帶（耐用、成本低）。缺點：電阻小，電流不易放大；響應(yīng)較慢。缺點：電阻小，電流不易放大；響應(yīng)較慢。 只在高強度輻射區(qū)較靈敏；只在高強度輻射區(qū)較靈敏； 長時間使

34、用后，有長時間使用后，有“疲勞疲勞”現(xiàn)象現(xiàn)象。 透過光透過光陰極陰極抽真空抽真空陽極陽極直流放大直流放大9090伏伏DCDC- - +陰極表面可涂漬不同光敏物質(zhì)。陰極表面可涂漬不同光敏物質(zhì)。優(yōu)點：電流易放大、響應(yīng)快、應(yīng)用廣。優(yōu)點：電流易放大、響應(yīng)快、應(yīng)用廣。缺點：有微小暗電流。缺點：有微小暗電流。真真空空光光電電管管 光敏光敏 陰極陰極 倍增極倍增極陽極陽極負電壓負電壓光束光束優(yōu)點：靈敏度高、響應(yīng)快、適于弱光測定。優(yōu)點：靈敏度高、響應(yīng)快、適于弱光測定。缺點：暗電流大、需冷卻、不得置于強光下。缺點：暗電流大、需冷卻、不得置于強光下。光電倍增管光電倍增管 5. 信號處理及顯示系統(tǒng)信號處理及顯示系統(tǒng)

35、作用作用: 放大信號、顯示或記錄信號。放大信號、顯示或記錄信號。信號指示裝置信號指示裝置: 有直流檢流計、電位調(diào)有直流檢流計、電位調(diào)零裝置、數(shù)字顯示及自動記錄裝置等。零裝置、數(shù)字顯示及自動記錄裝置等。微處理機：對儀器進行控制，進行圖譜微處理機：對儀器進行控制，進行圖譜儲存和數(shù)據(jù)處理。儲存和數(shù)據(jù)處理。二、紫外可見分光光度計的類型二、紫外可見分光光度計的類型 單光束分光光度計單光束分光光度計雙光束分光光度計雙光束分光光度計雙波長分光光度計雙波長分光光度計1. 單光束分光光度計單光束分光光度計簡單、價廉；簡單、價廉；測量給定波長處的吸光度或透光度；測量給定波長處的吸光度或透光度；一般不能作全波段光譜

36、掃描；一般不能作全波段光譜掃描；要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。儀器復(fù)雜，價格較高；儀器復(fù)雜，價格較高；自動記錄、快速全波段掃描自動記錄、快速全波段掃描；可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化；可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化；等因素的影響等因素的影響；適合于結(jié)構(gòu)分析適合于結(jié)構(gòu)分析。2. 雙光束分光光度計雙光束分光光度計3. 3. 雙波長分光光度計雙波長分光光度計 將不同波長的兩將不同波長的兩束單色光快速交替通束單色光快速交替通過同一吸收池而后到過同一吸收池而后到達檢測器。產(chǎn)生交流達檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。信號。無需參比池。兩波長同時掃描即可兩波長同

37、時掃描即可獲得獲得導數(shù)光譜導數(shù)光譜。第四節(jié)第四節(jié) 紫外可見分光光度法的應(yīng)用紫外可見分光光度法的應(yīng)用 一、定性分析一、定性分析 二、定量分析二、定量分析一、定性分析一、定性分析有機化合物的鑒定有機化合物的鑒定結(jié)構(gòu)推斷結(jié)構(gòu)推斷純度檢驗純度檢驗1未知化合物的定性鑒定未知化合物的定性鑒定依據(jù)：吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目、位置和依據(jù)：吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目、位置和相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)等。相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)等。標準物光譜比較法：相同條件下，測定未知物和標準物光譜比較法：相同條件下，測定未知物和已知標準物的吸收光譜，進行圖譜對比，如果二已知標準物的吸收光譜，進行圖譜對比，如果二者的圖譜完全一致，可初步

