儀器分析課件-紫外吸收光譜分析

第九章

紫外吸收光譜分析§9.1紫外吸收光譜分析

**當(dāng)分子受到外界的光能照射之后，引起分子能級(jí)與原子能級(jí)躍遷不同。當(dāng)分子受到外界的光能照射之后，引起了分子中價(jià)電子的能級(jí)躍遷,同時(shí)，也引起分子中原子的振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷即從基態(tài)能級(jí)能級(jí)躍遷到激發(fā)態(tài)能級(jí)。一、分子吸收光譜

*分子也具有特征的分子能級(jí)。分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)可分為價(jià)電子運(yùn)動(dòng)，分子中原子在平衡位置的振動(dòng)和分子繞其中心的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此分子具有電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。***分子吸收能量同樣具有量子化的特征，即分子只能吸收等于兩個(gè)能量之差的光子能量，產(chǎn)生三種能級(jí)躍遷。由于三種能級(jí)躍遷所需能量不同，所以需要不同波長(zhǎng)的電磁輻射使他們躍遷，及在不同的光學(xué)區(qū)域產(chǎn)生吸收譜帶，便產(chǎn)生了相應(yīng)的三種光譜一電子光譜，振動(dòng)光譜和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。

ΔE電子＞＞ΔE振動(dòng)＞＞ΔE轉(zhuǎn)動(dòng)

根據(jù)量子力學(xué)理論，分子吸收的能量應(yīng)與能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，也即被吸收的光子的頻率應(yīng)與分子躍遷的能級(jí)差相適應(yīng)：

ΔE=E2－E1=hυ或υ=(E2-E1)/h=ΔE/h

(9-2)式中E電子、E振動(dòng)、E轉(zhuǎn)動(dòng)分別表示電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量、分子中原子間的相對(duì)振動(dòng)及分子繞其質(zhì)量中心轉(zhuǎn)動(dòng)的能量。電子能級(jí)差ΔE電子最大，一般為1～20eV，電子光譜在紫外-可見(jiàn)區(qū)；振動(dòng)能級(jí)差ΔE振動(dòng)次之，一般為0.05～1eV；純振動(dòng)光譜在紅外區(qū)；轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差最小，一般為0.05～10-4eV，純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜在遠(yuǎn)紅外區(qū)。****分子對(duì)紫外-可見(jiàn)光的吸收所產(chǎn)生的光譜是具有較寬波長(zhǎng)范圍的吸收帶。在分子中每個(gè)電子在能級(jí)之間產(chǎn)生躍遷的同時(shí)伴隨有許多振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能吸的躍遷。所以，分子對(duì)紫外-可見(jiàn)光的吸所產(chǎn)生的光譜是具有較寬波長(zhǎng)范圍的吸收帶，它是由許多波長(zhǎng)非常接近的線(xiàn)狀光譜聚集而成，稱(chēng)其為帶狀光譜。如圖9-1和圖9-2所示。圖9-1K2CrO4吸收曲線(xiàn)/nmA2002503003504004505000.600.10.20.30.40.5能量E230240

250

260270

nm圖9-2苯蒸氣的吸收光譜可見(jiàn)分子的能量由多方面因素決定的，其總能量由下式表示：

E總=E電子+E振動(dòng)+E轉(zhuǎn)動(dòng)(9-1)

在分子中，每一個(gè)電子能級(jí)都有多個(gè)可能的振動(dòng)能級(jí)存在；而每一個(gè)振動(dòng)能級(jí)又有許多可能的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)存在。所以，一個(gè)分子所具有的能級(jí)數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于原子能級(jí)數(shù)目。因此，分子吸收光譜比原子光譜復(fù)雜得多。

紫外吸收光譜及可見(jiàn)吸收光譜，一般包含若干譜帶系，不同譜帶系相當(dāng)于不同的電子能級(jí)躍遷，一個(gè)譜帶系（即同一電子能級(jí)躍遷）含有若干譜帶，不同譜帶相當(dāng)于不同的振動(dòng)能級(jí)躍遷，同一譜帶內(nèi)又包含若干光譜線(xiàn)，每一條相當(dāng)于轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。它們的間隔約為0.25nm。一般的分光光度計(jì)，由于分辨率的限制觀(guān)察到的為合并成較寬的帶，所以分子光譜是一種帶狀光譜。AB純電子躍遷V，=02341純振動(dòng)躍遷純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷V‘’=01圖9-3雙原子分子的能級(jí)躍遷示意圖二、紫外吸收光譜的產(chǎn)生極據(jù)分子軌道理論，有機(jī)化合物分子中有三種不同性質(zhì)的價(jià)電子：形成單鍵的σ電子；形成雙鍵的π電子雜原子O、N、S、鹵素X等具有的未成鍵的n電子。

在一般情況下，雜原子的弧對(duì)電子處于不穩(wěn)定的非成鍵的n軌道，σ和π電子處于穩(wěn)定的成鍵的σ和π軌道。在紫外光照射下，這三種躍遷都可能被激發(fā)躍遷到能量較高的反鍵軌道π*、σ*軌道。因此可能會(huì)產(chǎn)生：σ→σ*，σ→π*，π→π*

，π→σ*，

n→σ*，n→π*6種電子躍遷圖9-4分子電子躍遷能級(jí)示意圖π*nσ*，σπ由圖可知，各種躍遷所需能量不同，大小順序如下：σ→σ*＞n→σ*＞π→π*＞n→π*

無(wú)論是有機(jī)物還是無(wú)機(jī)物，在吸收紫外和可見(jiàn)光時(shí)，都是最外層的價(jià)電子，或成鍵電子產(chǎn)生躍遷，基本吸收過(guò)程相同，但是由于化合物的結(jié)構(gòu)不同，電子躍遷的情況是不同的。由于σ→σ*、n→σ*躍遷需要的能量大，吸收峰波長(zhǎng)最短。因此產(chǎn)生上述三種躍遷所吸收的光輻射波長(zhǎng)位于遠(yuǎn)紫外區(qū)(＜220nm)。這是一切飽和有機(jī)化合物都可能產(chǎn)生的電子躍遷類(lèi)型。它們?cè)谧贤?、可?jiàn)區(qū)無(wú)吸收帶出現(xiàn)。如丙烷的σ→σ*躍遷的λmax在135nm，只能在真空紫外分光光度計(jì)上觀(guān)測(cè)到。

n→π*

及π→π*躍遷需能量最小，吸收峰波長(zhǎng)最長(zhǎng)，像飽和酮、醛的n→π*躍遷在285nm附近。

n→π*和π→π*躍遷需要的能量小，相應(yīng)于200～700nm的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，非常重要，它們是有機(jī)試劑發(fā)色的基礎(chǔ)。10200400600800遠(yuǎn)紫外光近紫外光可見(jiàn)光σ→σ*n→σ*n→π*π→π*n→π*配位場(chǎng)圖9-5躍遷形式和吸收波長(zhǎng)的關(guān)系示意圖三、有機(jī)化合物的紫外光譜(一)電子躍遷的類(lèi)型及吸收峰紫外-可見(jiàn)吸收光譜是由于分子中價(jià)電子的躍遷產(chǎn)生的。吸收峰的波長(zhǎng)和強(qiáng)度與分子中價(jià)電子的類(lèi)型及分子中的其它基團(tuán)等因素有關(guān)?，F(xiàn)對(duì)其躍遷類(lèi)型討論為下：1、σ→σ*躍遷（飽和烴）這種躍遷需要能量最大，吸收峰波長(zhǎng)最短。對(duì)于飽和烴來(lái)說(shuō)，分子中含只有σ電子，最不容易激發(fā)，要產(chǎn)生σ-σ*躍遷，需要提供足夠的能量。因此，所產(chǎn)生的吸收峰均處在近紫外區(qū)(＜200nm)，如甲烷的λmax＝125nm,乙烷λmax=135nm.由此可見(jiàn)，飽和烴在紫外一可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)無(wú)吸收帶。因此，在紫外吸收光譜分析中常用其作為溶劑，比如，已烷、環(huán)已烷，庚烷等常常作為溶劑使用。2、n→σ*躍遷（雜原子取代的飽和烴）含有雜原子基因(如-OH、OR、-SH、-NH2、-X等)的飽和有機(jī)化合物除了σ→σ*躍遷外，還要產(chǎn)生n→σ*躍遷，這種躍所需能量較之σ→σ*躍遷小，所以吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)，一般在200nm附近，所以像水、醇、醚，可作為紫外吸收的溶劑。

