第4章 紫外-可見分光光度法

第4章紫外-可見分光光度法第1節(jié)光學(xué)分析法概論第2節(jié)紫外-可見吸收光譜第3節(jié)Lambert-Beer定量第4節(jié)紫外-可見分光光度計第5節(jié)分析條件的選擇第6節(jié)紫外-可見分光光度法的應(yīng)用第1節(jié)光學(xué)分析法概論一、電磁輻射和電磁波譜二、光學(xué)分析法及其分類三、光譜法儀器——分光光度計一、電磁輻射和電磁波譜1．電磁輻射（電磁波，光）：以巨大速度通過空間、不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的一種能量2．電磁輻射的性質(zhì)：具有波、粒二向性波動性：粒子性：光子的能量與它的頻率呈正比，與波長呈反比，而與光的強度無關(guān)高能輻射區(qū)光學(xué)光譜區(qū)波譜區(qū)3．電磁波譜：電磁輻射按波長順序排列，稱~。二、光學(xué)分析法及其分類（一）光學(xué)分析法依據(jù)物質(zhì)與電磁輻射相互作用而建立起來的各種分析法的統(tǒng)稱～。（二）分類：

1．光譜法：利用物質(zhì)與電磁輻射作用時，物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化能級躍遷而產(chǎn)生的吸收、發(fā)射或散射輻射等電磁波的強度隨波長變化的定性、定量分析方法發(fā)射光譜例：γ-射線；x-射線；熒光吸收光譜例：原子吸收光譜，分子吸收光譜2．非光譜法：利用物質(zhì)對電磁輻射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性質(zhì)建立的分析方法分類：折射法、旋光法、比濁法、χ射線衍射法3．光譜法與非光譜法的區(qū)別：光譜法：內(nèi)部能級發(fā)生變化原子吸收/發(fā)射光譜法：原子外層電子能級躍遷分子吸收/發(fā)射光譜法：分子外層電子能級躍遷非光譜法：內(nèi)部能級不發(fā)生變化僅測定電磁輻射性質(zhì)改變?nèi)?、光譜法儀器——分光光度計主要特點：五個單元組成光源用于分子吸收光譜用于熒光、原子吸收、Roman光譜單色器作用是將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶吸收池盛放試樣的吸收池由光透明的材料制成。分為：紫外光區(qū)工作時，采用石英材料可見光區(qū)工作時，采用硅酸鹽玻璃紅外光區(qū)工作時，可根據(jù)不同的波長范圍選用不同材料的晶體制成吸收池的窗口檢測器對光子有響應(yīng)的光檢測器對熱產(chǎn)生響應(yīng)的熱檢測器第2節(jié)紫外-可見吸收光譜一、紫外-可見吸收光譜的產(chǎn)生二、紫外-可見吸收光譜的電子躍遷類型三、相關(guān)的基本概念四、吸收帶類型和影響因素一、紫外-可見吸收光譜的產(chǎn)生1．分子吸收光譜的產(chǎn)生——由能級間的躍遷引起能級：電子能級、振動能級、轉(zhuǎn)動能級躍遷：電子受激發(fā)，從低能級轉(zhuǎn)移到高能級的過程若用一連續(xù)的電磁輻射照射樣品分子，將照射前后的光強度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒂涗浵聛恚涂傻玫焦鈴姸茸兓瘜ΣㄩL的關(guān)系曲線，即為分子吸收光譜，反映了它在不同的光譜區(qū)域內(nèi)吸收能力的分布情況，可從波形、波峰的強度、位置及數(shù)目看出來，為研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供重要的信息。當(dāng)一個分子吸收了外來輻射之后，它的能量變化為若分子的較高能級與較低能級能量之差等于電磁波的能量2．分子吸收光譜的分類：分子內(nèi)運動涉及三種躍遷能級，所需能量大小順序

3．紫外-可見吸收光譜的產(chǎn)生

由于分子吸收紫外-可見光區(qū)的電磁輻射，分子中價電子（或外層電子）的能級躍遷而產(chǎn)生（吸收能量=兩個躍遷能級之差）二、紫外-可見吸收光譜的電子躍遷類型預(yù)備知識：價電子：σ電子→飽和的σ鍵

