紫外可見吸收光譜法基本原理課件

第二章紫外－可見吸收光譜法分析法第一節(jié)基本原理一、概述二、紫外–可見吸收光譜三、光的吸收定律光的基本性質(zhì)

光是一種電磁波，具有波粒二象性。單色光：單一波長的光(由具有相同能量的光子組成)

白光：由各種單色光組成的復(fù)合光一、概述

在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法。1.定義

光譜分析法是指在光的作用下，通過測量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行分析的方法。本章主要講授紫外-可見吸光光度法。二、紫外–可見吸收光譜分析法吸收曲線的討論：

（1）同一種物質(zhì)對(duì)不同波長的光的吸光度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似，λmax不變。而對(duì)于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。

（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一.（4）不同濃度的同一種物質(zhì)，在每一波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大，所以測定最靈敏，此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。3.紫外-可見吸收光譜與電子躍遷的關(guān)系物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動(dòng)形式：

（1）電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)（2）原子核在其平衡位置附近的相對(duì)振動(dòng)（3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)分子具有三種不同能級(jí)：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)三種能級(jí)都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動(dòng)能量Ev

、轉(zhuǎn)動(dòng)能量Er即E＝Ee+Ev+Er

Εe>Εv>Εr

紫外-可見光譜屬于電子躍遷光譜。電子能級(jí)間躍遷的同時(shí)總伴隨有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。能級(jí)躍遷⑴σ→σ＊躍遷

所需能量最大，σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)(吸收波長λ<200nm，只能被真空紫外分光光度計(jì)檢測到)。如甲烷的λ為125nm,乙烷λmax為135nm。⑵n→σ＊躍遷

所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*躍遷的λ分別為173nm、183nm和227nm。n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

⑶π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，摩爾吸光系數(shù)εmax一般在104L·mol-1·cm-1以上，屬于強(qiáng)吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類均可發(fā)生該類躍遷。如：乙烯π→π*躍遷的λ為162nm，

εmax為:1×104L·mol-1·cm-1。⑷n→π＊躍遷

需能量最低，吸收波長λ>200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10～100L·mol-1·cm-1，吸收譜帶強(qiáng)度較弱。分子中孤對(duì)電子和π鍵同時(shí)存在，同時(shí)發(fā)生n→π＊

躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λ為275nm,εmax為22L·mol-1

·cm-1（溶劑環(huán)己烷)。生色團(tuán)與助色團(tuán)生色團(tuán)：

最有用的紫外-可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機(jī)物分子中含有不飽和基團(tuán)。這類含有π鍵等不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán)。簡單的生色團(tuán)由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基-N＝N-、乙炔基、腈基-C三N等。助色團(tuán)：有一些含有n電子的基團(tuán)(如-OH、-OR、-NH２、-NHR、-X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，就會(huì)發(fā)生n-π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力(吸收波長向長波方向移動(dòng)，且吸收強(qiáng)度增加)，這樣的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。4.定性和定量分析依據(jù)（1）定性分析依據(jù)：

可根據(jù)吸收光譜曲線的形狀，即曲線上吸收峰的數(shù)目，峰所對(duì)應(yīng)的波長及峰的相對(duì)高度來進(jìn)行定性分析。（2）定量分析的依據(jù)：根據(jù)某一特征峰的高度與物質(zhì)濃度成正比的關(guān)系來進(jìn)行定量分析。A＝lg(I0/It)=εbc

三、光的吸收定律

1.朗白-比爾定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度與吸收層厚度的關(guān)系。A∝b

1852年比爾(Beer)又提出了光的吸收程度與吸收物濃度之間的關(guān)系。A∝c

二者的結(jié)合稱為朗伯-比爾定律A=εbc

A＝lg(I0/It)＝

εbc

式中A：吸光度；描述溶液對(duì)光的吸收程度；（A無單位）

b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；

c：溶液的摩爾濃度，單位mol·L-1；ε：摩爾吸光系數(shù)，單位L·mol-1·cm-1；在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長下的吸光度；

或:

A＝lg(I0/It)＝abc

（A無單位）

c：溶液的濃度，單位g·L-1

a：吸光系數(shù)，單位L·g-1·cm-1，相當(dāng)于濃度為1g/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長下的吸光度。朗伯–比爾定律數(shù)學(xué)表達(dá)式（5）εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。

通常，在λmax處：

ε﹥105

超高靈敏的方法

ε＝（6～10）×104

高靈敏的方法

ε＝（2～6）×104

中靈敏的方法

ε﹤2×104

不靈敏的方法

（6）可作為定性鑒定的參數(shù)；透過度T:描述入射光透過溶液的程度:

T=It

/I0吸光度A與透光度T的關(guān)系:

A=

-lgT朗伯-比爾定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。應(yīng)用于各種光度法的吸收測量。2.透光度T應(yīng)用舉例某有色物質(zhì)溶液的濃度為4.5×10-3g·L-1,在530nm波長下用2.0cm的吸收池所測得的吸光度為0.300，試計(jì)算（a）吸收系數(shù)；（b)使用5cm的吸收池時(shí)溶液的百分透光度。解：3.朗伯-比爾定律偏離的原因

標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定未知溶液的濃度時(shí)，發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲(尤其當(dāng)溶液濃度較高時(shí))，這種現(xiàn)象稱為對(duì)朗伯-比爾定律的偏離。引起這種偏離的因素（兩大類）：（1）物理性因素，（2）化學(xué)性因素。（1）物理性因素朗白-比爾定律的前提條件之一是入射光為單色光。難以獲得真正的純單色光。

分光光度計(jì)只能獲得近似于單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對(duì)朗伯-比爾定律的正或負(fù)偏離。

非單色光、雜散光、非平行入射光都會(huì)引起對(duì)朗白-比爾定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。

非單色光作為入射光引起的偏離

假設(shè)由波長為λ1和λ2的兩單色光組成的入射光通過濃度為c的溶液，則：

A

1

＝lg(Ｉo1/Ｉt1）＝ε1bc

A

2

＝lg(Ｉo2/Ｉt2）＝ε2bc故：式中：Ｉo1、Ｉo2分別為λ1、λ2的入射光強(qiáng)度；

Ｉt1、Ｉt2分別為λ1、λ2的透射光強(qiáng)度；

ε1、ε2分別為λ1、λ2的摩爾吸光系數(shù)；因?qū)嶋H上只能測總吸光度A總，并不能分別測得A1和A2，故討論:

A總=A1+lg2-lg(1＋10-εbc

)

(1)=0；即：

1=

2=

則：

A總

＝lg（Ｉo/Ｉt）＝bc(2)

≠0

若

<0

；即

2<

1；

-

bc>0,

lg(1＋10

-

bc)值隨c值增大而增大，則標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離直線向c軸彎曲，即負(fù)偏離；反之，則向A軸彎曲，即正偏離。討論:

A總=A1+lg2-lg(1＋10-εbc

)

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