n→σ*躍遷與雜原子的電負(fù)性有關(guān)。例如鹵代甲烷，由CI→I，電負(fù)性減弱，n→σ*躍遷所需能量減小，λmax依次變長(zhǎng)，

CH3ClCH3BrCH3Iλmax173nm200nm258nm

在n→σ*躍遷中，吸收峰多為弱吸收峰(ε為100～300)，少數(shù)為中強(qiáng)吸收。3、n→π*及π→π*

躍遷

π→π*躍遷一般發(fā)生在含有-C＝C-和-C≡C-等基團(tuán)的不飽和有機(jī)化合物中。而n→π*躍遷則發(fā)生在含有雜原子的雙鍵(為-C＝0、-N＝0、-N＝N、＝C＝S等)的不飽和有機(jī)化合物中。前者分子中含有π電子，后者既含有π電子又含有未成鍵的n電子。這兩類(lèi)躍遷所需能量較σ→σ*和n→σ*躍遷都小，所以相應(yīng)的波長(zhǎng)要長(zhǎng)一些。

例如丙酮發(fā)生π→π*躍遷時(shí)λmax為189nm,n→π*躍遷時(shí)λmax為279nm。(二)發(fā)色基團(tuán)、助色基團(tuán)和吸收帶1、發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)發(fā)色團(tuán)：在紫外吸收光譜中，凡是能導(dǎo)致化合物在紫外及可見(jiàn)光區(qū)產(chǎn)生吸收的基團(tuán)，不論是否顯出顏色都稱(chēng)為發(fā)色基。例如，分子中含有π鍵的C＝C、C≡C、苯環(huán)以及C＝O、-N＝N-、S＝O等不飽和基團(tuán)都是發(fā)色基團(tuán)。如果化合物中有幾個(gè)發(fā)色基團(tuán)互相共軛，則各個(gè)發(fā)色基團(tuán)所產(chǎn)生的吸收消失，而代之出現(xiàn)新的共軛吸收帶，其波長(zhǎng)將比單個(gè)發(fā)色基團(tuán)的吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)，吸收強(qiáng)度也將顯著增強(qiáng)。

助色基團(tuán)：助色基團(tuán)是指那些本身不會(huì)使化合物分子產(chǎn)生顏色或者在紫外-可見(jiàn)光區(qū)不產(chǎn)生吸收的一些基因，但這些基團(tuán)是由含有弧對(duì)電子的元素所組成，例如-NH2、-NR2、-OH、-OR、-Cl等。這些基團(tuán)借助n-π*共軛使發(fā)色基團(tuán)增加共軛程度，從而使電子躍遷的能量下降。各種助色基團(tuán)的助色效應(yīng)，以O(shè)-為最大，F(xiàn)為最小。助色基團(tuán)的助色效應(yīng)強(qiáng)弱大致如下列順序:F＜CH3＜Cl＜Br＜OH＜SH＜OCH3＜NH2＜NHR＜NR2＜O-2、紅移、藍(lán)移、增色效應(yīng)和減色效應(yīng)由于有機(jī)化合物分子中引入了助色基團(tuán)或其它發(fā)色基團(tuán)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的改變，或者由于溶劑的影響使其紫外吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為紅移。與此相反，如果吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，則稱(chēng)為藍(lán)移。與吸收帶波長(zhǎng)紅移及藍(lán)移相似，由于化合物分子結(jié)構(gòu)中引入取代基或受溶劑的影響，使吸收帶的強(qiáng)度即（摩爾）吸光系數(shù)增大或減小的現(xiàn)象稱(chēng)為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)。3、吸收帶在四種電子躍遷類(lèi)型中σ→σ*躍遷和n→σ*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶波長(zhǎng)處于真空紫外區(qū)。π→π*躍遷和n→π*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶除某些孤立雙鍵化合物外，一般都處于近紫外區(qū)，它們是紫外吸收光譜所研究的主要吸收帶。由π→π*躍遷和n→π*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶可分為下述四種類(lèi)型。(1)R吸收帶

R（Radical）吸收帶是含有氧、氮、硫等雜原子的發(fā)色基團(tuán)，如羰基、硝基中未成鍵電子由n軌道向反鍵π軌道躍遷時(shí)所產(chǎn)生的。R吸收帶的吸收波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，但吸收強(qiáng)度很弱。由于R吸收帶的強(qiáng)度很弱，有時(shí)會(huì)被其它較強(qiáng)的吸收帶所掩蓋

例如乙醛分子中羰基n→π*躍遷所產(chǎn)生的R吸收帶的波長(zhǎng)為290nm，摩爾吸光系數(shù)為1.7×104L·mol-1·cm-1。(2)K吸收帶

K（Conjugate）吸收帶是含共軛雙鍵分子。K吸收帶的特點(diǎn)是波長(zhǎng)大于200nm，吸收強(qiáng)度很強(qiáng)，摩爾吸光系數(shù)大于105

L·mol-1·cm-1。芳環(huán)上若有發(fā)色取代基團(tuán)如苯乙烯、苯甲酸等也會(huì)出現(xiàn)K吸收帶。如丁二烯、丙烯醛發(fā)生π→π*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶。(3)B吸收帶

B（Benzene）吸收帶是閉合環(huán)狀共軛雙鍵π→π*躍遷所產(chǎn)生的，它是芳環(huán)化合物的主要特征吸收帶。B吸收帶波長(zhǎng)較長(zhǎng)，但吸收強(qiáng)度比較弱。例如苯的B吸收帶波長(zhǎng)為256nm，摩爾吸光系數(shù)為2.15×102L·mol-1·cm-1。在非極性溶液劑中或呈氣體狀態(tài)時(shí)，B吸收帶會(huì)呈現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)，但某些芳族化合物的B吸收帶往往沒(méi)有精細(xì)結(jié)構(gòu)。使用極性溶劑會(huì)使精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。如果芳族化合物的紫外吸收光譜中同時(shí)出現(xiàn)K帶、B帶和R帶，則R帶波長(zhǎng)最長(zhǎng)，B帶次之，K帶最短，但吸收強(qiáng)度的順序正好相反。(4)E吸收帶

E吸收帶也是芳環(huán)化合物的特征吸收帶，它起源于苯環(huán)中三個(gè)烯雙鍵的π→π*躍遷。E吸收帶又可分為E1帶和E2帶，E1帶波長(zhǎng)低于200nm，E2帶波長(zhǎng)略高于200nm，但吸收強(qiáng)度則是E1帶比E2帶更強(qiáng)，它們的摩爾吸光系數(shù)分別在104～103

L·mol-1·cm-1范圍。如圖9-6所示。當(dāng)苯環(huán)與助色基團(tuán)相連時(shí)，E吸收帶發(fā)生紅移，但一般不超過(guò)210nm。圖9-6溶劑為異辛烷的苯的紫外吸收光譜180200220