π電子不飽和的π鍵

n電子基態(tài)與激發(fā)態(tài)：電子吸收能量，由基態(tài)→激發(fā)態(tài)成鍵軌道與反鍵軌道：能量高低次序

σ<π<n<π*<σ*電子躍遷類型：1.σ→σ*躍遷：飽和烴（甲烷，乙烷）E很高，λ<150nm（遠(yuǎn)紫外區(qū)）2.n→σ*躍遷：含雜原子飽和基團(tuán)（—OH，—NH2）E較大，λ150~250nm（真空紫外區(qū)）3.π→π*躍遷：不飽和基團(tuán)（—C＝C—，—C＝O）E較小，λ~200nm體系共軛，E更小，λ更大4.n→π*躍遷：含雜原子不飽和基團(tuán)（—C≡N，C＝O）E最小，λ200~400nm（近紫外區(qū)）按能量大?。害摇?>

n→σ*>

π→π*>

n→π*說明：紫外光譜電子躍遷類型：n—π*躍遷

π—π*躍遷飽和化合物無紫外吸收

電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團(tuán)有密切聯(lián)系根據(jù)分子結(jié)構(gòu)→推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型；根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型

→推測分子中可能存在的基團(tuán)（分子結(jié)構(gòu)鑒定）三、相關(guān)的基本概念1．吸收光譜（吸收曲線）：不同波長光對樣品作用不同，吸收強度不同以λ～A作圖next2．吸收光譜特征：定性依據(jù)吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收→飽和σ-σ躍遷產(chǎn)生back3．生色團(tuán)（發(fā)色團(tuán)）：能吸收紫外-可見光的基團(tuán)有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團(tuán)具有n電子和π電子的基團(tuán)產(chǎn)生n→π*躍遷和π→π*躍遷躍遷E較低例：C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—

4．助色團(tuán)：本身無紫外吸收，但可以使生色團(tuán)吸收峰加強同時使吸收峰長移的基團(tuán)有機物：連有雜原子的飽和基團(tuán)例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：當(dāng)出現(xiàn)幾個發(fā)色團(tuán)共軛，則幾個發(fā)色團(tuán)所產(chǎn)生的吸收帶將消失，代之出現(xiàn)新的共軛吸收帶，其波長將比單個發(fā)色團(tuán)的吸收波長長，強度也增強5．紅移和藍(lán)移：由于化合物結(jié)構(gòu)變化（共軛、引入助色團(tuán)取代基）或采用不同溶劑后

吸收峰位置向長波方向的移動，叫紅移（長移）

吸收峰位置向短波方向移動，叫藍(lán)移（紫移，短移）6．增色效應(yīng)和減色效應(yīng)增色效應(yīng)：吸收強度增強的效應(yīng)減色效應(yīng)：吸收強度減小的效應(yīng)7．強帶和弱帶：

εmax>105→強帶

ε<103→弱帶四、吸收帶類型和影響因素1．R帶：由含雜原子的不飽和基團(tuán)的n→π*躍遷產(chǎn)生C＝O；C＝N；—N＝N—E小，λmax250～400nm，εmax<1002．K帶：由共軛雙鍵的π→π*躍遷產(chǎn)生(—CH＝CH—)n，—CH＝C—CO—λmax>200nm，εmax>104共軛體系增長，λmax↑→紅移，εmax↑3．B帶：由π→π*躍遷產(chǎn)生芳香族化合物的主要特征吸收帶

λmax=254nm，寬帶，具有精細(xì)結(jié)構(gòu)；εmax=200極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細(xì)結(jié)構(gòu)消失4．E帶：由苯環(huán)環(huán)形共軛系統(tǒng)的π→π*躍遷產(chǎn)生芳香族化合物的特征吸收帶

E1180nmεmax>104

（常觀察不到）E2200nmεmax=7000強吸收苯環(huán)有發(fā)色團(tuán)取代且與苯環(huán)共軛時，E2帶與K帶合并一起紅移（長移）影響吸收帶位置的因素：1．溶劑效應(yīng)：對λmax影響：nextn-π*躍遷：溶劑極性↑，λmax↓藍(lán)移

