紫外-可见分光光度法ppt课件

1、紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法郑秀玉一、光学分析法一、光学分析法 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。 电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。等。1、电磁波谱、电磁波谱电磁波电磁波波长波长射线区射线区300mm 这些电磁辐射包括从这些电磁辐射包括从射线到无线电波的射线到无线电波的一切电磁波谱范围，一切电磁波谱范围，而不只局限于光学光而不只局限于光学光谱区。谱区。2、光学分析法的分类、光学分析法的分类(2)非光谱法非光谱

2、法 是基于物质与辐射相互作用时，丈量辐射的某是基于物质与辐射相互作用时，丈量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等变些性质，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等变化的分析方法。化的分析方法。(1)光谱法光谱法 是基于物质与辐射能作用时，丈量由物质内部是基于物质与辐射能作用时，丈量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进展分析的方法。或散射辐射的波长和强度进展分析的方法。 非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改动了传播方向、速度或某些物理性质。只改动了传播方向

3、、速度或某些物理性质。3、光谱法的分类、光谱法的分类(2)分子光谱分子光谱 由分子中电子能级、振动和转动能级的由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的。变化产生的。 表现方式：带光谱表现方式：带光谱(1)原子光谱原子光谱 由原子外层或内层电子能级的变化产生由原子外层或内层电子能级的变化产生的。的。 表现方式：线光谱表现方式：线光谱4、原子光谱分析法、原子光谱分析法 原子发射光谱法原子发射光谱法AES) 原子吸收光谱法原子吸收光谱法AAS) 原子荧光光谱法原子荧光光谱法AFS) X射线荧光光谱法射线荧光光谱法XFS)5、分子光谱分析法、分子光谱分析法 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法U

4、V-Vis 红外光谱法红外光谱法IR 分子荧光光谱法分子荧光光谱法MFS 分子磷光光谱法分子磷光光谱法MPS)6、电磁辐射的根本性质、电磁辐射的根本性质 动摇性动摇性 粒子性粒子性 (1) 动摇性:电磁辐射以动摇方式传播，例如：折射、衍射、偏振和干涉等景象。 = 其中， 波长； 频率； 传播速度 在真空中，辐射的传播速度与频率无关，并到达最大值，以符号c表示。 (2) 粒子性粒子性: 电磁辐射的动摇性不能解释辐射的发射电磁辐射的动摇性不能解释辐射的发射和吸收景象，需求把辐射看作是微粒光子才干和吸收景象，需求把辐射看作是微粒光子才干称心地解释。电磁辐射的能量是称心地解释。电磁辐射的能量是“量子化

5、的。这种量子化的。这种能量的最小单位即为能量的最小单位即为“光子。光子。 光子是具有能量的，光子的能量与频率成正比，光子是具有能量的，光子的能量与频率成正比，与波长成反比。与波长成反比。 E=h=hc/ 其中，其中，E能量能量 h普朗克常数，普朗克常数，6.625610-34Js c光速，光速，2.99792108ms-1二、辐射的吸收与发射二、辐射的吸收与发射 构成物质的每一种根本体系构成物质的每一种根本体系(核、核、原子、分子原子、分子)具有一定数量的特定的能具有一定数量的特定的能级。当它们暴露在辐射束中或被具有一级。当它们暴露在辐射束中或被具有一定能量的粒子轰击时，外层电子可以从定能量的

6、粒子轰击时，外层电子可以从一个能级跳到另一个能级。当这些体系一个能级跳到另一个能级。当这些体系从高能态跳回到低能态时就发射相应的从高能态跳回到低能态时就发射相应的辐射。辐射。紫外紫外可见区的光谱是由原子和分子外层可见区的光谱是由原子和分子外层电子的跃迁产生的。电子的跃迁产生的。三、原子轨道三、原子轨道原子构造表示图原子构造表示图1主量子数主量子数(n)：主量子数就相当于电子层，：主量子数就相当于电子层，n可以取可以取恣意正整数；恣意正整数；2角量子数角量子数(l)：角量子数相当于亚层，：角量子数相当于亚层，l可以取小于可以取小于n的自然数；的自然数；3磁量子数磁量子数(ml)：磁量子数决议了原

7、子轨道的伸展方：磁量子数决议了原子轨道的伸展方向，向，ml可以取可以取l；4电子自旋量子数电子自旋量子数(ms)：每个原子轨道里都可以填充：每个原子轨道里都可以填充两个电子，两个电子，ms都只能取都只能取1/2，两个电子自旋相反。，两个电子自旋相反。描画电子运动形状的四个变量：描画电子运动形状的四个变量：具有角量子数具有角量子数0、1、2、3的轨道分别叫做的轨道分别叫做s轨道、轨道、p轨道、轨道、d轨道、轨道、f轨道。之后的轨道称号，按字母轨道。之后的轨道称号，按字母顺序陈列，如顺序陈列，如l=4时叫时叫g轨道。轨道。 s轨道轨道l=0上只能填充上只能填充2个电子个电子;p轨道轨道l=1上能填

