第9章紫外吸收光谱分析宋娟.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,19 五月 2025,1,主讲：宋娟,仪器分析,朱明华 胡坪 编,Tel.:[phone],E-mail:415877583,第,9,章 紫外吸收光谱分析,紫外吸收光谱法（,UV,）：,是基于被测物质的,分子,对,光,具有,选择吸收,的特性而建立的分析方法。是,吸收光谱,的一种。,光的电磁波性质,射线,x,射线,紫外光,红外光,微波,无线电波,10,-2,nm 10 nm 10,2,nm 10,4,nm 0.1 cm 10cm 10,3,cm 10,5,cm,可 见 光,一 物质对光的吸收与吸收光谱,光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色，这一过程与物质的 性质及光的性质有关。,物质对光的吸收,物质对光的吸收满足,Plank,条件,h,S,2,S,1,S,0,S,3,E,2,E,0,E,1,E,3,h,h,h,9.1,分子吸收光谱,吸收光谱,Absorption Spectrum,纯,电子能态,间跃迁,S,2,S,1,S,0,S,3,h,E,2,E,0,E,1,E,3,S,2,S,1,S,0,h,A,h,h,h,分子内电子跃迁,带状光谱,锐线光谱,A,分子、原子、电子都是运动着的物质，都具有能量，且都是量子化的。在一定的条件下，分子处于一定的运动状态，,物质分子内部运动状态有三种形式：,电子运动,：电子绕原子核做相对运动,-,电子能级,；,原子运动,：分子中原子或原子团在其平衡位置上做相对振动,-,振动能级,；,分子转动,：整个分子绕其重心做旋转运动,-,转动能级。,分子光谱的产生,分子的总能量由上述三种运动的能量组成：,式中 、,-,电子运动、分子中的振动和分子转动的能量。,当分子吸收一个具有一定能量的光量子时，就有较低的能级（基态能级 ）跃迁到较高的能级（激发态能级 ），,被吸收光子的能量必须与分子跃迁前后的能量差恰好相等，,即,否则，不能被吸收。,E,2,E,1,E,0,0,1,2,0,1,2,1,J,0,2,3,J,0,2,3,1,J,0,2,3,1,J,0,2,3,1,分子紫外吸收光谱,分子可见吸收光谱,分子红外吸收光谱,分子光谱：,连续光谱 带光谱,远红外光谱,中红外光谱,紫外,-,可见光谱,电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大,12,个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振,-,转能级的跃迁，形成所谓的,带状光谱,。,分子的能量变化,E,为各种形式能量变化的总和：,（,1,）分子吸收光谱的形成,E,电,E,振,E,转,二,物质对光,的选择性吸收,物质对光的选择性吸收的特性，可以用,吸收光谱曲线,来描述。将不同波长的,单色光,透过某一固定,浓度,和,厚度,的某物质的溶液，测量每一波长下溶液对光的吸光度，然后,以波长为横坐标，吸光度为纵坐标做图,，所得曲线即为该物质的吸收曲线（也称吸收光谱），它描述了溶液对不同波长光的选择性吸收程度。,图,3,高猛酸钾溶液的吸收曲线,由图得出,3,条结论,：,（重点掌握）,任何一种溶液对不同波长的光的吸收程度不同。,在相同条件下，同一物质的不同浓度的溶液，其吸收光谱曲线相似，且,max,相同，这是分光光度法进行,定性分析,的依据,。（共轭结构）,入射光波长一定时，浓度越大，吸光度也越大，这是分光光度分析法进行,定量分析的基础。为了获得较高的测定灵敏度，常用,最大吸收波长,max,的光作为入射光,。,（浓度）,定性分析与定量分析的基础,定性分析基础,定量分析基础,物质对光的选择吸收,A,B,A,在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,A,C,增大,max,=328 nm,例,1,：维生素,A,例,2,：番茄红素,以质量分数,2%,二氯甲烷为溶剂，,max,=328 nm,有机分子包括,:,成键轨道,、,；,反键轨道,*,、,*,非键轨道,n,例如,H,2,O,分子的轨道：,C,O,H,n,p,s,H,9-2,、有机化合物的紫外,-,可见吸收光谱,1.