第3章-紫外-可见分光光度法.doc

第3章 紫外-可见分光光度法
一、内容提要
1、电子跃迁类型　s→s*跃迁、p→p*跃迁、n→p*跃迁、n→s*跃迁、电荷迁移跃迁、配位场跃迁。
2、常用术语
1）最大吸收波长：曲线上的峰(吸收峰)所对应的波长，以表示。
2）最小吸收波长：曲线上的谷(吸收谷)所对应的波长，以表示。
3）肩峰：在吸收峰旁边存在一个曲折，对应的波长以表示。
4）末端吸收：在200nm附近，吸收曲线呈现强吸收却不成峰形的部分。
5）生色团：分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。有机化合物的生色团主要是含有p→p*或n→p*跃迁的基团（＞C＝C＜、＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O等）。
6）助色团：含有非键电子的杂原子饱和基团（如—OH、—SH、—OR、—SR、—NH2、—Cl、—Br、—I等），它们本身不能吸收波长大于200nm的光，但当它们与生色团相连时，能使该生色团的吸收峰向长波长方向移动，并使吸收强度增强。
7）红移和蓝移：化合物常因结构的变化（发生共轭作用、引入助色团等）或溶剂的改变而导致吸收峰的最大吸收波长发生移动。向长波长方向移动称为红移；向短波长方向移动称为蓝移。
8）增色效应和减色效应：因化合物的结构改变或其他原因而导致吸收强度增强的现象称为增色效应，有时也称为浓色效应；反之，导致吸收强度减弱的现象称为减色效应，有时也称为淡色效应。
9）吸收带：不同类型的电子跃迁在紫外-可见光谱中呈现的不同特征的吸收峰。
10）强带和弱带：摩尔吸收系数大于104的吸收带为强带；摩尔吸收系数小于102的吸收带为弱带。
3、吸收带
1）R带：跃迁类型为n→p*，波长范围为250～500nm，吸收强度ε<102。溶剂极性增大时蓝移。R带是杂原子的不饱和基团（＞C＝O、－NO、－NO2、－N＝N－等）的特征。
2）K带：跃迁类型为p→p*（共轭），波长范围为210～250nm，吸收强度ε>104。共轭双键延长时红移，且吸收强度增大。溶剂极性增大时红移。
3）B带：跃迁类型为苯环的骨架伸缩振动与苯环内的p→p*跃迁，波长范围为230～270nm，吸收强度ε≈200。蒸气状态下可呈现精细结构。B带是芳香族（包括杂芳香族）化合物的特征吸收带之一
4）E带：E1带的跃迁类型为苯环上孤立乙烯基的p→p*跃迁，E2带的跃迁类型为苯环上共轭二烯基的p→p*跃迁，E1带波长约为180nm，E2带波长为200nm以上，吸收强度ε≈104（E1带），ε≈103（E2带）。
5）影响吸收带的因素

4、测量条件的选择
1）测量波长的选择
最大吸收原则
吸收最大、干扰最小
2）吸光度范围的选择
为了减小吸光度或浓度测定结果的相对误差，应控制吸光度在0.2～0.7范围内，最好为0.434。
3）参比溶液的选择
包括溶剂空白、试剂空白、试样空白等。
5、显色反应
本身无吸收或只有弱吸收的物质，在一定条件下加入试剂，经过适当的化学反应定量转变为有色化合物后再行测定。这种选用适当的试剂与不吸收紫外-可见光的被测物质定量反应生成对紫外-可见光有较大吸收的物质的反应称为显色反应，反应中所加试剂称为显色剂。
对显色反应的要求包括：灵敏度较高、定量关系确定、选择性好、显色产物稳定性好、显色剂与显色产物之间应有显著的颜色差别（显色产物与显色剂的最大吸收波长的差别应在60nm 以上）。
6、显色条件的选择
影响显色反应的主要因素有显色剂用量、溶液酸度、反应时间、温度、溶剂等。通常采用单因素变化法确定各影响因素的最佳取值范围。
7、紫外-可见分光光度计
1）主要部件

光源：钨灯或卤钨灯（可见光区）、氢灯或氘灯（紫外光区）。
单色器：常用的色散元件有棱镜和光栅。
吸收池：玻璃吸收池只能用于可见光区；而石英吸收池既适用于紫外光区，也适用于可见光区。
检测器：包括光电池、光电管、光电倍增管、光二极管阵列检测器。
2）类型

3）分光光度计的校正
波长的校正、吸光度的校正、比色皿的校正（在测定波长处比较盛有空白溶液的各比色皿的百分透光率，要求相互间不应超过0.5%）。
8、分析方法
1）定性分析
对比法：在相同条件下分别测得未知试样和标准样品的紫外-可见吸收光谱，将两者进行对照、比较，如果它们完全相同，则待测试样与标准样品可能是同一种化合物；反之，如果存在明显差别，则肯定不是同一种化合物。
计算法：Woodward-Fieser规则可用于计算共轭体系和α, β-不饱和醛酮类化合物的最大吸收波长；Scott规则可用于计算芳香族羰基的衍生物在乙醇中的最大吸收波长。
2）单组分的定量分析
吸收系数法： 或 。
对照法：。
标准曲线法：配制一系列不同浓度c的对照品溶液，在相同条件下分别测定吸光度A，利用最小二乘法计算A-c线性回归方程，根据回归方程对被测物质进行定量分析。
3）多组分的定量分析
解线性方程组法：