π-π*躍遷：溶劑極性↑，λmax↑紅移對吸收光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)影響next

溶劑極性↑，苯環(huán)精細(xì)結(jié)構(gòu)消失溶劑的選擇——極性；純度高；截止波長<λmax2．pH值的影響：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長back藍(lán)移紅移back影響吸收帶位置的因素：3．共軛效應(yīng)：共軛體系的形成使體系的最高已占軌道能級升高，最低空軌道能級降低，π-π*躍遷的能量降低。共軛體系越長，能級差越小，最大吸收波長越移向長波方向，吸收強度增大。4．立體化學(xué)效應(yīng)是指因空間位阻、構(gòu)象、跨環(huán)共軛等因素導(dǎo)致吸收光譜的紅移或藍(lán)移，并常伴隨增色或減色效應(yīng)。第3節(jié)基本原理一、Lamber-Beer定律二、吸光系數(shù)和吸收光譜三、偏離Beer定律的因素一、Lamber-Beer定律：吸收光譜法基本定律描述物質(zhì)對單色光吸收強弱與液層厚度和待測物濃度的關(guān)系討論：1．Lamber-Beer定律的適用條件（前提）入射光為單色光溶液是稀溶液2．該定律適用于固體、液體和氣體樣品3．在同一波長下，各組分吸光度具有加和性應(yīng)用：多組分測定二、吸光系數(shù)和吸收光譜1．吸光系數(shù)的物理意義：單位濃度、單位厚度的吸光度討論：

1）E=f（組分性質(zhì)，溫度，溶劑，λ）當(dāng)組分性質(zhì)、溫度和溶劑一定，E=f（λ）

2）不同物質(zhì)在同一波長下E可能不同（選擇性吸收）同一物質(zhì)在不同波長下E一定不同

3）E↑，物質(zhì)對光吸收能力↑,定量測定靈敏度↑→定性、定量依據(jù)2．吸光系數(shù)兩種表示法：

1）摩爾吸光系數(shù)ε：在一定λ下，C=1mol/L，L=1cm時的吸光度

2）百分含量吸光系數(shù)/比吸光系數(shù)：在一定λ下，C=1g/100ml，L=1cm時的吸光度

3）兩者關(guān)系3．吸收光譜（吸收曲線）：λ~A最大吸收最小吸收特征值→定性依據(jù)肩峰末端吸收4．吸光度測量的條件選擇：1）測量波長的選擇：2）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：3）參比溶液(空白溶液)的選擇：選A=0.2～0.7注：采用空白消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素對透光率的干擾三、偏離Beer定律的因素依據(jù)Beer定律，A與C關(guān)系應(yīng)為經(jīng)過原點的直線偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個方面（一）光學(xué)因素（二）化學(xué)因素（一）光學(xué)因素