有机分子电子跃迁类型,紫外可见吸收光谱是由分子中,价电子,能级跃迁产生的,这种吸收光谱取决于价电子的性质,电子类型,形成单键的,电子,C-H、C-C,形成双键的,电子,C=C、C=O,未成对的孤对电子,n,电子,C=O：,各轨道能级高低顺序：,n,*,*,（分子轨道理论计算结果）,；,可能的跃迁类型：,-,*,；,-,*,；,-,*,；,n-,*,；,-,*,；,n-,*,（1）,*,跃迁,成键,电子跃迁到反键,*,轨道所产生的跃迁,*,跃迁所需能量很大，相当于远紫外的辐射能，,200nm,，处于,真空紫外,区,饱和烃只能发生,*,跃迁,例：,CH,4,C-H,共价键,max,=125nm,C,2,H,6,C-C,键,max,=135nm,常用饱和烃类化合物作紫外可见吸收光谱分析的溶剂,(2),n*,跃迁,未共用电子对,n,电子跃迁到反键,*,轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量比,*,跃迁小，,200nm,左右,（,150250nm,）,处于末端吸收，,处于近紫外区,吸收概率较小，,在,10,2,10,3,范围内，中吸收,含有未共用电子对的杂原子（,N、O、S、X）,的饱和化合物发生,n*,跃迁;,含-,NH,2,、,-OH,、,-X,例：,CH,3,OH,max,=184nm,CH,3,Br,max,=204nm,（,3,）,*,跃迁,电子跃迁到反键,*,轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量比,*,跃迁小，若无共轭，与,n跃迁差不多。,200nm,左右,吸收强度大，,在,10,4,10,5,范围内，强吸收,含不饱和键的化合物发生,*,跃迁,C=O,C=C,C,C,若有共轭体系，所需能量降低，,波长向长波方向移动（红移），,相当于,200700 nm,(4)n*,跃迁,n,电子跃迁到反键,*,轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量较小，因此吸收辐射波长最长。吸收峰在,200,400,nm,左右，多位于近紫外区，甚至可见区。,吸收强度小，,10,2,，弱吸收,含杂原子的双键不饱和有机化合物,C=S O=N-N=N-,例：丙酮,max,=280 nm,n*,跃迁比,*,跃迁所需,能量小,吸收波长长,常用的是,*,跃迁和,n*,，这两种跃迁都需要分子中有不饱和基团提供,轨道。,只有,-,*,和,n-,*,两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。,n*,跃迁与,*,跃迁的比较如下：,*n*,吸收峰波长 与组成双键的 有关,原子种类基本无关,吸收强度 强吸收,10,4,10,5,弱吸收,10,2,极性溶剂 向长波方向移动 向短波方向移动,饱和有机化合物,（,1,）,-,*,：,C-H,共价键，如,CH,4,（,125nm,）,；,C-C,键，如,C,2,H,6,(135nm),，处于真空紫外区；,（,2,）,n-,*,：,含有孤对电子的分子，如,H,2,O(167nm),；,CH,3,OH(184nm),；,CH,3,Cl(173nm);CH,3,I(258nm),；,(CH,3,),2,S(229nm),；,(CH,3,),2,O(184nm),CH,3,NH,2,(215nm),；,(CH,3,),3,N(227nm),，,可见，大多数波长仍小于,200nm,，,处于近紫外区。,不,饱和脂肪族化合物,（,1,）,-,*,跃迁（,K,吸收带）,含有,C,=C,，,CC,，,C,N,键的分子,孤立时波长在,200 nm,左右，随共轭体系的延长红移，强度增强,。,（,2,）,n,-,*,跃迁,（,R,吸收带,）,含有,-OH,，,-NH,2,，,-X,S,等基团。,跃迁,产生的吸收谱多位于近紫外区。