38、認為待測物與標準物者的圖譜完全一致，可初步認為待測物與標準物為同一種物質(zhì)。為同一種物質(zhì)。標準標準譜圖譜圖比較法比較法：如果沒有標準物，可借助紫外如果沒有標準物，可借助紫外可見標準圖譜或有關(guān)電子光譜數(shù)據(jù)資料進行比較?？梢姌藴蕡D譜或有關(guān)電子光譜數(shù)據(jù)資料進行比較。2 2有機化合物的結(jié)構(gòu)推斷有機化合物的結(jié)構(gòu)推斷 化合物某些特征集團的判別。化合物某些特征集團的判別。若在若在200750nm區(qū)域內(nèi)無吸收峰，則可能是區(qū)域內(nèi)無吸收峰，則可能是直鏈烷烴、環(huán)烷烴、飽和脂肪族化合物或僅含直鏈烷烴、環(huán)烷烴、飽和脂肪族化合物或僅含一個雙鍵的烯烴。一個雙鍵的烯烴。若在若在270300nm有弱的吸收峰，且隨溶劑極有弱的吸收

39、峰，且隨溶劑極性增大而發(fā)生藍移，則說明分子內(nèi)含有羰基。性增大而發(fā)生藍移，則說明分子內(nèi)含有羰基。若在若在184nm附近有強吸收帶附近有強吸收帶(E1帶帶)，在，在204nm附近有中強吸收帶附近有中強吸收帶(E2帶帶)，在，在260nm附近有弱附近有弱吸收帶且有精細結(jié)構(gòu)吸收帶且有精細結(jié)構(gòu)(B帶帶)，說明含有苯環(huán)。，說明含有苯環(huán)。3化合物的純度檢驗化合物的純度檢驗如果某化合物在紫外區(qū)沒有明顯吸收峰，如果某化合物在紫外區(qū)沒有明顯吸收峰，而其中的雜質(zhì)有較強吸收峰，就能方便而其中的雜質(zhì)有較強吸收峰，就能方便的檢出該化合物中是否含有雜質(zhì)。的檢出該化合物中是否含有雜質(zhì)。如：苯在如：苯在256nm處產(chǎn)生處產(chǎn)生B

40、吸收帶，而甲吸收帶，而甲醇或乙醇在該處幾乎沒有吸收帶，因此，醇或乙醇在該處幾乎沒有吸收帶，因此，要檢驗甲醇或乙醇中是否含有苯，可觀要檢驗甲醇或乙醇中是否含有苯，可觀察在察在256nm處是否有吸收帶確定其中是處是否有吸收帶確定其中是否含有雜質(zhì)苯。否含有雜質(zhì)苯。二、定量分析二、定量分析 基本原理：基本原理：通過測定溶液對一定波長通過測定溶液對一定波長入射光的吸光度，依據(jù)朗伯入射光的吸光度，依據(jù)朗伯-比耳定律，比耳定律，求出溶液中物質(zhì)的濃度。求出溶液中物質(zhì)的濃度。應(yīng)用范圍：單組分、多組分。應(yīng)用范圍：單組分、多組分。1. 1. 單組分的定量分析單組分的定量分析 在測定條件下，如果待測組分的吸光在測定條

41、件下，如果待測組分的吸光系數(shù)已知，可以測定溶液的吸光度，直接系數(shù)已知，可以測定溶液的吸光度，直接根據(jù)朗伯根據(jù)朗伯-比爾定律，求出組分的濃度或含比爾定律，求出組分的濃度或含量。量。吸光系數(shù)法（絕對法吸光系數(shù)法（絕對法) ) 【例【例1-4】已知維生素】已知維生素B12的在的在361nm處的質(zhì)量吸光系處的質(zhì)量吸光系數(shù)為數(shù)為20.7Lg-1cm-1。稱取樣品。稱取樣品30.0mg，加水溶解后，加水溶解后稀釋至稀釋至1000ml，在該波長處用，在該波長處用1.00cm吸收池測定溶吸收池測定溶液的吸光度為液的吸光度為0.618，計算樣品溶液中維生素，計算樣品溶液中維生素B12的質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。量分數(shù)。 解

42、：根據(jù)朗伯解：根據(jù)朗伯- -比爾定律：比爾定律：Aabc0.6180.0299/20.7 1Acg Lab測30.0299 1.0(%)10099.7%30 10W標準對照法標準對照法預(yù)先配制濃度已知的標準溶液，要求其濃預(yù)先配制濃度已知的標準溶液，要求其濃度度Cs與待測試液濃度與待測試液濃度Cx接近。接近。在相同條件下，平行測定試樣溶液和標準在相同條件下，平行測定試樣溶液和標準溶液的吸光度溶液的吸光度Ax和和As。由由Cs可計算試樣溶液中被測物質(zhì)的濃度可計算試樣溶液中被測物質(zhì)的濃度CxSXsXACCAAx=bCxAs=bCs標準曲線法標準曲線法 配制一系列不同濃度的標準溶液。配制一系列不同濃度

