紫外-可见吸收光谱法.ppt

1,第二章紫外可见吸收光谱法,2,紫外可见吸收光谱的产生及基本原理,3,物质对光的选择性吸收,单色光：单一波长的光复合光：两种或多种单色光混合而成的光，如太阳光或白炽灯光各种单色光按一定比例混合白光单色光单色光（互为补色）溶液的颜色：由透射光波长决定。如CuSO4吸收黄色光，透过蓝色光，故溶液显蓝色。,4,物质颜色和吸收光颜色的关系,5,颜色的显现,物质的颜色与光的关系光谱示意表观现象示意完全吸收完全透过吸收黄色光,复合光,6,吸收的本质：光子能量的转移,当某种物质受到光的照射时，物质分子就会与光发生碰撞，其结果是光子的能量传递到了分子上。这样，处于稳定状态的基态分子就会跃迁到不稳定的高能态，即激发态：这就是物质对光的吸收作用。,7,由于物质分子的能量是不连续的，即能级是量子化的。只有当入射光的能量与物质分子的激发态和基态的能量差相等时才能发生吸收，即：而不同的物质分子因其结构的不同而具有不同的量子化能级，意即不同的物质分子其不同，故对光的吸收也不同。,8,吸收曲线,测量某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，可得到一条曲线，称为吸收光谱曲线或光吸收曲线，它反映了物质对不同波长光的吸收情况。,KMnO4溶液的吸收光谱,9,吸收曲线的特点1,同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max。不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。,10,吸收曲线的特点2,吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在max处吸光度A的差异最大。此特性可作作为物质定量分析的依据。在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,11,分光光度法定性定量的依据,紫外可见吸收光谱定性的依据：同一种吸光物质，浓度不同时，吸收曲线的形状相同，最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。紫外可见吸收光谱定量的依据：吸光度的大小与其浓度相关，其定量关系符合朗伯比耳定律。,12,朗伯比尔定律,当一束平行的单色光通过含有吸光物质的溶液时，由于溶质吸收光能，透过溶液后光线的强度要减弱。,13,透光度和吸光度,透过光强度I与入射光强度I0之比（以T表示）称为透光率或透光度：（21）T越大，表示它对光的吸收越小。透光率倒数的对数称为吸光度A。A代表了溶液对光的吸收程度，为无因次量。（22）,14,朗伯比耳定律,a比例常数，称为吸光系数b液层厚度，单位cmc浓度。当浓度c以gL-1为单位，液层厚度b以cm为单位时，吸光系数的单位为：Lg-1cm-1,15,摩尔吸光系数（）,若溶液浓度为molL-1时：吸光系数称为摩尔吸光系数。单位：Lmol-1cm-1,16,摩尔吸光系数的物理意义,表示吸光物质的浓度为1molL-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。由于不能直接测量1molL-1高浓度吸光物质的吸光度，因而只能通过计算求得。它是各种吸光物质对一定波长单色光吸收的特征常数。越大，表示该物质对此波长光的吸收能力越大。定量分析中估计分析方法灵敏度。如：10410-610-5molL-110310-410-3molL-1,17,偏离朗伯-比耳定律,根据朗伯-比耳定律，当波长和强度一定的入射光通过光程长度固定的吸光物溶液时，吸光度与吸光物溶液浓度成正比。通常在紫外可见分光光度分析中需要绘制标准曲线，但在实际工作中，特别是在溶液浓度较高时，常会出现标准曲线不成直线的现象，即偏离朗伯-比耳定律。,1无偏离2正偏离3负偏离,18,（1）非单色光引起的偏离,严格地讲，朗伯比耳定律只适用于单色光。而单色光仅是一种理想情况，由棱镜或光栅等单色器提供的入射光并非纯的单色光，而是波长范围较窄的光谱带（此波长范围即谱带宽度），实际上仍是复合光。由于吸光物质对不同波长光的吸收程度不同，因而入射光是复合光时就会发生对朗伯比耳定律的偏离。,19,假设入射光仅由两种波长1、2的光组成，两种波长下比耳定律均适用。,对于1：,对于2：,20,测定时入射光强度为透射光强度为因此，所得吸光度为：当12时，A与c成直线关系。如果12，A与c则不成直线关系。两者差别越大，吸光度与浓度间线性关系的偏离也越大。