240280

nmAE1E2B如異丙叉丙酮

CH3OCH3－C＝CH-CCH3

躍遷形式n→π*π→π*非極性溶劑正已烷中329nm230nm極性溶劑甲醇中309nm237nm=紫移紅移4、溶劑效應(yīng)有些溶劑，尤其是極性溶劑的加入對(duì)溶質(zhì)吸收光譜產(chǎn)生影響，引起吸收帶形狀、λmax及強(qiáng)度發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為溶劑效應(yīng).。在紫外吸收光譜分析中常用水、乙醇、已烷、庚烷、環(huán)已烷、異辛烷等做溶劑。又例如，苯在非極性溶劑庚烷溶液中，在230～270nm波段范圍內(nèi)有一系列中等強(qiáng)度的吸收峰并有精細(xì)結(jié)構(gòu)(如圖9-4所示)；但在極性溶劑乙醇中，其精細(xì)結(jié)構(gòu)完全吸收，呈現(xiàn)一寬峰。因此，在繪制紫外一可見(jiàn)吸收光譜時(shí)須注明所用何種溶劑。230240250260270Amax圖9-7苯在極性和非極性溶劑中的吸收光譜

表9-1一些常見(jiàn)生色團(tuán)的吸收特性生色團(tuán)化合物溶劑λmax／nmεmax躍遷類(lèi)型

C＝CC6H1３CH＝CH2

正庚烷1771.26×104

π→π*-C≡C-

C5H11C＝CCH3

正庚烷1781.0×104

π→π*HC＝O

CH3－CHO氣體1602.0×104π→π*

氣體1801.0×104n→π*

正已烷2901.7×104n→π*＞C＝O

OCH3－CO-CH3

氣體1661.6×104π→π*

正已烷1899.0×14

π→π*正已烷2791.5×10n→π-COOHCH3COOH已烷2083.2×10n→π*-CNH2CH3CONH2

正已烷1789.5×103C＝SCH3－CS-CH3

水2206.3×101n→π*

水400-n→π*-N＝N-CH3-N＝N-CH3

乙醇3384.0n→π*-N＝OC4H9NO

乙醇3001.0×102-6652.0×10n→π*-NO2CH3NO2

甲醇2015.0×1032741.7×101

n→π*(三)共軛體系及吸收峰在不飽和有機(jī)化合物分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上生色團(tuán)時(shí)，可能處于“共軛的”和“非共軛的”兩種情況。*在非共軛的情況下，各個(gè)生色團(tuán)獨(dú)自吸收，有機(jī)化合物的吸收帶由各個(gè)生色團(tuán)的吸收帶疊加組成。若生色團(tuán)相同，其ε增大。例如，1-已烯〔CH2＝CH-CH2-CH2-CH2-CH3〕

吸收峰177nm,ε=1.18×1041,5-已二烯〔CH2＝CH-CH2-CH2-CH=CH2）

吸收峰178nmε＝2.6×104

*在共軛情況下，由于大π鍵的形成，使成鍵軌道π與反鍵軌道π*間的能級(jí)差降低，使π電子易被激發(fā)，所以吸收峰長(zhǎng)產(chǎn)生紅移，ε增大。這種由π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶稱(chēng)為K吸收帶。乙烯CH2＝CH2

吸收峰(λmax＝175nm，ε＝1.553×104)丁二烯CH2＝CH-CH＝CH２

吸收峰(λmax＝217nm，ε＝2.1×104)

該吸收帶的波長(zhǎng)及強(qiáng)度與共軛體系中的雙鍵數(shù)目、位置及取代基的種類(lèi)密切相關(guān)。一般情況下，化合物中共軛雙鍵數(shù)目越多，紅移越容易，甚至產(chǎn)生顏色。由此可以判斷共軛體系的存在狀況。***共軛分子除共軛二烯(鏈狀二烯、環(huán)狀二烯)外，還有諸如α、β不飽和酸、α、β不飽和醛、酮、芳香族化合物。芳香族化合物的吸收特征是其具有π→π*躍遷特性3組譜帶。例如苯在184nm出現(xiàn)一強(qiáng)吸收峰(E1譜帶，εmax＝6.0×104)；在200nm出現(xiàn)一稍弱吸收峰E2譜帶，(εmax＝8.0×103)；在256nm有一很弱的吸收峰(B譜帶，εmax＝2.0×102)。如圖9-6所示。苯的這3個(gè)特征吸收帶極易受苯環(huán)上取代基種類(lèi)的影響，產(chǎn)生紫移或紅移。借用此性質(zhì)以鑒別各種取代基。在實(shí)際應(yīng)用中，常用處于紫外光譜區(qū)的E2和B譜帶鑒別各種取代基。一些苯衍生物的吸收譜帶見(jiàn)表9-2。圖9-6溶劑為異辛烷的苯的紫外吸收光譜180200220

240280

nmAE1E2B

表9-2一些苯衍生物的特征吸收譜帶化合物E2譜帶B譜帶

λmaxεmaxλmaxεmax溶劑苯(C6H6)2047.9×1032562.0×102正已烷甲苯(C6H5CH3)2077.0×1032613.0×102

環(huán)已烷氯苯(C6H5Cl)2107.6×1032652.4×102

乙醇苯胺(C6H5NH2)2308.6×1032801.4×103

水(酸性)硫酚(C6H5SH)2361.0×1042697.0×102萘(C16H8)2869.3×1033122.89×102

異辛烷苯乙烯(C6H5CH＝CH2)2441.2×1042824.5×102

已烷1、電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜是指一些化合物在接收光能輻射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生在同一體系中一個(gè)電子從電子給予體轉(zhuǎn)移到電子接受體而產(chǎn)生的吸收光譜，該光譜稱(chēng)為荷移光譜。所謂電荷轉(zhuǎn)移，就是一個(gè)電子由給予體的軌道躍遷到授接受體的軌道上去，電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程如下：例如：

Mm++Ln-+hυ--→M(m-1)++L(n+1)-給予體接受體

四.無(wú)機(jī)化合物的紫外-可見(jiàn)吸收光譜許多無(wú)機(jī)配合物能產(chǎn)生這種光譜。

Fe3+-SCN-+hυ--→Fe2+－SCN(λmax＞400nm)

Fe3+-Cl-+hυ--→Fe2+－Cl(λmax＞400nm)

-NR2+hυ＝NR2+

-C＝O+hυ＝C－O-

RR在后兩種電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中，前者是電子從取代基-NR2上轉(zhuǎn)移到苯環(huán)上，后者則是由苯環(huán)轉(zhuǎn)移到羰基氧原子上。

+

*絡(luò)合物(絡(luò)離子)對(duì)紫外-可見(jiàn)光的吸收的一種重要形式是電荷轉(zhuǎn)移，中心離子為電子給予體，而配體離子為接受體。電荷轉(zhuǎn)移尤如電子得失，也即分子內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，中心離子為氧化劑，配位體為還原劑。因此，當(dāng)配位體是很強(qiáng)的電子給予體(本身被氧化)或中心離子是很強(qiáng)的電子接受體(本身被還原)時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移躍遷的幾率就越大，電荷轉(zhuǎn)移所需能量就越低，吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移。

電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜具有強(qiáng)的吸收（摩爾吸光系數(shù)大）(εmax＞104)的優(yōu)點(diǎn)，因此用于定量分析時(shí)靈敏度高。2、配位場(chǎng)躍遷配位場(chǎng)躍遷包括d-d躍遷和f-f躍遷。元素周期表中的第四、五周期的過(guò)渡金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。在配體的存在下，過(guò)渡元素五個(gè)能量相等的d軌道及鑭系和錒系元素七個(gè)能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道及f軌道。當(dāng)它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d電子或f電子軌道。這兩類(lèi)躍遷分別稱(chēng)為d-d躍遷和f-f躍遷。由于此兩類(lèi)躍遷必須在配位場(chǎng)的作用下才有可能產(chǎn)生，因此又稱(chēng)為配位場(chǎng)躍遷。圖9-8在八面體場(chǎng)中d軌道的分裂示意圖