8、充上能填充6个个;一个轨道填充的电子数为一个轨道填充的电子数为4l+2。例：例：C原子的外层电子排布：原子的外层电子排布：1s22s22p21、最低能量原理、最低能量原理 电子本身就是一种物质，也具有同样的性质，即电子本身就是一种物质，也具有同样的性质，即它在普通情况下总想处于一种较为平安它在普通情况下总想处于一种较为平安 或稳定或稳定的一种形状基态，也就是能量最低时的形状。当的一种形状基态，也就是能量最低时的形状。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的形状激发态，但是它总有时时辰刻想回到基态的形状激发态，但是它总有时时辰刻想回到基态的趋

9、势。趋势。 普通来说，离核较近的电子具有较低的能量，普通来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的添加，电子的能量越来越大；同一层随着电子层数的添加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。的次序增高的。 这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守以下次序：遵守以下次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p 规那么：规那么：npn1dn2fns 一个电子的运动形状要从4个方面来进展描画，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也

10、不能够有运动形状完全一样的两个电子存在，这就是泡利不相容原理。 第一电子层第一电子层 K层中只需层中只需1s亚层，最多包容亚层，最多包容两个电子；第二电子层两个电子；第二电子层L层中包括层中包括2s和和2p两个亚两个亚层，总共可以包容层，总共可以包容8个电子；第个电子；第3电子层电子层M层中层中包括包括3s、3p、 3d三个亚层，总共可以包容三个亚层，总共可以包容18个电个电子子第第n层总共可以包容层总共可以包容2n2个电子。个电子。 2、泡利不相容原理、泡利不相容原理3、洪特规那、洪特规那么么 从光谱实验结果总结出来的洪特规那么有两从光谱实验结果总结出来的洪特规那么有两方面的含义：一是电子在

11、原子核外排布时，将尽方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽能够分占不同的轨道，且自旋平行；第二个含义能够分占不同的轨道，且自旋平行；第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于：是对于同一个电子亚层，当电子排布处于：全满全满s2、p6、d10、f14 半满半满s1、p3、d5、f7 全空全空s0、p0、d0、f0时比较稳定。时比较稳定。四、分子轨道实际四、分子轨道实际 原子在构成分子时，一切电子都有奉献，原子在构成分子时，一切电子都有奉献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子的整个分子空间范围内运动。在分子中电子

12、的空间运动形状可用相应的分子轨道来描画。空间运动形状可用相应的分子轨道来描画。 (1)在原子中，电子的运动只受在原子中，电子的运动只受 1个原子核的作用，个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子那么原子轨道是单核系统；而在分子中，电子那么在一切原子核势场作用下运动，分子轨道是多在一切原子核势场作用下运动，分子轨道是多核系统。核系统。(2)原子轨道的称号用原子轨道的称号用s、p、d符号表示，而分符号表示，而分子轨道的称号那么相应地用子轨道的称号那么相应地用、符号表示。符号表示。 分子轨道和原子轨道的主要区别分子轨道和原子轨道的主要区别分子轨道可以由分子中原子轨道的线性组合而得到。几个

13、原子分子轨道可以由分子中原子轨道的线性组合而得到。几个原子轨道可组合成几个分子轨道。轨道可组合成几个分子轨道。成键分子轨道成键分子轨道bonding molecular orbital 其中有一半分子轨道分别由正负符号一样的两个原子轨道其中有一半分子轨道分别由正负符号一样的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道。如轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道。如、轨道轨道轴对称轨道；轴对称轨道； 反键分子轨道反键分子轨道antibonding molecular orbital

14、 另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高能量高,不利于成键不利于成键,称为反键分子轨道，如称为反键分子轨道，如 *、* 轨道镜面轨道镜面对称轨道。对称轨道。 非键分子轨道非键分子轨道 假设组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量假设组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别，所得的分子轨道叫做非键分子轨道。没有明显差别，所得的分子轨道叫做非键分子轨道。 有机化合物的紫外有机化合物的紫外-可见吸收光谱

15、决议可见吸收光谱决议于分子的构造、分子轨道上的电子性质。根于分子的构造、分子轨道上的电子性质。根据构造实际，在分子中构成单键的电子称据构造实际，在分子中构成单键的电子称电子，构成双键的电子称电子，构成双键的电子称电子，未成键的电子，未成键的孤对电子称孤对电子称n电子。电子。 分子中的价电子有分子中的价电子有轨道上的轨道上的电子，电子，轨道上的轨道上的电子和未参与成键而仍处于原子电子和未参与成键而仍处于原子轨道中的轨道中的n电子。电子。五、根本概念五、根本概念 位于分子轨道中不同轨道的价电子具有不同的能位于分子轨道中不同轨道的价电子具有不同的能量，处于低能级的价电子吸收一定能量后，就会跃迁量，处

