无机及分析化学(第二版)第十一章

第十一章 紫外-可见分光光光度法,知识目标：了解紫外-可见分光光度法的特点和应用范围。理解定性鉴别的常用方法及测量条件的选择。掌握光的吸收定律和单组份定量分析方法。掌握比色法的应用范围及显色条件的选择。了解紫外-可见分光光度计的主要部件。能力目标：能解释紫外-可见分光光度法常用术语，会用A=Ecl及相关公式进行定量计算。能运用紫外-可见分光光度法进行常规定性和定量实验操作。会使用常见的紫外-可见分光光度计。,第一节 概述,紫外-可见分光光度法的归属：在仪器分析中，根据物质发射的电磁辐射或者物质与辐射的相互作用所建立起来的分析方法，统称为光学分析法。根据物质与辐射能之间作用的性质，分为光谱分析法和非光谱分析法。利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法。利用物质受辐射线照射时，改变电磁波的传播方向、速度等物理性质所建立起来的分析方法称为非光谱分析方法。,光谱法,作用物是分子或者原子,原子光谱法,分子光谱法,物质与辐射能间的转换方向,吸收光谱法,发射光谱法,辐射源的波长,红外光谱法,可见光谱法,紫外光谱法,X射线光谱法,利用紫外-可见吸收光谱对物质进行分析的方法称为紫外-可见分光光度法（UV-VIS）。,紫外-可见吸收光谱分析法与红外吸收光谱分析法的区别,紫外-可见吸收光谱的产生,基于分子内的电子跃迁产生的吸收光谱，属于带状光谱，是由于吸收紫外光的分子除了有电子能级的跃迁外，还伴随着分子振动能级和转动能级的跃迁，如下图：,紫外-可见光区的波长一般用nm表示，可分为远紫外光区（200nm）, 近紫外光区（200nm-400nm），和可见光区（400nm-760nm）三个区间，常规分析仅限于近紫外光和可见光。,第二节 紫外-可见分光光度法的基本原理,1. 紫外-可见吸收光谱的特征及相关术语,电子跃迁：不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸收光谱。在紫外-可见光区，有机化合物的吸收光谱主要由以下几种电子跃迁类型产生：,*跃迁 *跃迁n *跃迁n *跃迁电荷跃移跃迁,紫外-可见吸收光谱是分子中的价电子有选择地吸收紫外-可见光产生的吸收光谱（又称吸收曲线），是以波长（nm）为横坐标，以吸光度A(或透光率T)为纵坐标所绘制的曲线。,1） 吸收峰：曲线上比左右相邻都高之处称为吸收峰（1），它所对应的波长称为 最大吸收波长（max）。2） 吸收谷：曲线上比左右相邻都低之处称为吸收谷（2），它所对应的波长称为 最小吸收波长 （min）。3) 肩峰：介于峰谷之间，形状像肩的小曲折处，称为肩峰（3）。4）末端吸收：在光谱短波端只呈现强吸收而不成峰形的部分称为末端吸收（4）。5） 生色团：有机化合物分子结构中含有 *或n *跃迁的基团，能在紫外-可 见光范围内产生吸收的原子团。6） 助色团：是指含有非键电子的杂原子饱和基团，当它们与生色团或者饱和烃相 连时，能使该生色团或者饱和烃的吸收峰向长波方向移动，并使吸收 强度增加的基团。,7） 红移（长移）：由于化合物的结构改变，如发生共轭作用引入助色团以及溶剂 改变等，是吸收峰想长波方向移动。8） 蓝（紫）移（短移）：当化合物的结构改变时或者受溶剂影响使吸收峰向短波 方向移动。9） 增色效应和减色效应：由于化合物结构改变或其他原因，使吸收强度增加称为 增色效应和浓色效应；使吸收强度减弱称减色效应或 淡色效应。10） 强带和弱带：紫外-可见吸收光谱中，摩尔吸收系数max值大于104的吸收峰 称为强带;凡max小于103的吸收峰称为弱带。,2. 