與電荷轉(zhuǎn)移躍遷相比較，由于選擇規(guī)則的限制配位場(chǎng)躍遷吸收譜帶的吸光系數(shù)小，一般εMax〈102。這類(lèi)光譜一般在可見(jiàn)光區(qū)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，配位場(chǎng)躍遷吸收譜較少用于定量分析中，但它可用于研究配合物的結(jié)構(gòu)及無(wú)機(jī)配合物鍵合理論方面。§9.2光的吸收定律一、Lambert-Beer定律吸收光譜學(xué)認(rèn)為，當(dāng)一束平行光單色照射到任一均勻、非散射的介質(zhì)(液體、氣體或固體)時(shí)，輻射能的減小正比于光束的強(qiáng)度和光所通過(guò)吸收介質(zhì)的長(zhǎng)度(即Lambert定律)，還正比于光的強(qiáng)度和光所通過(guò)的吸收介質(zhì)組分的數(shù)目(Beer定律)。其數(shù)學(xué)公式稱(chēng)為Beer－Lambert定律，或簡(jiǎn)稱(chēng)Beer定律。

圖9-9光的吸收過(guò)程示意圖ItdxI0xl單位質(zhì)點(diǎn)俘獲光點(diǎn)面積為a在距離dx內(nèi)共有質(zhì)點(diǎn)數(shù)為dn在距離dx內(nèi)俘獲光點(diǎn)總面積為

ds=dnas為光束通過(guò)溶液的截面積則：如圖9-9所示，一束強(qiáng)度為I0的單色輻射入射到含有吸收分子濃度為C的溶液的吸收池內(nèi)，吸收池的光程長(zhǎng)度為l。設(shè)吸收后光的強(qiáng)度減小到I，根據(jù)Beer定律，在相鄰層dx中強(qiáng)度的減小正比于強(qiáng)度I和該層中吸收分子的數(shù)目C·dx－dI＝KIcdx

(9-3)

式中K是比例常數(shù)。因?yàn)檩椛涞奈债a(chǎn)生自基態(tài)的分子躍遷，嚴(yán)格地說(shuō)C是基態(tài)分子的濃度。然而，在室溫下，幾乎所有的分析都處在電子基態(tài)，因此C實(shí)際上等于待測(cè)成分總濃度。當(dāng)X＝0，I＝I0的極限條件中，上式的解為It＝I0e－KCl(9-4)通過(guò)整個(gè)吸收池后光強(qiáng)度減小到It，因此，吸收介質(zhì)的透光率T為A＝-LogT＝klc(9-6)(9-5)*A稱(chēng)為吸光度(Absorbance)，這個(gè)關(guān)系式是定量分析的最基本依據(jù)。A＝-LogT＝klc(9-6)

通常摩爾吸收系數(shù)為104～105代表強(qiáng)度吸收帶。而來(lái)源于禁戒躍遷的更弱吸收帶摩爾吸光系數(shù)數(shù)量級(jí)為100－1000cm-1·mol-1·L*當(dāng)溶液濃度是摩爾濃度時(shí)，吸光系數(shù)稱(chēng)為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示，其單位為cm-1·mol-1·L。*100×T稱(chēng)為百分透光率。*比例常數(shù)k稱(chēng)為吸光系數(shù)(absorptivity)。與兩個(gè)能級(jí)之間的躍遷幾率有關(guān)，并且也表征了吸收帶的強(qiáng)弱，早期稱(chēng)其為吸收系數(shù)。*吸光系數(shù)值對(duì)每個(gè)不同的吸光質(zhì)點(diǎn)隨波長(zhǎng)而改變，因此Beer－Lambert定律僅對(duì)單色輻射是有效的，并且分別適用于溶液的每個(gè)組分。*吸光度值具有加合性。對(duì)于多組分吸收體系，假定各級(jí)分之間相互不作用，此時(shí)測(cè)定時(shí)，在一定濃度下，體系的總吸光度是各組分吸光度之和，即：

A總＝ε1lc1+ε2lc2+ε3lc3+…+εnlcn

(9-9)**當(dāng)溶液濃度用百分濃度C（%）來(lái)表示。K是百分吸光系數(shù)，用表示與ε的關(guān)系為：式中M為吸收組分的摩爾質(zhì)量當(dāng)波長(zhǎng)和吸收池長(zhǎng)度一定時(shí)，以透光率T(%)和吸光度A對(duì)濃度C作圖，見(jiàn)圖9-7。圖9-10透光率與濃度關(guān)系示意圖cA0.20.60.80.41.06002040801001.0T%二、偏離Lambert—Beer定律的因素

比耳定律成立的假設(shè)條件是：(1)入射光為單色光(2)吸收體系中各組分物質(zhì)之間相互不發(fā)生作用；(3)被測(cè)組分濃度不能過(guò)大(＜0.01mol·L-1)，且吸收介質(zhì)為一均勻體系。

但在實(shí)際測(cè)定中，往往由于諸因素的影響，產(chǎn)生偏離吸收定律的現(xiàn)象。與儀器有關(guān)的因素：光譜通帶的影響與測(cè)量樣品溶液有關(guān)的因素*溶液組分之間發(fā)生相互作用*高濃度時(shí)，電荷分布產(chǎn)生相互影響*溶劑的影響*散射光的影響(一)吸收定律本身性質(zhì)的限制

*只有在稀溶液(低含量)時(shí)才能成立。在高濃度(通常＞0.01mol·L-1)時(shí)吸收質(zhì)點(diǎn)之間的平均距離縮小到一定程度，鄰近質(zhì)點(diǎn)彼此的電荷分布相互受到影響，改變了它們對(duì)特定輻射的吸收能力，影響程度取決于濃度。

另外，ε是真實(shí)摩爾吸光系數(shù)ε真和溶液折射率n的函數(shù)，即由于n隨濃度的改變而改變，所以ε也隨濃度而改變。(C≤0.01mol·L-1時(shí)，n基本不變)，使之在高濃度測(cè)定時(shí)，吸收定律發(fā)生偏離。(三)化學(xué)因素的影響儀器分析大都涉及到一個(gè)化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題。當(dāng)然也涉及到化學(xué)平衡，如二聚平衡，酸-堿平衡，絡(luò)合平衡等反應(yīng)中平衡的任何移動(dòng)都會(huì)影響吸光度發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)Beer-Lambert定律的偏離。如：

Cr2O7２－+H2O=2HCrO4-=2H++

2CrO4

2-

(二)散射光在理想狀況下，吸收介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)必須是均勻的，但是在實(shí)際工作中，由于種種原因，會(huì)使試樣溶液不澄清，發(fā)生混濁，產(chǎn)生了散射光，產(chǎn)生假吸收，降低透射光的份額，使測(cè)定吸光度值偏高，而偏離吸收定律。如試樣本身為一生物組織液，或加了保護(hù)膠之類(lèi)的物質(zhì)，也或者使用了已生長(zhǎng)了微生物的離子交換水，或含有雜質(zhì)、微小顆粒等，

再如用水楊酸測(cè)定Fe3+，由于pH值的不同，形成具有不同的配位數(shù)，不同顏色的絡(luò)合物。

pH＜4Fe(C7H4O2)+

紫紅色

4＜pH＜9Fe(C7H4O2)2-

棕橙色

9＜pHFe(C7H4O2)3-

黃色因此在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)條件是至關(guān)重要的，任何一個(gè)條件變化都會(huì)引起平衡的移動(dòng)，其結(jié)果將使吸光度變化，與真正予期的吸光值發(fā)生偏差。又如溶劑效應(yīng)(影響發(fā)色團(tuán)吸收峰的強(qiáng)度和波長(zhǎng)位置)，試劑和溶劑中的雜質(zhì)，干擾物質(zhì)都會(huì)對(duì)Beer-Lambert定律的偏離產(chǎn)生一定的影響。(二)譜帶寬度的影響假設(shè)入射單色光純度不夠，是由波長(zhǎng)1和2，光強(qiáng)分別為的I01和I02。當(dāng)被物質(zhì)的溶液吸收后，光強(qiáng)變?yōu)镮1和I2，則真實(shí)吸光度應(yīng)為：

