紫外可見分光光度法2

關于紫外可見分光光度法2第一節(jié)基本原理

一、概述

基于物質(zhì)光化學性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學分析法。分為:光譜分析法和非光譜分析法。光譜分析法是指在光（或其它能量）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度來進行分析的方法。

第2頁,共110頁，2024年2月25日，星期天概述:

在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,主要有:

紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m,主要用于有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定。

紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。

可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。本章主要講授紫外可見吸光光度法。第3頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、紫外可見吸收光譜1．光的基本性質(zhì)

光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波長

、頻率

、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述：

=c；波數(shù)=1/

=

/c

光是由光子流組成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常數(shù)：h=6.626×10-34J×S)第4頁,共110頁，2024年2月25日，星期天光的波長越短（頻率越高），其能量越大。白光（太陽光）：由各種單色光組成的復合光單色光：單波長的光（由具有相同能量的光子組成）紫外光區(qū)：近紫外區(qū)10-200nm（真空紫外區(qū)）遠紫外區(qū)200-400nm

可見光區(qū)：400-750nm第5頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線

E=E2-

E1=h

：量子化；選擇性吸收吸收曲線與最大吸收波長

max用不同波長的單色光照射，測吸光度光的互補：藍

黃M+熱M+熒光或磷光M+

h

M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E2第6頁,共110頁，2024年2月25日，星期天吸收曲線的討論：①同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax②不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。第7頁,共110頁，2024年2月25日，星期天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。

不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。

在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。第8頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.紫外—可見分子吸收光譜與電子躍遷物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式：

1.電子相對于原子核的運動，2.原子核在其平衡位置附近的相對振動3.分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動。第9頁,共110頁，2024年2月25日，星期天分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動能量Ev、轉(zhuǎn)動能量Er即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+ＥrΔΕe>ΔΕv>ΔΕr第10頁,共110頁，2024年2月25日，星期天能級躍遷

電子能級間躍遷的同時，總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。第11頁,共110頁，2024年2月25日，星期天討論：（1）轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.05eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠紅外區(qū)。遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；（2）振動能級的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜；（3）電子能級的能量差ΔΕe較大1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜。第12頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（4）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，是物質(zhì)定性的依據(jù)。（5）吸收譜帶的強度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數(shù)εmax也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的λmax有時可能相同，但εmax不一定相同；（6）吸收譜帶強度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，定量分析的依據(jù)。第13頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、分子吸收光譜與電子躍遷1．紫外—可見吸收光譜

有機化合物的紫外—可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。

當外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序為：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

第14頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑴σ→σ＊躍遷

所需能量最大，σ電子只有吸收遠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)在遠紫外區(qū)(吸收波長λ<200nm，只能被真空紫外分光光度計檢測到)。如甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。第15頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑵n→σ＊躍遷所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠紫外區(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λmax分別為173nm、183nm和227nm。第16頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

⑶π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠紫外區(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λmax為162nm，εmax為1×104L·mol-1·cm－1。第17頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

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，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和π鍵同時存在時發(fā)生n→π＊

躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λmax為275nmεmax為22L·mol－1

·cm－1（溶劑環(huán)己烷)。第18頁,共110頁，2024年2月25日，星期天生色團與助色團生色團：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物分子中含有不飽和基團。這類含有π鍵的不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團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。第19頁,共110頁，2024年2月25日，星期天助色團：有一些含有n電子的基團(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)，但當它們與生色團相連時，就會發(fā)生n—π共軛作用，增強生色團的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強度增加)，這樣的基團稱為助色團。第20頁,共110頁，2024年2月25日，星期天紅移與藍移

有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強度發(fā)生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移(或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應或減色效應，如圖所示。第21頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.金屬配合物的紫外—可見吸收光譜

金屬離子與配位體反應生成配合物的顏色一般不同于游離金屬離子(水合離子)和配位體本身的顏色。金屬配合物的生色機理主要有三種類型：⑴配位體微擾的金屬離子d一d電子躍遷和ｆ一ｆ電子躍遷