光的吸收定律,Lambert-Beer定律： 设一束强度为I0的平行单色光束垂直通过厚度为l的均匀介质，则一部分光被介质中的吸光分子吸收，使光的强度由I0降到I，若吸光分子浓度为c，则：,其中：E为在一定条件下为常数，称为吸收系数。定义I/I0是透射比（T）,常用百分数表示，以A代表-lgT,称为吸光度，则有：,A=-lgT=Ecl 或 T=10-A=10-Ecl,吸收常数常用的表示方式：,1）摩尔吸收常数，Em或表示，指在一定波长时，溶液浓度为1mol/L，厚度为1cm的吸光度。,2）百分吸收系数或者比吸收系数，用E1cm1%表示，指在一定波长时，溶液浓度为1%，厚度为1cm的吸光度。,吸收系数两种表示式的关系为：,式中：M为吸光物质的摩尔质量。摩尔吸收系数一般不超过105数量级，通常在104-105之间为强吸收，小于102为弱吸收，介于两者之间为中强吸收。吸收系数或者 一般用已知准确浓度的稀溶液测得吸光度计算得到。,例：氯霉素（摩尔质量为323.15g/mol）的水溶液在278nm处有吸收峰。设用纯品配制100mL含有2.00mg的溶液，以100cm厚的吸收池在278nm处测得透射比为24.3%，应如何求得其或者 ？,偏离Beer定律的因素：化学因素和光学因素,按照Beer定律，浓度c与吸光度A之间的关系应该是一条通过原点的直线。实际上，往往容易发生偏离直线的现象而引入误差。,化学因素,溶液中溶质可因浓度改变而有解离、缔合与溶剂间的作用等原因而发生偏离Beer定律的现象。,例：重铬酸钾的水溶液存在如下平衡：Cr2O72-+H2O=2H+2CrO42-,若溶液严格地稀释2倍， Cr2O72-离子浓度不是减少一半，而是受稀释平衡向右移动的影响， Cr2O72-离子浓度的减少明显多于1/2，结果偏离Beer定律而产生误差。,光学因素,1）非单色光,2）杂散光,3）散射光和反射光,Beer定律只适用于单色光，但一般仪器所获得的入射光是具有一定波长范围的复合光，由于物质对不同波长的光有不同的吸收系数，而使得吸光度变化而偏离Beer定律。,从分光器得到的单色光中，还有一些不在普带宽度范围内的与所需波长相隔较远的光，称为杂散光。杂散光和仪器光学元件表面的性能有关；仪器使用保养不善，光学元件受到尘染或者霉蚀也是杂散光增多的原因。,吸光质点对入射光有散射作用，入射光在吸收池内外界面之间通过时又有反射作用。散射光和反射光都是入射光谱带宽度内的光，对透射光强度有直接影响。一般情况下可用空白对比补偿。,透射比测量误差,在分光光度法中，仪器主要误差是透射比测量误差。测定结果的误差与透射比测量误差之间的关系为：,透射比太大或者太小，测的浓度的相对误差均较大；只有当透射比T在20%-65%（吸光度A在0.7-0.2）范围内时，测定结果的相对误差较小（小于2%），是测量的最适宜区域。,第三节 紫外-可见分光光度计,紫外可见分光光度计结构示意图,光源,单色器,吸收池,检测器,信号处理及显示器,1. 光源,紫外-可见分光光度计要求有能发射足够强度而且稳定、具有连续光谱的光源。紫外光区和可见光区通常分别用氢灯和钨灯两种光源。钨灯光源是固体炽热发光的光源又称白炽灯，作为可见光源，适用的波长范围是350-1000nm；氢灯是一种气体放电发光的光源，发射150-400nm的连续光谱，用作紫外区光源。,2. 单色器,3. 吸收池,单色器由进口狭缝、准直镜、色散元件、聚焦透镜和出口狭缝等部分组成，其作用是将来自光源的连续光谱中按波长顺序色散，并从中分离出一定宽度的谱带。,吸收池为光学玻璃制成，只能用于可见光区，用熔融石英制成的吸收池，适用于紫外光区也适用于可见光区，用作盛空白溶液的吸收池与盛试样的吸收池应互相匹配，即有相同的厚度与相同的透光性。,4. 检测器,5. 信号处理及显示器,检测器是一类光电换能器，它是将接收到的光讯号变成便于测量的电信号