,芳香族化合物,B,吸收带：,254 nm,E,吸收带：,180 nm,，,220 nm,-,*,跃迁,9-3,、无机化合物的紫外,-,可见光谱,一些无机物也产生紫外,-,可见吸收光谱，其跃迁类型包括,p-d,跃迁或称,电荷转移跃,迁以及,d-d,f-f,跃迁或称,配位场跃迁,。,1.,电荷转移跃迁,(Charge transfer transition),一些同时具有,电子予体,(,配位体,),和,受体,(,金属离子,),的无机分子，在吸收外来辐射时，电子从予体跃迁至受体所产生的光谱。,max,较大,(,10,4,以上,),，可用于定量分析。,2.,配场跃迁,(Ligand field transition),过渡元素的,d,或,f,轨道为简并轨道,(Degeneration orbit),，当与配位体配合时，轨道简并解除，,d,或,f,轨道发生能级分裂。如果轨道未充满，则低能量轨道上的电子吸收外来能量时，将会跃迁到高能量的,d,或,f,轨道，从而产生吸收光谱。,吸收系数,max,较小,(10,2,),，很少用于定量分析；多用于研究配合物结构及其键合理论。,d,d,配位场跃迁,按晶体场理论，金属离子与水或其它配体生成配合物时，原来能量相同的,d,轨道会分裂成几组能量不等的,d,轨道，,d,轨道之间的能量差称为分裂能，配合物吸收辐射能，发生,dd,跃迁，吸收光的波长取决于分裂能的大小,配位体的配位场越强，,d,轨道的分裂能就越大，吸收峰波长就越短。,无配场,八面体场,四面体场,平面四面形场,d,轨道电子云分布及在配场下的分裂示意图,例：,H,2,O,的配位场强度,NH,3,的配位场强度,Cu(H,2,O),4,2+,吸收峰在794,nm,浅蓝色,Cu(NH,3,),4,2+,吸收峰在663,nm,深蓝色,一些配位体配位场强度顺序,I,-,Br,-,Cl,-,F,-,OH,-,C,2,O,4,2-,=H,2,O SCN,-,吡啶,=NH,3,乙二胺,联吡啶,邻二氮菲,NO,2,-,CN,-,dd,跃迁跃迁概率较小,很小一般只有0.1100,L,.,mol,-1,，,定量分析价值不大,可用于配合物的结构研究,紫外,-,可见光谱中一些常用术语,吸收光谱,：,又称,吸收曲线,，以,波长,为横坐标，,吸光度,或透射比为纵坐标所绘制的曲线。,吸收峰：,吸收曲线上吸收最大的地方。（最大吸收波长）,谷：,峰与峰之间最低的部位。（最小吸收波长）,肩峰：,在一个峰旁边产生的曲折。,末端吸收：,谱图短波端呈现强吸收但不成峰形的部分。,吸收曲线,将不同波长的光透过某一固定浓度和厚度的待测溶液，测量每一波长下待测溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后,以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标,作图，可得一曲线。这曲线描述了,物质对不同波长的吸收能力，称,吸收曲线或吸收光谱,。,L,不同波长的光,图,3-1,紫外可见吸收光谱示意图,末端吸收,最强峰,肩峰,峰谷,次强峰,min,max,sh,min,max,A,吸收峰,吸收峰,峰谷,max,min,A,2.对于同一待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；,3.,对于同一物质，不论浓度大小如何，,最大吸收峰所对应的波长(最大吸收波长,max,),不变.并且曲线的形状也完全相同。,分析吸收曲线可以看到：,1.同一浓度的待测溶液对不同波长的光有不同的吸光度;,生色团,（,Chromogenesis group,）：,最有用的紫外,可见光谱是由,和,n,跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类,含有,键的不饱和基团称为生色团,。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基,N,N,、乙炔基、腈基,C,N,等。