摩爾吸收系數(shù)ε很小，對定量分析意義不大。第22頁,共110頁，2024年2月25日，星期天⑵金屬離子微擾的配位體內(nèi)電子躍遷

金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長和強度的變化。變化與成鍵性質(zhì)有關，若靜電引力結(jié)合，變化一般很小。若共價鍵和配位鍵結(jié)合，則變化非常明顯。⑶電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜

在分光光度法中具有重要意義。第23頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共110頁，2024年2月25日，星期天電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜

當吸收紫外可見輻射后，分子中原定域在金屬M軌道上電荷的轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道，或按相反方向轉(zhuǎn)移，這種躍遷稱為電荷轉(zhuǎn)移躍遷，所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜。電荷轉(zhuǎn)移躍遷本質(zhì)上屬于分子內(nèi)氧化還原反應，因此呈現(xiàn)荷移光譜的必要條件是構(gòu)成分子的二組分，一個為電子給予體，另一個應為電子接受體。

第28頁,共110頁，2024年2月25日，星期天電荷轉(zhuǎn)移躍遷在躍遷選律上屬于允許躍遷，其摩爾吸光系數(shù)一般都較大(104左右)，適宜于微量金屬的檢出和測定。電荷轉(zhuǎn)移躍遷在紫外區(qū)或可見光呈現(xiàn)荷移光譜，荷移光譜的最大吸收波長及吸收強度與電荷轉(zhuǎn)移的難易程度有關。

第29頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例：Fe3＋與SCN－形成血紅色配合物，在490nm處有強吸收峰。其實質(zhì)是發(fā)生了如下反應：

[Fe3＋SCN－

]

＋hν=[FeSCN]2＋

第30頁,共110頁，2024年2月25日，星期天四化合物紫外—可見光譜的產(chǎn)生(一)有機化合物紫外-可見吸收光譜1，飽和烴及其取代衍生物

飽和烴類分子中只含有鍵，因此只能產(chǎn)生*躍遷，即電子從成鍵軌道（）躍遷到反鍵軌道（*）。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見分光光度計的測量范圍。第31頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n

*的躍遷。n

*的能量低于

*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n

*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。這些數(shù)據(jù)不僅說明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實用價值不大。但是它們是測定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。第32頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

2，不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和

*兩種躍遷。

*躍遷的能量小于

*躍遷。例如，在乙烯分子中，

*躍遷最大吸收波長為180nm

在不飽和烴類分子中，當有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統(tǒng)的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強度也隨之增強。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。第33頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3，羰基化合物

羰基化合物含有C=O基團。

C=O基團主要可產(chǎn)生

*、n

*、n

*三個吸收帶，n

*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n

*吸收帶的光區(qū)稍有不同。

第35頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n

*吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對的助色團，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n

共軛，導致*軌道的能級有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級，因此實現(xiàn)n

*躍遷所需的能量變大，使n

*吸收帶藍移至210nm左右。第36頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4，苯及其衍生物苯有三個吸收帶，它們都是由

*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（

MAX=60，000）；E2帶出現(xiàn)在204nm（

MAX=8，000）；B帶出現(xiàn)在255nm（

MAX=200）。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細結(jié)構(gòu)，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細結(jié)構(gòu)消失。當苯環(huán)上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。第37頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

5，稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應增加。

第38頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

當芳環(huán)上的-CH基團被氮原子取代后，則相應的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n

*吸收帶。第39頁,共110頁，2024年2月25日，星期天(二)、無機化合物的紫外-可見吸收光譜

產(chǎn)生無機化合物紫外、可見吸收光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場躍遷。1.電荷遷移躍遷

無機配合物有電荷遷移躍遷產(chǎn)生的電荷遷移吸收光譜。在配合物的中心離子和配位體中，當一個電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關的軌道上時，可產(chǎn)生電荷遷移吸收光譜。第40頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

不少過度金屬離子與含生色團的試劑反應所生成的配合物以及許多水合無機離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。

此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過度元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色。