43、的標準溶液。測定標準系列溶液的吸光度。測定標準系列溶液的吸光度。繪制吸光度濃度曲線，稱為標準曲線繪制吸光度濃度曲線，稱為標準曲線（工作曲線或校正曲線）。（工作曲線或校正曲線）。在相同條件下測定試樣溶液的吸光度，在相同條件下測定試樣溶液的吸光度，從校正曲線上找出與之對應(yīng)的未知組分從校正曲線上找出與之對應(yīng)的未知組分的濃度。的濃度。 【例【例1-4】以鄰二氮菲為顯色劑，采用標準曲】以鄰二氮菲為顯色劑，采用標準曲線法測定微量線法測定微量Fe2+。實驗得到標準溶液和樣。實驗得到標準溶液和樣品的濃度及吸光度數(shù)據(jù)，試確定樣品的濃度。品的濃度及吸光度數(shù)據(jù)，試確定樣品的濃度。 溶液溶液標標1 1標標2 2標標3

44、 3標標4 4標標5 5 標標6 6樣品樣品濃度濃度c c10105 5（mol/Lmol/L）1.001.002.002.003.003.00 4.004.00 6.006.008.008.00c cx x吸光度吸光度A A0.1130.1130.2120.2120.3360.3360.4340.4340.6690.6690.8680.8680.7120.712解：得到回歸方程為：解：得到回歸方程為： 342.08 101.09 100.99956Acr3434512.08 101.09 100.7122.08 101.09 106.51 10XXACmol L02468100.00.20.

45、40.60.81.0AC/molL-1105二、多組分的定量分析二、多組分的定量分析 依據(jù)：吸光度具有加和性。依據(jù)：吸光度具有加和性。測定試樣中各種純組分的吸收光譜，對測定試樣中各種純組分的吸收光譜，對比其最大吸收波長，并計算出對應(yīng)的吸比其最大吸收波長，并計算出對應(yīng)的吸光系數(shù)。光系數(shù)。解方程，分別求各組分的含量。解方程，分別求各組分的含量。1. 1. 兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾）兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾）兩組分在各自兩組分在各自maxmax下不重疊下不重疊分別按單組分定量分別按單組分定量111222xxyyAA過程：測定；測定；1111xxxxxxAACC由2222yyyyyyAAC

46、C由2.2.兩組分吸收光譜部分重疊兩組分吸收光譜部分重疊1 1測測A A1 1yy組分不干擾組分不干擾按單組分定量測按單組分定量測CxCx2 2測測A A2 2xx組分干擾組分干擾不能按單組分定量測不能按單組分定量測CyCy1112222xxxyx yAA過程：測定；測定和；1111xxxxxxAACbCb 由22222()x yxyxyxyAAACCb由222x yxxyyACbCb吸收光譜相互重疊吸收光譜相互重疊2112122121121221()()yx yyx yxxyxyxx yxx yyyxyxAACbAACb 11111()x yxyxyxyAAACCb22222()x yxyx

47、yxyAAACCb第五節(jié)第五節(jié) 實驗技術(shù)實驗技術(shù) 一、樣品的制備一、樣品的制備 二、儀器測量條件的選擇二、儀器測量條件的選擇 三、顯色反應(yīng)條件的選擇三、顯色反應(yīng)條件的選擇 四、參比溶液的選擇四、參比溶液的選擇 一、樣品的制備一、樣品的制備液體樣品：選擇合適的溶劑溶解。液體樣品：選擇合適的溶劑溶解。固體樣品：溶劑直接溶解、酸熔融、堿固體樣品：溶劑直接溶解、酸熔融、堿熔融。熔融。溶劑：良好的溶解能力溶劑：良好的溶解能力; 在測定波長范圍在測定波長范圍內(nèi)沒有明顯的吸收內(nèi)沒有明顯的吸收; 被測組分在溶劑中有被測組分在溶劑中有良好的吸收峰形；揮發(fā)性小，不易燃，良好的吸收峰形；揮發(fā)性小，不易燃，無毒性，價