,助色团,（,Auxochromous group,）：,有一些含有,n,电子的基团,(,如,OH,、,OR,、,NH,2,、,NHR,、,X,等,),，它们本身没有生色功能,(,不能吸收,200nm,的光,),，但当它们与生色团相连时，就会发生,n,共轭作用，增强生色团的生色能力,(,吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加,),，这样的基团称为助色团。,常见助色团助色顺序为：,-F-CH,3,-Br-OH-OCH,3,-NH,2,-NHCH,3,-NH(CH,3,),2,-NHC,6,H,5,10,4,E,2,=204 nm,较强吸收,10,3,图 苯在乙醇中的紫外吸收光谱,苯在,185nm,和204,nm,处有两个强吸收带，分别称为,E,1,和,E,2,吸收带，是由苯环结构中三个乙烯的环状共轭体系的跃迁产生的，是芳香族化合物的特征吸收。,在230270,nm,处有较弱的一系列吸收带，称为精细结构吸收带，亦称为,B,吸收带。,B,吸收带的精细结构常用来辨认芳香族化,合,物。,精细结构：,K-E,合并带,245,13000,B,带,278 1110,R,带,319 50,苯环上有发色团且与苯环共轭时，,E,带与,K,带合并，向长波方向移动，形成,KE,合并带,例：,E,1,185 nm,50000,E,2,204 nm 7400,B 254 nm 200,小结：,R,带,n*,弱吸收,含杂原子的不饱和基团,K,带,*,强吸收,共轭,B,带,*,中吸收,E,带,*,强吸收,苯环,有机化合物的紫外可见光谱,饱和烃及其衍生物,：,饱和烃只有,电子，产生,*,跃迁，,所需能量高,，不产生紫外可见吸收，在远紫外区,饱和烃衍生物，可,产生,n*,跃迁，能量低于,*,跃迁,不饱和烃及其共轭烯烃,孤立双键的化合物 双键和含杂原子的双键化合物产生,*,、,n*、n*,共轭双键的化合物 使,*,所需能量降低，吸收峰长移，吸收强度增强。羰基化合物,羰基化合物含有,C=O,可产生,n*,、,n*,、,*,跃迁。,醛酮的,n*,吸收带在,270300 nm,附近，强度低，,1020,当醛酮的羰基与双键共轭时，形成了，,不饱和醛酮，产生共轭，,n*,、,*,跃迁的波长长移,羧酸羰基与双键共轭时，产生,n*,、,*,跃迁的波长长移,共轭使,*,轨道能量降低。,芳香族化合物,E,带和,B,带是芳香族化合物的特征吸收带，,*,跃迁,当苯环上有,羟基、氨基,等取代基时,吸收峰红移,吸收强度增大,.像羟基、氨基等一些助色团，至少有一对非键,n,电子,这样才能与苯环上的电子相互作用,产生助色作用.,取代基不同，变化程度不同，可由此鉴定各种取代基,例：,max,B,带,max,E,2,苯,254 204,甲苯,262 208,苯酚,271 213,苯甲酸,272 230,影响紫外吸收的因素,共轭效应,超共轭效应,空间效应：,空间位阻，邻位效应，跨环效应，顺反异构,外部因素：,溶剂效应,，,pH,值影响,共轭效应,共轭体系的形成使吸收红移,超共轭效应,烃基与,体系相连，,超共轭，降低,E,，紫外吸收红移。,max,C,立体效应,（空间位阻，邻位效应）,0,10,o,90,o,180,o,max 466nm 370nm 490nm,K,带,max 8900 6070 5300 640,双键或环上取代基在空间排列不同而形成的异构体。,反式,max,顺式,max,立体效应,（顺反异构）,立体效应,（跨环效应）,max 300.5nm 280nm,max 292,150,1,）温度：降低，峰尖锐，强度增加；升高，峰展宽，精细结构消失。,2,）共轭体系的存在,-,红移,如,CH,2,=CH,2,的,-,*,跃迁，,max,=165200nm,；而,1,3-,丁二烯，,max,=217nm,3,）异构现象：使异构物光谱出现差异。,如,CH,3,CHO,含水化合物有两种可能的结构：,CH,3,CHO-H,2,O,及,CH,3,CH(OH),2,;,已烷中，,max,=290nm,，表明有醛基存在，结构为前者；而在水溶液中，此峰消失，结构为后者。