電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長位置，取決于電子給予體和電子接受體相應電子軌道的能量差。第41頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.配位場躍遷配位場躍遷包括d-d躍遷和f-f躍遷。元素周期表中第四、五周期的過度金屬元素分別含有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，過度元素五個能量相等的d軌道和鑭系元素七個能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。第42頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

當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或f軌道，這兩類躍遷分別稱為d-d躍遷和f-f躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。第43頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（三）、溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響

溶劑對紫外—可見光譜的影響較為復雜。改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶形狀的變化。例如，當溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。改變?nèi)軇┑臉O性，還會使吸收帶的最大吸收波長發(fā)生變化。下表為溶劑對亞異丙酮紫外吸收光譜的影響。正己烷CHCl3CH3OHH2O

*

max/nm230238237243n

*

max/nm329315309305第44頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

由上表可以看出，當溶劑的極性增大時，由n

*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生藍移，而由

*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。第45頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

由于溶劑對電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表中必須注明所用的溶劑。與已知化合物紫外光譜作對照時也應注明所用的溶劑是否相同。在進行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。

選擇溶劑時注意下列幾點：第46頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（1）溶劑應能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質(zhì)應該是惰性的。即所成溶液應具有良好的化學和光化學穩(wěn)定性。（2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應無明顯吸收。第47頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（四）、光的吸收定律

1.朗伯—比耳定律

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

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關系。A∝c

二者的結(jié)合稱為朗伯—比耳定律，其數(shù)學表達式為：

第48頁,共110頁，2024年2月25日，星期天朗伯—比耳定律數(shù)學表達式

A＝lg（I0/It)=εbc

式中A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度；

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；或:A＝lg（I0/It)=abc

c：溶液的濃度，單位g·L－１

a：吸光系數(shù)，單位L·g－１·cm－１

a與ε的關系為：

a=ε/M（M為摩爾質(zhì)量）第49頁,共110頁，2024年2月25日，星期天透光度(透光率)T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的關系:

A＝－lgT

朗伯—比耳定律是吸光光度法的理論基礎和定量測定的依據(jù)。應用于各種光度法的吸收測量；摩爾吸光系數(shù)ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；吸光系數(shù)a(L·g-1·cm-1）相當于濃度為1g/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。第50頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.摩爾吸光系數(shù)ε的討論

吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關；可作為定性鑒定的參數(shù)；同一吸收物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示。εmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達到的最大靈敏度。

第51頁,共110頁，2024年2月25日，星期天摩爾吸光系數(shù)ε的討論εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。

ε>105：超高靈敏；

ε=(6～10）×104：高靈敏；

ε<2×104：不靈敏。ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。第52頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.偏離朗伯—比耳定律的原因

標準曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：標準曲線常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯—比耳定律的偏離。引起這種偏離的因素（兩大類）：一類是物理性因素，即儀器的非理想引起的；另一類是化學性因素。第53頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（1）物理性因素朗—比耳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。分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯—比耳定律的正或負偏離。

非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯—比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。第54頁,共110頁，2024年2月25日，星期天非單色光作為入射光引起的偏離

假設由波長為λ1和λ2的兩單色光組成的入射光通過濃度為c的溶液，則：

Ａ1＝lg（Ｉo1/Ｉt1）＝ε1bc

Ａ2＝lg(Ｉo2/Ｉt2）＝ε2bc故：Ｉt1＝Ｉo110－ε1bc；Ｉt2＝Ｉo210－ε2bc式中Ｉo1、Ｉo2分別為λ1、λ2的入射光強度；

Ｉt1、Ｉt2分別為λ1、λ2的透射光強度；

ε1、ε2分別為λ1、λ2的摩爾吸光系數(shù)；第55頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

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

A總＝lg（Ｉo總/Ｉt總)＝lg(Io1＋Ｉo2)/(Ｉt1＋Ｉt2）

＝lg(Io1＋Ｉo2)/(Ｉo110－ε1bc

＋Ｉo210－ε2bc

）令：ε1-ε2＝

ε；設：Ｉo1＝Ｉo2A總＝lg(2Io1)/Ｉt1(1＋10－

ε2bc

）=A+lg2-lg(1＋10－

ε2bc

)第56頁,共110頁，2024年2月25日，星期天討論:

A總=A1+lg2-lg(1＋10－

εbc

)

Δε=0；即：ε1=ε2=ε

則：

A總

＝lg（Ｉo/Ｉt）＝εbc

Δε≠0若Δε<0；即ε2<ε1；－Δεbc>0,lg（１＋10Δεbc）值隨c值增大而增大，則標準曲線偏離直線向c軸彎曲，即負偏離；反之，則向A軸彎曲，即正偏離。｜Δε｜很小時，即ε1≈ε2：

第57頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

則可近似認為是單色光。在低濃度范圍內(nèi)，不發(fā)生偏離。若濃度較高，即使｜Δε｜很小，A總

≠Ａ1，且隨著c值增大，

A總

與A1的差異愈大，在圖上則表現(xiàn)為A—c曲線上部(高濃度區(qū))彎曲愈嚴重。故朗伯—比耳定律只適用于稀溶液。為克服非單色光引起的偏離，首先應選擇比較好的單色器。此外還應將入射波長選定在待測物質(zhì)的最大吸收波長且吸收曲線較平坦處。第58頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（2）化學性因素朗—比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點之間不發(fā)生相互作用；假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)時才基本符合。當溶液濃度c>10－2mol/L時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。故：朗伯—比耳定律只適用于稀溶液

第59頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學平衡時。使吸光質(zhì)點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。

例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2Ｏ72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同。故：此時溶液pH對測定有重要影響。第60頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、基本組成二、分光光度計的類型第二節(jié)

紫外—可見分光光度計第61頁,共110頁，2024年2月25日，星期天儀器可見分光光度計第62頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

紫外-可見分光光度計第63頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、基本組成光源單色器樣品室檢測器顯示1.光源

在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。

可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。

紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。第64頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

2.單色器

將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進入單色器；②準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。第65頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。4.檢測器利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)

檢流計、數(shù)字顯示、微機進行儀器自動控制和結(jié)果處理。第66頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、分光光度計的類型1.單光束：簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，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。2.雙光束：自動記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復雜，價格較高。第67頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.雙波長：將不同波長的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過同一吸收池而后到達檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池?！?/p>

=1～2nm。兩波長同時掃描即可獲得導數(shù)光譜。第69頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、顯色反應的選擇二、顯色反應條件的選擇三、共存離子干擾的消除四、測定條件的選擇五、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑第三節(jié)

顯色與測量條件的選擇第70頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、顯色反應的選擇1.選擇顯色反應時，應考慮的因素：靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：“對比度”，要求△

>60nm。第71頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.氧化還原顯色反應

某些元素的氧化態(tài),如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可見光區(qū)能強烈吸收，可利用氧化還原反應對待測離子進行顯色后測定。例如：鋼中微量錳的測定，Mn2＋不能直接進行光度測定

2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4＋+10SO42-＋16H+

將Mn2＋

氧化成紫紅色的MnO4＋后，在525nm處進行測定第72頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.配位顯色反應

當金屬離子與有機顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強的紫外—可見吸收光譜。第73頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4.顯色劑無機顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨、過氧化氫等幾種。有機顯色劑：種類繁多偶氮類顯色劑：本身是有色物質(zhì)，生成配合物后，顏色發(fā)生明顯變化；具有性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應靈敏度高、選擇性好、對比度大等優(yōu)點，應用最廣泛。偶氮胂Ⅲ、PAR等。

第74頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三苯甲烷類：

鉻天青S、二甲酚橙等第75頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、顯色反應條件的選擇1.顯色劑用量吸光度A與顯色劑用量CR的關系會出現(xiàn)如圖所示的幾種情況。選擇曲線變化平坦處。第76頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.反應體系的酸度

在相同實驗條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應的pH范圍。3.顯色時間與溫度實驗確定4.溶劑一般盡量采用水相測定第77頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、共存離子干擾的消除1.加入掩蔽劑：選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應產(chǎn)物不干擾待測組分的測定。