,21,非单色光对朗伯比耳定律的偏离,22,由于溶液本身的化学和物理因素引起的偏离,由于介质不均匀性引起的偏离当被测试液是胶体溶液、乳浊液或悬浮物质时，入射光通过溶液后，除了一部分被试液吸收外，还有一部分因散射现象而损失，导致偏离。由于溶液中的化学反应引起的偏离溶液中由吸光物质等构成的化学体系中，常因条件的变化形成新的化合物而改变吸光物质的浓度，如吸光组分的离解、缔合，络合物的逐级形成，以及与溶剂的相互作用等，都将导致偏离。,23,浓度的影响朗伯比耳定律的基本假设，除要求入射光是单色光外，还假设吸收粒子是独立的，彼此之间无相互作用，通常稀溶液能很好地服从该定律。在高浓度时由于吸收组分粒子间的平均距离减小，以致每个粒子都可影响其邻近粒子的电荷分布，这种相互作用可使其吸光能力发生变化。由于相互作用的程度与浓度有关，随浓度增大，吸光度与浓度间的关系就偏离线性关系。所以一般认为比耳定律仅适用于稀溶液。,24,2.3分子结构与紫外可见吸收光谱,25,分子的电子光谱,物质分子内部三种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动（价电子运动）；（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动；（3）分子本身绕其重心的转动。分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er即:EEe+Ev+Erevr量子化：能量的传递不是连续的，而是以一个一个的能量单位传递的。这种最小能量单位被称作能量子（简称量子）。,26,能级跃迁,电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。,27,分子吸收光谱,10200nm:远紫外；200400nm:近紫外；400750nm:可见光,28,有机化合物的紫外、可见吸收光谱,有机物的吸收光谱与电子跃迁电子跃迁类型：,29,紫外可见吸收光谱的主要类型,主要有六种类型：1*跃迁引起的吸收谱带2*跃迁引起的吸收谱带3*跃迁引起的吸收谱带4*跃迁引起的吸收谱带5电荷转移引起的吸收谱带（pd跃迁）6配位体场跃迁引起的吸收谱带（dd，ff跃迁）,30,31,1.*跃迁饱和键电子的能级跃迁吸收光谱在远紫外区(或真空紫外区),max170nm。2.n*跃迁含有O、N、S、Cl、Br、I等杂原子的饱和烃衍生物分子的电子能级跃迁吸收光谱位于远紫外区，max12Fe(OH)3沉淀,70,测量条件的选择,1、选择合适波长的入射光。(最大)2、控制吸光度在适宜的范围内(A=0.2-0.7)。3、选择适当的参比溶液。4、控制试样的量或溶液的稀释程度来控制溶液浓度。5、选择不同厚度的比色皿。,71,入射光的波长的选择,无干扰时：以最大吸收波长max为测量的入射光波长。在此波长处，摩尔吸光系数最大，测定的灵敏度最高。有干扰时：遵循“吸收最大，干扰最小”的原则,72,吸光度读数范围的选择,透光度读数误差T是一个常数，但在不同的读数范围内所引起的浓度的相对误差却是不同的。因此，为了减小浓度的相对误差，提高测量的准确度，一般应控制被测液的吸光度A在0.20.7（透光度为65%20%）。当溶液的吸光度不在此范围时，可以通过改变称样量、稀释溶液以及选择不同厚度的比色皿来控制吸光度。,73,参比溶液的选择,(1)纯溶剂作空白：试液、试剂、显色剂均无色(2)试剂作空白：试液无色、试剂或显色剂有色(3)试液作空白：试液有色、试剂和显色剂均无色,74,定量分析方法：标准曲线法,75,目视比色法,定义：肉眼比较溶液颜色以确定物质含量方法原理（右图）优点：仪器简单，操作简便，灵敏度高缺点：准确度不高，标准系列不能久存,76,吸光度的加和性,当某一波长的单色光通过一种含有多种吸光物质的溶液时，溶液的总吸光度应等于各吸光物质的吸光度之和。这一规律称吸光度的加和性。利用这一性质，可进行多组分测定及某些化学反应平衡常数测定。,77,多组分含量测定,溶液的总吸光度等于各组分的吸光度之和：A=A1+A2+A3+An吸收峰互不重叠,A、B两组分的吸收峰相互不重叠，则可分别在A、B处用单组分含量测定法测定组分A和B。,78,吸收峰相互重叠,A、B两组分的吸收峰相互重叠，可分别在和处测出A、B两组分的总吸光度A1和A2，然后根据吸光度的加和性列联立方程：在处，在处，式中分别为A和B在波长处的摩尔吸光系数分别为A和B在波长处的摩尔吸光系数,79,双波长分光光度法,对于吸收曲线有重叠的单组分(显色剂与有色络合物