儀器測(cè)出來(lái)的吸光度為：如果要讓A真實(shí)=A測(cè)定則：要滿(mǎn)足什么條件？譜帶寬度的影響在推導(dǎo)BeerLambert定律時(shí)，假定單色光用于吸收測(cè)量。然而，實(shí)際上，單色器從光源的連續(xù)輻射中只能分離出一定寬度S的譜帶，它包括一個(gè)小的波長(zhǎng)范圍。通過(guò)空白溶液照射到檢測(cè)器的強(qiáng)度為(9-10)

式中I0λ是一定波長(zhǎng)入射光的強(qiáng)度，在譜帶寬度所包括的小范圍，I0λ實(shí)際上不依賴(lài)于波長(zhǎng)。而所測(cè)得的吸光度值是：

當(dāng)吸收槽含有吸收物質(zhì)時(shí)，照射到檢測(cè)器的強(qiáng)度為

如果在譜帶寬度范圍的吸光系數(shù)并不變化，能從積分中除去指數(shù)項(xiàng)，所測(cè)得的吸光度將等于Beer-Lambert定律所預(yù)示的值。

如果在考慮譜帶寬度范圍內(nèi)kλ是變化的，則所測(cè)得的吸光值小于各波長(zhǎng)下(譜帶寬度范圍)吸光的平均值A(chǔ)平(A平是符合比爾定律的)。因此所得吸光度偏離離比爾定律。nmA圖9-11在不同苯的譜帶寬度(S)下苯的吸光譜及工作曲線(xiàn)

(溶劑為環(huán)已烷)a)苯的吸收光譜；(b)苯的工作曲線(xiàn)s=10nms=4.0nmS=1.6nmS=1.6nms=4.0nms=10nmC/molL-1C/molL-1C/molL-1(a)(b)AAAAAA

紫外分光光度計(jì)的譜帶寬度一般約1nm，分子吸收帶一般是平滑的，并且比1nm寬得多，因此譜帶寬度的影響在大多數(shù)情況下是可以忽略的。特別是在吸收帶的峰值測(cè)量時(shí)。*如果吸收帶是尖銳的，或者在吸收帶的陡峭的斜坡上進(jìn)行測(cè)量，其吸光系數(shù)在譜帶寬度范圍內(nèi)可能完全不同，觀(guān)察到的是Beer-Lambert定律的表觀(guān)偏差。濃度愈高，兩波長(zhǎng)間吸光度差別愈大，所測(cè)得的吸光度愈小于平均吸光值，即愈偏離Beer-Lambert定律。

狹縫愈窄，譜帶寬度愈小，分析工作曲線(xiàn)斜率愈大，且遵守BeerLambert定律。同時(shí)所記錄的吸收曲線(xiàn)愈符合實(shí)際的吸收帶。隨著狹縫變寬，譜帶愈寬，分析工作曲線(xiàn)斜率愈小，且愈早的偏離Beert-Lambert定律。所記錄的吸收曲線(xiàn)愈偏離真正的吸收帶，即振動(dòng)不能被分辨開(kāi)。三.分析條件的選擇（一）測(cè)量條件A＝-IgT＝klcA＝-IgT＝klc要使測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差（）最小，對(duì)T求導(dǎo)數(shù)應(yīng)有一最小值，即：即當(dāng)吸光度A=0.434時(shí)，測(cè)量誤差最小。255075T%

0.6020.3010.1250A0.4342468100圖9-13相對(duì)誤差和透光率的關(guān)系曲線(xiàn)(二)反應(yīng)條件的選擇無(wú)機(jī)分析中：顯色劑的用量溶液酸度的影響時(shí)間溫度放置時(shí)間(三)參比溶液的選擇(四)干擾及其消除辦法§9.3

紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)按記錄方式分：手錄式分光光度計(jì)自動(dòng)掃描記錄式分光光度計(jì)按通過(guò)試樣及參比溶液的光束多少可分為：?jiǎn)喂馐止夤舛扔?jì)雙光束分光光度計(jì)按所提供的波長(zhǎng)數(shù)分為：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)分光光度計(jì)雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)圖9-14分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖光源單色器吸收池光電管讀數(shù)裝置

光源提供的連續(xù)輻射，經(jīng)單色器色散后獲得有限波長(zhǎng)范圍的輻射，經(jīng)過(guò)吸收池中待測(cè)物質(zhì)溶液吸收后到達(dá)檢測(cè)器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(電壓或電流，在讀數(shù)裝置上顯示出測(cè)量值)。先進(jìn)的儀器配有記錄儀或微處理機(jī)進(jìn)行控制和測(cè)量。一、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的主要部件1、光源在光度分析中所用的光源在所需的光譜范圍內(nèi)能連續(xù)輻射出足夠穩(wěn)定和強(qiáng)度的輻射線(xiàn)，其輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化波動(dòng)不大，而且使用壽命要長(zhǎng)。在紫外可見(jiàn)分光光度分析中所用光源有:

熱光源(鎢燈、鹵鎢燈)、氣體放電燈(氫弧燈、氘燈、氙燈、汞燈)、激光光源鎢燈適用波長(zhǎng)范圍為氫弧燈適用波長(zhǎng)范圍為

320～2500nm。165～350nm。2、單色器

在紫外可見(jiàn)分光光度分析法中，吸收為方型池，置于單色器與檢測(cè)器之間的光路中。在可見(jiàn)光區(qū)使用玻璃吸收池在紫外光區(qū)則使用石英吸收池一般石英比色器光程為1cm，玻璃比色器光程有1cm、2cm、3cm等。3、吸收池（2）光電管:

是紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上廣泛使用的元件。常用的光電管因光譜響應(yīng)范圍不同又被分為：紫敏光電管(又叫藍(lán)敏光電管，波段范圍210～625nm)。

紅敏光電管(波段范圍625～1000nm)。與光電池相比，光電管具有高靈敏度，寬的光譜響應(yīng)范圍，不易疲勞等優(yōu)點(diǎn)。

4、檢測(cè)器（1）硒光電池：在簡(jiǎn)易的可見(jiàn)分光光度計(jì)中檢測(cè)器為光敏感范圍在300～800nm的硒光電池，像72型分光光度計(jì)，7230型分光光度計(jì)使用PD硅光電池作為檢測(cè)元件。

（3）光電倍增管：比普通光電管更靈敏，若使用較小的光譜通帶，便可獲得被測(cè)物質(zhì)的光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。(一)單光束分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì)光路示意圖如圖9-10所示。一束單色光通過(guò)吸收池，進(jìn)入檢測(cè)器，儀器輸出信號(hào)為吸光度值(或透光率)。此類(lèi)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，維修方便，適用于常規(guī)定量分析。缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。國(guó)產(chǎn)72型、721型、7230型、751型、751G型、752型UV-1100等均為單光束儀器。二、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的類(lèi)型圖9-15721型分光光度計(jì)光路示意圖1-光源燈；2-聚光透鏡；3-反射鏡；4-狹縫；5-保護(hù)玻璃；6-準(zhǔn)直鏡；7-色散棱鏡；8-聚光透鏡；9-比色皿；10-光閘板；11-保護(hù)玻璃；12-光電管621211109874531圖9-167230型分光光度計(jì)光路示意圖W-鎢燈；M1-球面反射鏡；F-濾色鏡片；S1入射狹縫；S2-出射狹縫；M2-反射鏡；M３，M４-準(zhǔn)直鏡；G-衍射光柵；T-透鏡；PD-硅光電池