,4,）空间异构效应,-,红移,如,CH,3,I(258nm),CH,2,I,2,(289nm),CHI,3,(349nm),影响紫外可见吸收光谱的因素,5,）取代基：红移或蓝移。,取代基为含孤对电子，如,-,NH,2,、,-OH,、,-Cl,，可使分子红移；取代基为斥电子基，如,-R,，,-OCOR,，则使分子蓝移。,苯环或烯烃上的,H,被各种取代基取代，多产生红移。,6,）,pH,值：红移或蓝移,苯酚在酸性或中性水溶液中，有,210.5nm,及,270nm,两个吸收带；而在碱性溶液中，则分别红移到,235nm,和,287nm,（,p-,共轭）,.,7,）溶剂效应：红移或蓝移,由,n-,*,跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成,H,键的能力增加，发生蓝移；由,-,*,跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，激发态比基态能量有更多的下降，发生红移。,随溶剂极性增加，吸收光谱变得平滑，精细结构消失,。,9.4,溶剂对紫外吸收光谱的影响（溶剂效应）,溶剂对物质吸收光谱的影响较为复杂，改变溶剂的极性，会引起溶质吸收峰的波长、强度及形状的变化。,溶剂对溶质紫外吸收光谱主要有以下几个方面：,1,、不同极性的溶剂对溶质吸收峰位置的影响,2,、溶剂对溶质吸收峰强度和精细结构的影响,3,、溶剂本身吸收带的影响,一般溶剂极性增大，,*,跃迁吸收带,红移,，,n,*,跃迁吸收带,蓝移,。,溶剂的极性由非极性改变到极性，精细结构消失，吸收带变平滑，有时还会改变吸收带的最大吸收波长,max,。,在选择测定吸收光谱曲线的溶剂时应注意如下几点：,1,、,尽量选择低极性溶剂；,2,、,能很好地溶解被测物，并形成良好化学 和光化学稳定性的溶剂；,3,、,溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。,9.2,光吸收定律,一,.Lambert Beer,定律,布格,(Bouguer),和朗伯,(Lambert),先后于,1729,年和,1760,年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系：,1852,年比耳,(Beer),又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系,:,A,b,A,c,二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：,式中：,A,：吸光度；,T,:,透射率；,b,：液层厚度,(,光程长度,),，通常以,cm,为单位；,c,：溶液的摩尔浓度，单位,molL,-1,；,：摩尔吸光系数，单位,Lmol,-1,cm,-1,；,A,lg,T,lg,（,I,t,/,I,0,)=,b c,.,光吸收定律的表达式及其含义,0.575,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,设入射光强度为,I,0,，吸光强度为,I,a,透过光强度为,I,t,反射光强度为,I,r,则它们之间的关系应为：,若吸收池的质量和厚度都相同，则,I,r,基本不变，上式可简化为,实验证明：当一束强度为,I,0,单色光通过浓度为,c,，液层厚度为,b,的溶液时，一部分光被溶液中的吸光物质吸收后透过光的强度为,I,t,，则它们之间的关系为,或,朗伯,-,比尔定律,可表述为：,当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度（,A,）与溶液的浓度（,c,）和厚度（,b,）的乘积成正比。它是分光光度法,定量分析,的依据。