双波长分光光度法——等吸收法：
4）结构分析
不饱和有机化合物分子的p→p*和n→p*跃迁的吸收谱带处于紫外-可见光区，因此，紫外-可见吸收光谱可以提供这些化合物的共轭体系和某些生色团、助色团的特征信息，从而用来推断化合物的骨架结构和官能团、判断异构体等。
二、重点和难点
本章重点：电子跃迁类型、吸收带、测量条件的选择、定量分析方法。
本章难点：影响吸收带的因素、显色条件的选择、多组分定量分析方法。
三、思考题与习题选解
10. 某有色溶液在1cm比色皿中测得吸光度为0.500。将该溶液稀释到原浓度的一半，并转移至3cm的比色皿中，试计算在相同波长下测得的吸光度和透光率。
解

11. 测定电镀废水中的铬（Ⅵ），取500mL水样，经浓缩及预处理后，转移至100mL容量瓶中定容，移取20mL试液，调节酸度后，加入二苯碳酰二肼溶液显色，并定容为25mL。在5.00cm比色皿中于540nm波长处测得吸光度为0.680。已知。求水样中铬（Ⅵ）的质量浓度。
解

12. 用硅钼蓝比色法测定钢中硅的含量。根据下列数据绘制标准曲线
硅标准溶液的浓度（mg/mL）
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
吸光度A
0.212
0.419
0.630
0.841
1.011
测定试样时，称取钢样0.500g，溶解后转移至50mL容量瓶中，用与标准溶液相同的测量条件测得吸光度为0.521。求试样中硅的质量分数。
解
以最小二乘法进行线性回归，得

将代入上式，得

13. 用磺基水杨酸比色法测铁，以1.000g铁铵矾（NH4Fe(SO4)2·12H2O）溶于500mL水制成铁的标准溶液。取6.0mL该标准溶液，于50mL容量瓶中显色，测得吸光度为0.480。吸取5.00mL待测试液，稀释至250mL，移取2.00mL至50mL容量瓶中，与标准溶液同样显色，测得吸光度为0.500。求试液中铁的质量浓度。
解
由题意可知，铁标准溶液的浓度为

显色液中铁的浓度为

因此，

试液中铁的浓度为

14. 称取维生素C试样0.0500g，溶于100mL 0.02mol/L H2SO4溶液中，精密吸取此溶液2.00mL，定容至100mL，以1cm石英比色皿于243nm波长下测得吸光度为0.551。已知维生素C的吸收系数。求维生素C的质量分数。
解

15. 甲基红的酸式体（HIn）和碱式体（In−）的最大吸收波长分别为528nm和400nm，在不同实验条件下以1cm比色皿测得吸光度如下表，求甲基红的浓度cx。
浓度（mol/L）
酸度
A528
A400
1.22×10−5
0.1mol/L HCl
1.783
0.077
1.09×10−5
0.1mol/L NaHCO3
0.00
0.753
cx
pH = 4.18
1.401
0.166
解

根据吸光度的加和性，得

代入数据，得

16. 某药物浓度为1.0×10−3mol/L，在270nm波长下测得吸光度为0.400，在345nm波长下测得吸光度为0.010。已知此药物在人体内的代谢产物浓度为1.0×10−4mol/L时，在270nm波长处无吸收，而在345nm波长下吸光度为0.460。现取尿样10mL，稀释至100mL，同样条件下，在270nm波长下测得吸光度为0.325，在345nm波长下测得吸光度为0.720。以上吸光度均以1cm比色皿测定。试计算100mL尿样稀释液中代谢产物的浓度。
解

根据吸光度的加和性，得

代入数据，得

17. 以示差分光光度法测定高锰酸钾溶液的浓度，用含锰10.0mg/mL的标准溶液作为参比溶液，该溶液对水的透光率为20.0%。测得未知浓度高锰酸钾溶液的透光率为40%。求该溶液中KMnO4的浓度。
解

18. 2-硝基-4-氯酚是一种有机弱酸，准确称取3份相同量的该物质，置于相同体积的3种不同介质中，配制成3份试液，在25℃时于427nm波长处分别测量其吸光度。在0.01mol/L HCl溶液中，该酸不解离，吸光度为0.062；在0.01mol/L NaOH溶液中，该酸完全解离，吸光度为0.855；在pH 6.22的缓冲溶液中吸光度为0.356。试计算该酸在25℃时的离解常数。
解

19. 配合物ML2的最大吸收波长在480nm处。当配位剂5倍以上过量时，吸光度只与金属离子的总浓度有关，并遵守Lambert-Beer定律，金属离子和配位剂在480nm波长处无吸收。今有一含M2+ 0.000230mol/L和L− 0.00860mol/L的溶液，在480nm波长处用1cm比色皿测得吸光度为0.690。另有一含M2+ 0.000230mol/L和L− 0.000500mol/L的溶液，在同样条件下测得吸光度为0.540。试计算该配合物的稳定常数。
解

8