48、格便宜。無毒性，價格便宜。 二、儀器測量條件的選擇二、儀器測量條件的選擇 1測量波長的選擇：測量波長的選擇： 最大吸收原則：最大吸收波長為測量波長；最大吸收原則：最大吸收波長為測量波長； 如果如果max處吸收峰太尖銳處吸收峰太尖銳, 可選用靈敏度低的可選用靈敏度低的寬峰波長進行測量。寬峰波長進行測量。 2 2吸光度范圍的選擇吸光度范圍的選擇 A A的測量范圍為的測量范圍為0.20.20.8(T0.8(T為為65651515) ) 3 3儀器狹縫寬度的選擇儀器狹縫寬度的選擇 狹縫過寬，入射光的單色性降低，標準曲線偏狹縫過寬，入射光的單色性降低，標準曲線偏離比耳定律，準確度降低；狹縫寬度過窄時，光

49、離比耳定律，準確度降低；狹縫寬度過窄時，光強變?nèi)?，靈敏度降低。強變?nèi)?，靈敏度降低。 三、顯色反應(yīng)條件的選擇三、顯色反應(yīng)條件的選擇顯色反應(yīng)：將待測組分轉(zhuǎn)化為有色物顯色反應(yīng)：將待測組分轉(zhuǎn)化為有色物質(zhì)的反應(yīng)。質(zhì)的反應(yīng)。顯色劑：與待測組分形成有色物質(zhì)的顯色劑：與待測組分形成有色物質(zhì)的試劑稱為。試劑稱為。1 1顯色劑及其用量的選擇顯色劑及其用量的選擇顯色劑與待測離子反應(yīng)生成組成恒定、顯色劑與待測離子反應(yīng)生成組成恒定、穩(wěn)定性強的產(chǎn)物；穩(wěn)定性強的產(chǎn)物；顯色條件易于控制；顯色條件易于控制；產(chǎn)物對紫外可見光有較強的吸收能力；產(chǎn)物對紫外可見光有較強的吸收能力；顯色劑與產(chǎn)物的顏色差異要大；顯色劑與產(chǎn)物的顏色差異要大

50、； 顯色劑用量：固定金屬離子濃度，作吸顯色劑用量：固定金屬離子濃度，作吸光度隨顯色劑濃度的變化曲線，選取吸光度隨顯色劑濃度的變化曲線，選取吸光度恒定時的顯色劑用量。光度恒定時的顯色劑用量。2. 2. 反應(yīng)的反應(yīng)的pHpH 固定溶液中待測組分和顯色劑的濃度，固定溶液中待測組分和顯色劑的濃度，改變?nèi)芤焊淖內(nèi)芤簆HpH，分別測定在不同，分別測定在不同pHpH溶液的吸溶液的吸光度光度A A，繪制，繪制A ApHpH曲線，從中找出最適宜曲線，從中找出最適宜的的pHpH范圍。范圍。 FeFe3+3+- -水楊酸配合物與水楊酸配合物與pHpH關(guān)關(guān)系系 pH范圍范圍配合物組成配合物組成 顏色顏色 4Fe(C7

51、H4O3)+（1:1）紫紅色紫紅色47Fe(C7H4O3)2（1:2）棕橙色棕橙色810Fe(C7H4O3)33（1:3）黃色黃色3. 顯色的時間顯色的時間反應(yīng)速度較慢的反應(yīng)體系，需要有足夠的反應(yīng)速度較慢的反應(yīng)體系，需要有足夠的反應(yīng)時間；反應(yīng)時間；酸度、顯色劑的濃度都會影響顯色時間。酸度、顯色劑的濃度都會影響顯色時間。 4. 反應(yīng)的溫度反應(yīng)的溫度 吸光度的測量都是在室溫下進行的，溫度吸光度的測量都是在室溫下進行的，溫度的稍許變化，對測量影響不大的稍許變化，對測量影響不大顯色反應(yīng)受溫度影響很大時，需要進行反顯色反應(yīng)受溫度影響很大時，需要進行反應(yīng)溫度的選擇和控制。應(yīng)溫度的選擇和控制。四、參比溶液的選擇四、參比溶液的選擇吸光度測量的重要步驟：先要用吸光