,透光率,（透射比）,透光率定义：,T,取值为,0.0%100.0%,全部吸收,T=0.0%,全部透射,T=100.0%,入射光,I,0,透射光,I,t,Lambert Beer Law:,：,吸光系数,入射光波长,物质的性质,温度,.,吸光度与透射率,A,-lg,T,-lg(,I,t,/,I,0,)=,b cT,10,A,=10,-,b c,C,1.0,0.5,0,A,C,100,50,0,T%,多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性，即：,.,吸光度的加合性,3.,摩尔吸光系数,吸光物质的特征常数,(,),；,在最大吸收波长,max,处，常以,max,表示。,在温度和介质条件一定时，,仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；,不随浓度,c,和光程长度,b,的改变而改变：,b c,/,A,。,Uv-vis,吸收,曲线,A,-lg,T,b c,吸光能力与测定灵敏度的度量；,max,越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。,10,5,：超高灵敏；,C=,A,/,b,=0.01/10,5,=10,-7,mol/L,=(6,10),10,4,：高灵敏；,C=,A/b,=0.01/5,10,4,=2,10,-7,mol/L,10,4,：不灵敏；,C,=A/b=0.01/10,4,=10,-6,mol/L,在数值上等于浓度为,1 mol/L,、液层厚度为,1cm,时该溶液在某一波长下的吸光度。,.,吸光系数的几种表示方法,C-,mol/L,-,摩尔吸光系数,L,mol,1,cm,-1,C-,g/L,a-,吸光系数,L,g,1,cm,-1,C-,g/100 mL,E,1%,1cm,-,百分,吸光系数,100mL g,1,cm,-1,、,a,、,E,1%,1cm,之间的相互换算：,二,.Beer,定律的的局限性,.,仪器偏离,单色光,Lambert Beer,定律的前提条件之一是入射光为,单色光,。,但实际上难以获得真正意义上的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光谱通带。复合光可导致对朗伯,-,比耳定律的正或负偏离。,1.0,0.5,0,A,C,正偏离,负偏离,.,浓度的限制,稀溶液,Beer,定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；,假定只有在稀溶液,(C 10,-2,mol/L,时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。,溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。,e.g.,铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：,Cr,4,2-,2H,=Cr,2,7,2-,H,2,Cr,4,2-,、,Cr,2,7,2-,的吸光性质不同，即,(,),不同。此时溶液,pH,对测定有重要影响。,.,化学偏离,恒定的化学环境,e.g.,光吸收定律的假定：溶液必须使均相体系。,胶体、乳胶、悬浮物、沉淀等非均相体系产生的光散射,会引起对朗伯,-,比耳定律的偏离。,.,非均相体系偏离,真溶液,5.,最佳的吸光度测量范围,-ln,T,bC,d,ln,T,-,b,d,C,0.4343,d,T,/T,-,b,d,C,d,C,/,C,=0.4343,d,T,/,(,T,lg,T,),A,=-lg,T,0.4343,T,0.368,C,/,C,100,=0.4343,T,/(,T,lg,T,)100,=0.4343(,0.01)/0.368(-0.4343)100,=,2.7%,最佳的吸光度范围：,A,0.20.8,当,T,=,0.01,，即透射率的测量误差为,1%,时：,T,=0.01,T,=0.01,T,=0.005,T,=0.005,T,=0.001,T,=0.001,T,=0.0005,T,=0.0005,T,=0.0001,T,=0.0001,最佳的吸光度范围,A,0.20.8,d,C,/,C,=0.4343,d,T/,(,T,lg,T,),测量条件的选择：,1,、测量波长的选择,一般根据吸收光谱选择,max,进行测定，若有共