記錄儀WM1FS1M2M3M4S2TPD圖9-17751G分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)立體圖1.氫燈；2.凹面反射鏡；3.鎢燈；4.平面反光鏡；5.石英透鏡；6.石英窗；7.準(zhǔn)直鏡；8.石英棱鏡9.彎曲狹縫；10.濾光片架；11.比色皿；12.比色皿推拉桿；13.暗電流閘；14.紫敏光電管15.紅敏光電管；16.光電管滑動(dòng)架；17.到放大器812349101112141516765131617圖9-18雙光束分光光度計(jì)方框示意圖PD單色器參比電路光源R參比吸收池調(diào)制器檢測(cè)器M1M2M3M4AS樣品吸收池B參比電路讀數(shù)器樣品電路Sw(二).雙光束分光光度計(jì)其光路圖如圖9-13所示。圖中半透半反射鏡M1將經(jīng)過(guò)單色器的單色光分成兩束強(qiáng)度相等的光，一束通過(guò)參比池R，另一束通過(guò)樣品池S，經(jīng)過(guò)M2、M3反射后，二者交替地通過(guò)M4照射到同一檢測(cè)器上，經(jīng)過(guò)同步開(kāi)關(guān)Sw的作用，將檢測(cè)器輸入信號(hào)接向參比電路或樣品電路，最后在讀數(shù)器上讀出的是兩個(gè)電路輸出結(jié)果的比較值，即AR/AS。

*可以消除由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)帶來(lái)的測(cè)量結(jié)果的誤差，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描吸收光譜。這類(lèi)儀器譜帶寬度窄，波長(zhǎng)可以連續(xù)自動(dòng)掃描，吸收光譜可將分子的振動(dòng)結(jié)構(gòu)很清晰地表示出來(lái)，這對(duì)于有機(jī)化合物的定性分析十分有利。此種類(lèi)型雙光束分光光度計(jì)有國(guó)產(chǎn)730型，UV-1220、UV-1221型，美國(guó)Larmbda17型，英國(guó)Unican型。

圖9-19Lambda17型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)光路示意圖HL-鎢-鹵素?zé)簦籇L-氘燈；M2M4M10-平面反射鏡；G1-前置單色器；G2-主單色器；FW-濾光器輪盤(pán)；FL-聚光透鏡；SA-狹縫控制；BM-光屏蔽器；M3-準(zhǔn)直鏡；M6，M7，M8，M9,M10；

-球面反射鏡；C-光學(xué)斬波器；R，S-參比池和樣品池；PM-光電倍增管來(lái)自單色器SRM7M10M9PMM6M8C優(yōu)點(diǎn)：能直接分折未經(jīng)化學(xué)分離的混合組分，同時(shí)不需要參比溶液，只用一個(gè)待測(cè)溶液即可完成測(cè)定，并完全可以扣除背景或共存組分的干擾，提高分析測(cè)定的靈敏度和準(zhǔn)確度，擴(kuò)大了分光光度計(jì)的應(yīng)用范圍。例如進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)商品儀器并不多，國(guó)產(chǎn)儀器有WFZ-800S，日本島津UV-300型，日立UV556型，UnicanUV550、SP8200等。(三)雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)單波長(zhǎng)儀器一般采用一個(gè)單色器，而雙波長(zhǎng)儀器使用了兩個(gè)單色器，使來(lái)自光源的光束被兩個(gè)單色器分離出波長(zhǎng)分別為λ1和λ2的單色光，在相同的時(shí)間內(nèi)交替地照射在同一試樣溶液上，再經(jīng)過(guò)光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，最后在顯示器上得到的是在波長(zhǎng)λ1和λ2下吸光度的差值ΔA(＝Aλ1－Aλ2)。ΔΑ與待測(cè)物濃度成正比。圖9-20雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)示意(方框)圖

PD單色器1比較放大電路參比電路光源吸收池調(diào)制器檢測(cè)器M1M2A單色器2λ1λ2紫外-可見(jiàn)分光光度法不僅可以用來(lái)進(jìn)行物質(zhì)的定量測(cè)定，定性分析及結(jié)構(gòu)分析，還可以測(cè)量一些諸如摩爾比、分子量、穩(wěn)定常數(shù)、離解常數(shù)等物理化學(xué)參數(shù)。§9.4紫外-可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用一、定量分析(一)單組分測(cè)定對(duì)于簡(jiǎn)單樣品單組分測(cè)定一般采用簡(jiǎn)單的經(jīng)典方式。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法吸收系數(shù)比較法標(biāo)準(zhǔn)加入法（可克服復(fù)雜樣品的基體效應(yīng)分為單加入和多加入兩種)

最小二乘法（可消除用單一濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定吸收系數(shù)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件影響所引起的偶然誤差。差示分光光度法（可提高測(cè)定的高濃度或低濃度的準(zhǔn)確度)1、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法

該方法是實(shí)際工作中常使用的方法。具體做法是：配制一系列濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以空白試劑為參比，在相同測(cè)量條件下測(cè)定其吸光度，以吸光度A對(duì)濃度C作圖并繪制工作曲線(xiàn)。在相同條件下測(cè)量未知試樣的吸光度AX，在工作曲線(xiàn)上查找AX所對(duì)應(yīng)的濃度即為未知液的濃度。根據(jù)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)系列的數(shù)值建立線(xiàn)性回歸方程，并求出相關(guān)系數(shù)P(或R2)。若P在0.999X以上時(shí)，認(rèn)為所建立的方法是符合比爾定律的。2、標(biāo)準(zhǔn)加入法(1)單標(biāo)準(zhǔn)加入法在兩份相同量或體積的未知試樣的一份中加入一標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同條件下測(cè)量其吸光度AX和AX+S，根據(jù)下式計(jì)算未知液濃度CX。

AX＝KCxAX+S＝K(CX+CS)(2)多次加入法在5～7份相同量或體積的未知試樣溶液中加入4～6份濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液，組成一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)系列，在相同測(cè)量條件下測(cè)定其吸光度值，以吸光度對(duì)Cs作圖，繪制工作曲線(xiàn)。該工作曲線(xiàn)是一條不過(guò)原點(diǎn)的曲線(xiàn)，與濃度軸的交點(diǎn)即為CX。

*用標(biāo)準(zhǔn)加入法，既可消除復(fù)雜基體對(duì)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的影響，又可用回收率的高低，來(lái)驗(yàn)證某一分析方法的可靠性。3、差示分光光度法在分光光度測(cè)定方法中，樣品的濃度過(guò)大過(guò)小，其吸光度值在0.2～0.8范圍之外，都會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。為了克服上述不足，在實(shí)際工作中改用與試樣濃度差別不大的標(biāo)準(zhǔn)溶液代替空白溶液作參比，調(diào)節(jié)儀器的100%透光率或0%透光率，測(cè)量待測(cè)物質(zhì)的方法即為差示分光光度法。它分為三類(lèi)：(1)高濃度差示法這種方法是用一個(gè)比待測(cè)組分濃度稍低一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液(CS)為參比，調(diào)節(jié)儀器透光率為100%，然后測(cè)量未知樣品溶液的吸光度。假定用普通法測(cè)量用作參比的標(biāo)準(zhǔn)溶液的透光率為10%，試液的透光度為7%，二者讀數(shù)差僅為3%。當(dāng)用差示法測(cè)量時(shí)，將參比液的透光率讀數(shù)調(diào)到100%，此時(shí)，試液的透光率將會(huì)增加到70%，二者相差30%，相當(dāng)于讀數(shù)標(biāo)尺放大了10倍。0102030405060708090100

0102030405060708090100

T%試樣溶液參比溶液圖9-21高濃度差示法標(biāo)尺擴(kuò)展示意圖在差示法所測(cè)得的吸光度為Ar＝Ax-As，而

As＝εlcs

Ax＝εlcx

Ar＝εl(cx－cs)＝εlΔC(9-13)