第78頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

例：測定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為Fe(PO４)23-(無色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測定Al3+時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。第79頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.選擇適當?shù)娘@色反應條件3.分離干擾離子第80頁,共110頁，2024年2月25日，星期天四、測定條件的選擇1.選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL一般應該選擇λmax為入射光波長。但如果λmax處有共存組分干擾時，則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。第81頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

2.選擇合適的參比溶液為什么需要使用參比溶液？測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強度。參比溶液的選擇一般遵循以下原則：⑴若僅待測組分與顯色劑反應產(chǎn)物在測定波長處有吸收，其它所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；

第82頁,共110頁，2024年2月25日，星期天⑵若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；

⑶若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；

⑷若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。第83頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）

不同的透光度讀數(shù)，產(chǎn)生的誤差大小不同：－lgT=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1dT=εbdc兩式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT）dT

以有限值表示可得：

Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT

第84頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

濃度測量值的相對誤差（Δc/c）不僅與儀器的透光度誤差ΔT有關，而且與其透光度讀數(shù)T的值也有關。

是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最??？第85頁,共110頁，2024年2月25日，星期天最佳讀數(shù)范圍與最佳值設：ΔT=1%，則可繪出溶液濃度相對誤差Δc/c與其透光度T的關系曲線。如圖所示：當：ΔT=1%，T在20%～65%之間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數(shù)范圍。

第86頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

用儀器測定時應盡量使溶液透光度值在T%=20～65％(吸光度A=0.70～0.20)。

可求出濃度相對誤差最小時的透光度Tmin為：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434第87頁,共110頁，2024年2月25日，星期天五、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑1.合成新的高靈敏度有機顯色劑2.采用分離富集和測定相結(jié)合3.采用三元(多元)配合物顯色體系

由一個中心金屬離子與兩種(或兩種以上)不同配位體形成的配合物，稱為三元(多元)配合物。

第88頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

多元配合物顯色反應具有很高的靈敏度，一方面是因為多元配合物比其相應的二元配合物分子截面積更大；另一方面是因為第二或第三配位體的引入，可能產(chǎn)生配位體之間、配位體與中心金屬離子間的協(xié)同作用，使共軛π電子的流動性和電子躍遷幾率增大。

第89頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

三元配合物主要類型有：三元離子締合物、三元混配配合物、三元膠束(增溶)配合物。第90頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、普通分光光度法二、示差分光光度法三、雙波長分光光度法四、導數(shù)分光光度法第四節(jié)

分光光度測定方法第91頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、普通分光光度法1.單組分的測定通常采用A-C

標準曲線法定量測定。2.多組分的同時測定⑴若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進行測定。這本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別。

第92頁,共110頁，2024年2月25日，星期天⑵若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。

Aλ1=εaλ1bca＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca＋εbλ2bcb

第93頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、示差分光光度法（示差法）

普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當待測組分含量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標準溶液作參比溶液。第94頁,共110頁，2024年2月25日，星期天設：待測溶液濃度為cx，標準溶液濃度為cs(cs<cx)。則：

Ax=εbcx

As=εbcsΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差ΔＡ。

第95頁,共110頁，2024年2月25日，星期天示差分光光度法（示差法）

ΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差ΔＡ。示差法測得的吸光度與Δc呈直線關系。由標準曲線上查得相應的Δc值，則待測溶液濃度cx

：

cx=cs+Δc

第96頁,共110頁，2024年2月25日，星期天示差法標尺擴展原理：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做參比，調(diào)T=100%則：cx的T=50%；標尺擴展10倍第97頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、雙波長分光光度法

不需空白溶液作參比；但需要兩個單色器獲得兩束單色光(λ1和λ2)；以參比波長λ1處的吸光度Aλ1作為參比，來消除干擾。

在分析渾濁或背景吸收較大的復雜試樣時顯示出很大的優(yōu)越性。靈敏度、選擇性、測量精密度等方面都比單波長法有所提高。

第98頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

ΔＡ＝A

λ2－A

λ1