存离子干扰，根据“吸收最大，干扰最小”原则选择,；,2,、,吸光度测量范围的选择,A,在,0.2-0.8,范围内,3,、,参比溶液的选择,基本原则“参比溶液的吸收能扣除非待测组分的吸收”,A,（试液）,=A(,待测吸光物质）,+A,（干扰）,+A,（池）,A,（参比）,=A,（干扰）,+A,（池）,9.5,紫外,-,可见分光光度计,一,.,主要组成及部件的功能,1.,工作原理基仪器结构框图,光源,碘钨灯,氘灯,单色器,测量池,参比池,样品池,光电倍增管,数据处理和仪器控制,光源,样品池,单色器,检测器,数据处理,仪器控制,I,0,I,t,参比,样品,入射光,I,0,透射光,I,t,请注意与定义比较,未,考虑吸收池和溶剂对光子的作用,（一）,.,光源（辐射源）,1.,光源的要求：,发射强度足够且稳定的,连续光谱,;,光辐射强度随波长的变化小,;,有足够的使用寿命,钨灯,（钨的熔点为,3680K,）；,波长范围：,3202500nm,；,工作温度：,3000K,；,I,hv,V,34,2.,白炽光源,常用类型：白炽光源与气体放电光源,卤钨灯：,在钨灯中加入卤化物提高白炽灯的使用寿命,3.,气体放电光源,氢弧灯,（氢灯）：波长范围：,165350nm,；,氢气压力：,0.25mmHg,。,氘灯：,内充气为氘辐射强度比起氢灯达,35,倍。,(,二,).,单色器,:,平面衍射光栅,（三）,.,吸收池：液池、样品池、比色皿。,1.,吸收池的材料,玻璃,360 nm,2.25,m,m,只用于可见光区,石英,200 nm,2.5,m,m,可用于可见光区和紫外区,2.,吸收池的形状,波长范围,3.,使用注意事项,容易破碎,可拆卸圆形测量池,两面透光,圆形测量池,两面透光,1cm,长方形测量池,两面透光,气体测量池,两面透光,微量测量池,两面透光,流动测量池,两面透光,（四）,.,检测器：,光源,碘钨灯,氘灯,单色器,测量池,CCD,检测器,数据处理和仪器控制,CCD,光二极管阵列检测器,9.6,紫外,-,可见分光光度法的应用,一,.,定性分析,2.,定性分析的依据,吸收光谱的形状,:,吸收峰的数目、位置,max,(,）、,max,3.,定性分析方法,1.,吸收光谱的描述方法,定性分析方法缺陷：,只能定性分析化合物所具有的生色团与助色团,光谱信息在紫外,-,可见光谱范围重叠现象严重,1,）与标准物质吸收光谱的比较,比较未知物与标准物质在,相同化学环境与测量条件下,的紫外,-,可见吸收光谱，若,吸收光谱的形状、吸收峰的数目、,max,(,),、,max,完全相同，就可以确定未知物与标准物质,具有相同的生色团与助色团,。,2,）与标准吸收光谱谱图的比较,Sadtler.,Sdandard Spectra(Ultraviolet).,Heyden,London,1978.,共收集了,46000,种化合物的紫外吸收光谱,R.A.Friedel and M.Orchin,Ultraviolet Spectra of Aromatic Compounds,Wiley,New York,1951.,共收集了,579,种芳香化合物的紫外吸收光谱,与标准吸收光谱谱图的比较时注意：,相同化学环境与测量条件,例,1,：维生素,A2,的定性鉴定,此外，在食品中还可以进行光度测量,反顺式肉桂酸,max,=,295nm,max,=7000,顺式肉桂酸,max,=,280nm,max,=13500,反顺式肉桂酸与顺式肉桂酸,UV-vis,的差异：,B.,光谱信息部分独立,二、定量分析,1.,定量分析的依据,A,-lg,T,-lg(,I,t,/,I,0,)=,b c,Lambert Beer,定律,A.,光谱信息完全独立,1,MAX,C.,光谱信息重叠,解联立方程式,:,1,MAX,2,MAX,根据吸光度所具有的加和性,:,a,b,一）单组分定量分析方法,被测溶液中只含有一个组分，或者在混合物溶液中被测组分的吸收峰与共存物质的吸收峰无重叠，均视为单一组分式样。,标准曲线法,配制一系列（至少,4,个）不同浓度的标准溶液，在适当波长通常为,max,下，以适当的空白溶液作参比，分别测定,A,，然后做,A-c,曲线。