上式中Cs為一固定值，所以Ar與Cx或ΔC或線(xiàn)性關(guān)系，工作曲線(xiàn)為一過(guò)原點(diǎn)(原點(diǎn)不為0，為Cs)的直線(xiàn)，且處在正常的讀數(shù)范圍之內(nèi)(見(jiàn)圖9-21)。以Ar-Cx(或ΔC)作圖，在工作曲線(xiàn)上根據(jù)Ar就可查出相應(yīng)的Cx(或ΔC)，Cx＝Cs+ΔC。根據(jù)吸收定律推導(dǎo)出其相對(duì)誤差為,式中CX＝CS+ΔC，CS是一個(gè)確定的較大值，ΔC或ΔCX很小，所以，測(cè)定結(jié)果非常準(zhǔn)確，誤差很小。(2)低濃度差示法這種方法是用一個(gè)較待測(cè)組分濃度稍高一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液(CS)作參比，調(diào)節(jié)儀器透光率為0%，而用空白溶液調(diào)節(jié)透光率為100%，測(cè)定待測(cè)試液(CX)的透光率或吸光度的方法即為低濃度差示法。其原理示意圖見(jiàn)圖9-22。0102030405060708090100

Tx-Td0102030405060708090100T%試樣溶液TdTx參比溶液圖9-22低濃度差示法例如某一標(biāo)準(zhǔn)溶液(Cd)透光率Td為90%，待測(cè)液透光率TX為95%，二者透光率差5%。用前者代替光閘，調(diào)節(jié)儀器暗電流補(bǔ)償?shù)酵腹饴蔜為0%，用空白溶液作參比調(diào)T為100%，這時(shí)待測(cè)試樣溶液透光率(Tr)擴(kuò)大到50%，二者透光率相差50%，也相當(dāng)于讀數(shù)標(biāo)尺擴(kuò)大了10倍。由圖9-17推導(dǎo)出：（9-14)而待測(cè)組分的吸光度：

Ax＝－logTx＝－lcg(Tr-TdTr+Td)＝-lcg(10-Ar-Td10-Ar+Td)＝εlcx

(9-15)

可以看出，低濃度差示法的差示吸光度Ar與試樣濃度(Cx)不成線(xiàn)性關(guān)系，工作曲線(xiàn)為一過(guò)原點(diǎn)的曲線(xiàn)。(3)最佳精密度法此法是上述兩種方法的結(jié)合，是用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比，用一個(gè)較待測(cè)試液稍濃的參比液(Cd)調(diào)節(jié)儀器透光率為0%，再用一個(gè)較待測(cè)試液稍稀的參比液(Cs)調(diào)節(jié)透光率為100%，然后測(cè)定未知液(Cx)的吸光度。其原理如下頁(yè)圖。圖9-23最佳精密度差示法工作原理示意圖0102030405060708090100

0102030405060708090100

T%參比溶液試樣溶液參比溶液Tx-TdTrTdTsTxTs-Td由圖(9-18)式可推導(dǎo)出差示法的透光率Tr如下：則(9-17)

由(9-17)式可知最佳精密度差示法的差示吸光度Ar與Cx不呈線(xiàn)性關(guān)系，工作曲線(xiàn)為彎曲的線(xiàn)。(二)、多組分混合物的測(cè)定如果混合物中含有兩種或兩種以上吸光物質(zhì)時(shí)，吸收峰相互干擾各異。簡(jiǎn)單的情況是雙組分在各自最大吸收波長(zhǎng)處相互不重迭，此時(shí)，可在各自最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。在實(shí)際測(cè)定工作中，共存組分往往會(huì)干擾待測(cè)成分的測(cè)定。干擾情況如圖9-24所示。840880920960

波長(zhǎng)，nm0.60.10.20.30.40.5ANdCl3DyCl3866nm915nm(1)NdCl3和DyCl3的吸收曲線(xiàn)；圖9-19（1）100200400600

波長(zhǎng)，nm1.00.00.20.40.60.8ATa-H2O2Nb-H2O2260nm380nm(2)Nb-H2O2和Ta-H2O2的吸收曲線(xiàn)圖9-19（1）400500600700

波長(zhǎng)，nm1.00.00.20.40.60.8A偶氮胂IIICe-偶氮胂III605nm655nm(3)偶氮胂-Ⅲ和Ce-偶氮胂一Ⅲ絡(luò)合物的吸收曲線(xiàn)圖9-19（1）圖9-24雙組分的吸收光譜相互重迭的情況(4)Fe2+-鄰菲羅啉和Fe3+-鄰菲羅啉絡(luò)合物吸收曲線(xiàn)350450550

波長(zhǎng)，nm1.00.00.20.40.60.8AFe（II）-鄰菲羅啉

396nmFe（III）-鄰菲羅啉1、解線(xiàn)性方程組法根據(jù)吸光度的加和原則，在A(yíng)、B雙組分的最大吸收波長(zhǎng)λ1和λ2處測(cè)定混合物的吸光度及

，則得到：對(duì)于多組分的測(cè)定多用以下方法進(jìn)行測(cè)定：

通過(guò)解上述方程組或根據(jù)克萊姆法則，通過(guò)行列式運(yùn)算求得上述方程組的解CA及CB(當(dāng)光程固定時(shí))，即：例如鋼材中Cr和Mn，鐵礦中的Fe（II）和Fe（III）的分光光度測(cè)定法，就可用解上述聯(lián)立方程的方法進(jìn)行測(cè)定。若將雙組分的復(fù)雜計(jì)算式輸入電腦，編一個(gè)簡(jiǎn)單程序，測(cè)定更方便簡(jiǎn)捷。2、等吸收點(diǎn)法(雙法長(zhǎng)法)

如果是雙組分混合物，其中B組分干擾A組分的測(cè)定，此時(shí)可選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)λ1和λ2(在該波長(zhǎng)下B具有相同的吸光度)處進(jìn)行測(cè)定。A組分在這兩個(gè)波長(zhǎng)下吸光度值則不相等，且相差(ΔA)較大，ΔA與被測(cè)級(jí)分A的濃度成線(xiàn)性關(guān)系。如圖9-20所示。圖9-25阿斯匹林水相酸雙波最測(cè)定法示意圖A-水楊酸，B-阿斯匹林BAAnmλ1λ2

在水楊酸λmax或其附近選λ2(282nm)為其測(cè)量波長(zhǎng)，λ1(216nm)為參比波長(zhǎng)，根據(jù)吸光度的加和性，在λ1、λ2處混合物的吸光度A1分別為A2由于吸收池長(zhǎng)度相同，在λ1和λ2時(shí)，B(阿斯匹林)的吸光度值相等，即所以，用(9-21)減去(9-20)時(shí)，得到:(9-22)（9-20)（9-21)

可見(jiàn)，當(dāng)λ1和λ2選擇合適之后待測(cè)組分吸光度值的大小取決于該組分濃度的大小，與干擾組分濃度無(wú)關(guān)。這樣，可利用雙波長(zhǎng)法測(cè)定雙組分。若用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)，測(cè)定雙組分就更加方便，靈敏度和準(zhǔn)確度也會(huì)進(jìn)一步提高。例如在Fe3+和Fe2+體系中：1下2下所以3、導(dǎo)數(shù)分光光度法它是利用導(dǎo)數(shù)技術(shù)進(jìn)行分光光度分析，解決混合組分測(cè)定時(shí)的相互干擾，同時(shí)更有效地消除渾濁液的散射影響、背景吸收，也可以提高光譜分辨率。根據(jù)吸收定律：對(duì)A-λ或T-λ進(jìn)行一次微分得到dA/dλ，以dA/dλ-λ作圖得到一階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)。同理，還可是獲得二階或多階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)，見(jiàn)圖9-26。(9-23)圖9-26吸收光譜(a)及導(dǎo)數(shù)光譜(b～e)曲線(xiàn)比較圖

ab（一階）d（三階）e（四階）c（二階）導(dǎo)數(shù)光譜曲線(xiàn)可以通過(guò)雙波長(zhǎng)分光光度法，電子模擬微分法、計(jì)算機(jī)的數(shù)字微分法等方法方便地獲得。一階導(dǎo)數(shù)方程為:(9-24)

式中A及ε是波長(zhǎng)的函數(shù)。A的一階導(dǎo)數(shù)與濃度C成正比關(guān)系。靈敏度的大小決定于摩爾吸光系數(shù)ε對(duì)波長(zhǎng)入的變化率dε/dλ。當(dāng)(dε/dλ)最大時(shí)，靈敏度最高。