1．非單色光的影響：

Beer定律應(yīng)用的重要前提——入射光為單色光照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后并非真正單色光其波長寬度由入射狹縫的寬度和棱鏡或光柵的分辨率決定為了保證透過光對檢測器的響應(yīng)，必須保證一定的狹縫寬度這就使分離出來的光具一定的譜帶寬度討論：入射光的譜帶寬度嚴(yán)重影響吸光系數(shù)和吸收光譜形狀結(jié)論：選擇較純單色光（Δλ↓，單色性↑）選λmax作為測定波長（ΔE↓，S↑且成線性）2．雜散光的影響：雜散光是指從單色器分出的光不在入射光譜帶寬度范圍內(nèi)，與所選波長相距較遠(yuǎn)雜散光來源：儀器本身缺陷；光學(xué)元件污染造成雜散光可使吸收光譜變形，吸光度變值（二）化學(xué)因素Beer定律適用的另一個前提：稀溶液濃度過高會使C與A關(guān)系偏離定律第3節(jié)紫外分光光度計UV-Visspectrophotometer1．光源：2．單色器：包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件棱鏡——對不同波長的光折射率不同色散元件分出光波長不等距光柵——衍射和干涉分出光波長等距鎢燈或鹵鎢燈——可見光源350~1000nm氫燈或氘燈——紫外光源200~360nm3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英——不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)要求：匹配性（對光的吸收和反射應(yīng)一致）4．檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置5．記錄裝置：訊號處理和顯示系統(tǒng)光電池光電管光電倍增管二極管陣列檢測器第5節(jié)分析條件的選擇一、反應(yīng)條件的選擇顯色反應(yīng)：選用適當(dāng)?shù)脑噭c待測離子反應(yīng)生成對紫外或可見光有較大吸收的物質(zhì)再行測定。選用的試劑叫顯色劑。next顯色反應(yīng)的一般要求：反應(yīng)的生成物必須在紫外、可見光區(qū)有較強的吸光能力，即摩爾吸光系數(shù)較大，反應(yīng)有較高的選擇性；反應(yīng)生成物應(yīng)組成恒定、穩(wěn)定性好，顯示條件易于控制等，保證測量結(jié)果有良好的重現(xiàn)性；對照性好，顯色劑與有色配合物的最大吸收差別要在60nm以上。back顯示反應(yīng)條件顯色劑的用量溶液酸度的影響顯色劑反應(yīng)時間溫度、放置時間二、參比溶液的選擇溶劑參比試劑參比試樣參比平行操作溶液參比二、干擾及消除方法控制酸度選擇適當(dāng)?shù)难诒蝿├蒙啥栊耘浜衔镞x擇適當(dāng)?shù)臏y量波長分離第6節(jié)紫外-可見分光光度法的應(yīng)用一、定性分析二、定量分析一、定性分析（一）定性鑒別

定性鑒別的依據(jù)→吸收光譜的特征吸收光譜的形狀吸收峰的數(shù)目吸收峰的位置（波長）吸收峰的強度相應(yīng)的吸光系數(shù)1．對比吸收光譜的一致性同一測定條件下，與標(biāo)準(zhǔn)對照物譜圖或標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對照比較2．對比吸收光譜的特征值（二）純度檢查和雜質(zhì)限量測定1．純度檢查（雜質(zhì)檢查）2．雜質(zhì)限量的測定二、定量分析（一）單組分的定量方法1．吸光系數(shù)法2．標(biāo)準(zhǔn)曲線法3．對照法：外標(biāo)一點法1.吸光系數(shù)法（絕對法）例：精密稱取B12樣品25.0mg，用水溶液配成100ml。精密吸取10.00ml，又置100ml容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在1cm的吸收池中，于361nm處測定吸光度為0.507，求B12的百分含量？解：2.標(biāo)準(zhǔn)曲線法

蘆丁含量測定0.710mg/25mL3.對照法：外標(biāo)一點法注：當(dāng)樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)品溶液的稀釋倍數(shù)相同時例：維生素B12的含量測定精密吸取B12注射液2.50mL，加水稀釋至10.00mL；另配制對照液，精密稱定對照品25.00mg，加水稀釋至1000mL。在361nm處，用1cm吸收池，分別測定吸光度為0.508和0.518，求B12注射液的濃度以及標(biāo)示量的百分含量（該B12注射液的標(biāo)示量為100μg/mL）解：1）對照法（二）多組分的定量方法三種情況：1．兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾）兩組分在各自λmax下不重疊→分別按單組分定量2．兩組分吸收光譜部分重疊

λ1→測A1→b組分不干擾→可按單組分定量測Caλ2→測A2→a組分干擾→不能按單組分定量測Ca

海洋上的應(yīng)用1、分光光度法測定海洋生物樣品中的痕量鋁2、分光光度法測定海洋河弧菌510脂多糖3、海水和海洋沉積物中總磷的測定4、古糖酯的分光光度法測定5、海洋監(jiān)測石油標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制6、應(yīng)用分光光度法監(jiān)測大連灣海水COD7、紫外分光光度法測定水中油含量8、紫外分光光度法測定貽貝體內(nèi)石油烴的方法研究思考題1、分子光譜是如何產(chǎn)生的？2、試說明有機化合物紫外光譜產(chǎn)生的原因。有機化合物紫外