配制适当浓度的试液（使吸光度落入工作曲线的中部），在同条件下测定试样溶液吸光度,A,x,由,A,x,查找对应的,c,x,。,简单而有效的方法是利用,Excel,工作表回归直线，可以找到直线回归公式，,A=ac+b,中的,a,（斜率）、,b,（截距）、线性相关系数,r,，,用公式计算出待测试样的浓度。,图,3-19,是测定饮用水中铁含量的工作曲线，若测得水样中铁的,A=0.250,，则水样中铁的含量为,注意：,若为了使试液的吸光度落入工作曲线的中部而将原试液进行了稀释，则应,注意将所计算出的结果用稀释倍数换算为原样浓度。,例,1,：,用硅钼蓝法测定硅的含量。配制一系列标准溶液用分光光度计测定，得如表,3-5,所示数据。,称取试样,0.5000 g,，溶解后转入,50 mL,容量瓶中，在与绘制上述标准曲线相同的条件下进行显色，测得吸光度为,0.522,，求,：（,1,）绘制工作曲线；（,2,）求试样中硅的质量百分数。,由题给已知条件，试样的吸光度为,0.522,，根据上图回归公式,A=0.2018c+0.0166,，可以计算试样中,SiO,2,的浓度：,试样中硅的质量百分数为,例,2,利用生成丁,二酮肟镍,分光光度法测定镍。标准溶液由纯镍配制而成，浓度为,=,g/L,，取不同体积的此溶液并定容至,50 mL,，配制标准系列溶液。为了绘制标准曲线，用分光光度计测得表3-6,所列数据。,称取含镍矿渣,0.6251 g,，分解后移入,100 mL,容量瓶，吸取,2 mL,试液置于,100 mL,容量瓶中，在与标准曲线相同条件下显色，测得溶液的吸光度,A=0.300,，求矿渣中镍的质量百分数。,解：标准曲线的制作过程如图,3-26,所示。,据第（,2,）步所得线性回归公式为：,A=0.006c+0.0002,，,得,则矿渣中镍的质量百分数为,在一定条件下，工作曲线应为一条直线。工作曲线应定期校准。当条件变化，如仪器经过检修、更换光源、更换标准溶液、试剂重新配置，都应重新绘制标准曲线。,2.,直接比较法,已知试样溶液的基本组成，配制相同基体、相近浓度的标准溶液分别测定吸光度,A,标,、,A,样,，根据朗伯,-,比尔定律：,两式相除，则,例,3,有一标准,Fe,3+,溶液，浓度为,6 g/mL,，其吸光度为,0.304,，而试样溶液在同一条件下测得吸光度为,0.510,，求试样溶液中,Fe,3+,的含量（,mg/L,）。,解：已知,二）多组分定量分析方法,混合组分的吸收光谱相互重叠的情况不同，测定方法也不相同，常见混合组分吸收光谱相干扰情况有以下三种：,（,1,）第一种情况：各 种吸收光物质吸收曲线不 相互重叠或很少重叠，则可分别在,1,及,2,处测定,x,及,y,的组分含量，相互不干扰，如图,a,所示。,（,2,）第二种情况：部分重叠，先在,1,处测得,c,x,，再在,2,处测得混合组分的吸光度,A,x+y,，根据吸收定律加和性：,式 中,c,x,、,c,y,x,和,y,的浓度；,x,(,2,),、,y,(,2,)x,和,y,在,2,处的摩尔吸收光系数。,先求得,x,(,2,),，与,y,(,2,),，并使用相同,b,，即可求得,c,y,，如图,b,所示。,（,3,）第三种情况：两吸收曲线相互重叠，但服从朗伯,-,比尔定律：,若试样中需要测定两种组分，则选定两组吸收光度相差较大波长,1,及,2,，测得试液的吸光度为,A,1,和,A,2,，则可解方程组求得组分,x,、,y,的浓度,c,x,、,c,y,。,例,4,有一未知混合液,其中含有,Cr,2,O,7,2-,和,MnO,4,-,在硫酸溶液中,用分光光度法同时测定这两种组分,分别在,440 nm,和,545 nm,处进行测定,在,440 nm,处测得吸收光度为,0.385,在,545 nm,处测,0.653,。,配制,Cr,2,O,7,2-,和,MnO,4,-,两个系列标准溶液，分别在,440 nm,和,545 nm,处做纯,Cr,2,O,7,2-,的工作曲线，测得吸光度并得 ，；又分别在,440 nm,和,545 nm,处做纯,MnO4,-,的工作曲线，测得吸光度并得 ，。,