由上二式可知，二階導(dǎo)數(shù)或多階導(dǎo)數(shù)值也與待測(cè)成分濃度C成正比關(guān)系。依次可進(jìn)行待測(cè)成分的定量測(cè)定。同時(shí)也可以看出，隨著導(dǎo)數(shù)階次的增加，吸收峰的數(shù)目在增加，吸收峰的尖銳程度在增大，帶寬變窄，對(duì)準(zhǔn)確測(cè)量十分有利。當(dāng)對(duì)(9-22)式進(jìn)行二階和多階求導(dǎo)后會(huì)得到：(9-25)(9-26)例如，當(dāng)混合物中兩個(gè)組分的吸收峰以極小的波長(zhǎng)差重迭時(shí)，對(duì)它們進(jìn)行二次求導(dǎo)后，二者吸收峰的寬度大大降低，二者吸收峰的半寬度大大降低，成為彼此分開(kāi)的兩個(gè)吸收峰。見(jiàn)圖9-27。圖中1、2為兩個(gè)吸收峰完全重迭的雙組分，3為二者的迭加峰。4為對(duì)其透光率曲線(xiàn)，5為一次一階求導(dǎo)后所獲得的導(dǎo)數(shù)光譜曲線(xiàn)。這樣，經(jīng)過(guò)求導(dǎo)后即可將完全重迭的雙組分吸收峰變成極易辨認(rèn)及測(cè)量的光譜曲線(xiàn)。圖9-27吸收峰完全重迭的及一次求導(dǎo)后光譜曲線(xiàn)比較圖54321a00.20.40.62040601008000.20.4-0.2-0.4AT%bc用于定量分析的導(dǎo)數(shù)光譜法有以下幾種：(1)峰一谷法

它是常用的分析方法，是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰值(極大或極小)之間的距離L作為測(cè)量信號(hào)一導(dǎo)數(shù)值。(2)正切法又叫基線(xiàn)法，它是先作兩相鄰峰的公切線(xiàn)，然后由兩峰的谷引一條平行于縱坐標(biāo)的直線(xiàn)交于公切線(xiàn)于A(yíng)點(diǎn)，測(cè)量谷到A點(diǎn)的距離M即為導(dǎo)數(shù)值。(3)峰一零法測(cè)量峰和基線(xiàn)之間的垂直距離N即為導(dǎo)數(shù)值。此法用得不多。它只適用于信號(hào)對(duì)稱(chēng)于坐標(biāo)的高階導(dǎo)數(shù)光譜求值法。圖9-28

導(dǎo)數(shù)光譜的測(cè)量法L-峰谷法，M一切線(xiàn)法，N-峰零法NLMA

隨著電學(xué)微分方法和模擬微分電路等多項(xiàng)微分技術(shù)的不斷提高，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)數(shù)分光光度法更趨完善，使其更具有高分辨率、高靈敏度、低噪音等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍不斷拓寬。如干擾存在下痕量成分的測(cè)定，生化樣品、藥物分析以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等十分方便。對(duì)于混合物中多組分的測(cè)定還有系數(shù)倍率法，多波長(zhǎng)作圖法，Y參比法及比值導(dǎo)數(shù)分光光度法等方法，在此不一一敘述。二、定性分析定性分析主要是用于有機(jī)物定性鑒別和結(jié)構(gòu)分析。利用紫外吸收光譜鑒定有機(jī)化合物主要依據(jù)是化合物的吸收光譜特征:

吸收曲線(xiàn)的形狀吸收峰數(shù)目吸收峰波長(zhǎng)摩爾吸光系數(shù)*紫外光譜對(duì)于差別有機(jī)化合物中發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)的種類(lèi)、位置及其數(shù)目以及區(qū)別飽和與不飽和化合物、測(cè)定分子中共軛程度等有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)**有機(jī)化合物的紫外吸收光譜只有少數(shù)幾個(gè)寬的吸收帶，缺乏精細(xì)結(jié)構(gòu)。它只能反映分子中發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)及其附近的結(jié)構(gòu)特性，而不能反映整個(gè)分子的特性。因此僅依靠紫外光譜來(lái)推斷未知化合物的結(jié)構(gòu)是困難的。***紫外光譜可用來(lái)測(cè)定共軛分子及芳族化合物分子的骨架，并可研究與共軛作用、溶劑穩(wěn)定化作用有關(guān)的分子構(gòu)型以及互變異構(gòu)現(xiàn)象和氫鍵等。（一）定性鑒定1.用紫外光譜進(jìn)行定性鑒定的化合物必須是純凈的，并按正確操作方法用紫外分光光度計(jì)繪制出吸收曲線(xiàn)，然后根據(jù)該化合物的吸收特征作出初步判斷。

如果化合物紫外光譜在220～400nm范圍內(nèi)沒(méi)有吸收帶，則可以判斷該化合物可能是飽和的直鏈烴、脂環(huán)烴或其它飽和的脂肪族化合物或只含一個(gè)雙鍵的烯烴等。若化合物只在270～350nm有弱的吸收帶，則該化合物必含有n電子的簡(jiǎn)單非共軛發(fā)色基團(tuán)，如羰基、硝基等。

若化合物在210～250nm范圍有強(qiáng)吸收帶，ε≥104L·mol-1cm-1,這是K吸收帶的特征，則該化合物可能是含有共軛雙鍵的化合物。如果強(qiáng)吸收帶出現(xiàn)在260～300nm范圍內(nèi)，則表明該化合物存在3個(gè)或3個(gè)以上共軛雙鍵。如吸收帶進(jìn)入可見(jiàn)光區(qū)，則該化合物是長(zhǎng)共軛發(fā)色基團(tuán)的化合物或是稠環(huán)化合物。若化合物在250～300nm范圍內(nèi)有中等強(qiáng)度吸收帶，ε＝103～104L·mol-1cm-1

，這是苯環(huán)B吸收帶的特征，因此該化合物很可能含有苯環(huán)。2.

按上述規(guī)律可以初步確定該化合物的歸屬范圍后，再將該化合物光譜與標(biāo)準(zhǔn)化合物的譜圖進(jìn)行對(duì)照。如果兩者吸收光譜的特征完全相同，則可考慮兩者可能是同一化合物，或者它們具有相同的分子骨架和發(fā)色基團(tuán)。也可以與一已知的模型化合物的紫外光譜相對(duì)比后作出判斷。1、吸收曲線(xiàn)比較法將未知物和所推測(cè)化合物的標(biāo)準(zhǔn)品在相同的酸度條件下，以相同的濃度配制在相同溶劑中，分別掃描吸收光譜。比較二者的吸收曲線(xiàn)，若二者一致，則可確定二者為同一化合物。如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)品時(shí)，也可和標(biāo)準(zhǔn)品的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比較。在實(shí)際測(cè)定中，也常用紫外吸收峰的最大吸收波長(zhǎng)λmax和強(qiáng)度(即εmax)進(jìn)行定性鑒定。通常用于定性分析的方法有以下幾種：圖9-24合成與天然VB2的紫外吸收光譜實(shí)線(xiàn)為合成VB2，虛線(xiàn)為天然VB2Log342300350400/nm例如，煙堿(居古丁)在0.2mol·L-1H2SO4中λmax＝260nm，百分吸光系數(shù)

343。若某一化合物在相同條件下測(cè)定其λmax和與純煙堿的數(shù)據(jù)相同，則該化合物結(jié)構(gòu)與煙堿的結(jié)構(gòu)基本相同。常用的標(biāo)準(zhǔn)圖譜有下列幾種：1、SadtlerStandardSpectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978

該標(biāo)準(zhǔn)圖譜總計(jì)收集了46000種化合物的紫外吸收光譜。2、FriedelR.A.andOrchinM.,：“UltravioletSpectraofAromaticCompounds”,Wiley,NewYork,1951.3、KeyzoHirayama:“HandbookofUl