16、于低能级的价电子吸收一定能量后，就会跃迁到较高能级反键轨道。在可见到较高能级反键轨道。在可见紫外区的跃迁包紫外区的跃迁包括括 * 、 n * 、 n *、 * 跃迁等。跃迁等。 电子能级和跃迁图电子能级和跃迁图* *n *nn *成键成键成键成键反键反键反键反键未成键未成键能量能量 * 跃迁：所需的能量最大，主要发生在真空紫外区，跃迁：所需的能量最大，主要发生在真空紫外区，吸收谱带都在吸收谱带都在200nm以下，饱和烃类只需以下，饱和烃类只需键，因此饱和键，因此饱和烃的可见紫外吸收光谱由这类跃迁引起。烃的可见紫外吸收光谱由这类跃迁引起。n *跃和跃和 * 跃迁是用可见跃迁是用可见紫外光度法研讨

17、有紫外光度法研讨有机物的最常见的跃迁类型。这类跃迁易发生，所需能量使机物的最常见的跃迁类型。这类跃迁易发生，所需能量使吸收波长都处在吸收波长都处在200nm以上的区域，所涉及的基团都具以上的区域，所涉及的基团都具有不饱和的有不饱和的键。这种含键。这种含不饱和键的基团称为生色基团。不饱和键的基团称为生色基团。n * 跃迁：发生在含有未成键孤对电子的杂原子的跃迁：发生在含有未成键孤对电子的杂原子的饱和烃分子中。由于饱和烃分子中。由于n电子较电子较电子易激发，所以这种跃电子易激发，所以这种跃迁所需能量比迁所需能量比 * 稍低，但多数还是发生在稍低，但多数还是发生在200nm左右范围内。左右范围内。1

18、生色团生色团 分子中能吸收紫外或可见光的构造单元称为生分子中能吸收紫外或可见光的构造单元称为生色团，其含有非键轨道和色团，其含有非键轨道和分子轨道的电子体系能引分子轨道的电子体系能引起起n *和和 *跃迁。跃迁。2助色团助色团 助色团是一种能使生色团吸收峰向长波位移并助色团是一种能使生色团吸收峰向长波位移并加强其强度的官能团，如加强其强度的官能团，如OH、NH2、SH及及一些卤族元素等。这些基团中都含有孤对电子，它一些卤族元素等。这些基团中都含有孤对电子，它们能与生色团中们能与生色团中电子相互作用，使电子相互作用，使 *跃迁的能跃迁的能量降低并引起吸收峰位移。量降低并引起吸收峰位移。C=CC=

19、OC=CON=O3红移效应红移效应 某些有机化合物经取代反响引入含有未共享电子某些有机化合物经取代反响引入含有未共享电子对的基团对的基团NH2、OH、Cl、Br、NR2、OR、SH、SR等之后，吸收峰的波长等之后，吸收峰的波长max向长向长波长方向挪动，这种效应称为红移效应。这些会使某波长方向挪动，这种效应称为红移效应。这些会使某化合物的化合物的max向长波长方向挪动的基团称为向红基团。向长波长方向挪动的基团称为向红基团。4蓝移效应蓝移效应 某些生色团如某些生色团如C=O的碳原子一端引入一些的碳原子一端引入一些取代基如取代基如CH2、CH2CH3等之后，吸收峰等之后，吸收峰的波长会向短波长方向

20、挪动，这种效应称为蓝移效的波长会向短波长方向挪动，这种效应称为蓝移效应。这些会使某化合物的应。这些会使某化合物的max向短波方向挪动的基向短波方向挪动的基团称为向蓝基团。团称为向蓝基团。六、物质对光的选择吸收六、物质对光的选择吸收 可见光：从紫色的可见光：从紫色的400nm400nm到红色的到红色的760nm 760nm 紫外光：紫外光： 400nm760nm: 760nm互补色光互补色光: :两种适当颜色光按一定的强度比例混合，两种适当颜色光按一定的强度比例混合，就可以得到白光，这两种颜色光叫做互补色光。就可以得到白光，这两种颜色光叫做互补色光。七、郎伯七、郎伯- -比耳定律比耳定律 一物质

21、对光的吸收及吸光度一物质对光的吸收及吸光度 I0= Ia+ It+ IrI0= Ia+ It(Ir忽略不计)I0ItIaIr透过光强度透过光强度ItIt与入射光强度与入射光强度I0I0之比：之比：T=It/I0T=It/I0溶液透光度越大，那么对光的吸收越小；反之溶液透光度越大，那么对光的吸收越小；反之那么越大。那么越大。2 2、吸光度、吸光度A A 物质对光的吸收程度：物质对光的吸收程度： A=-lgT=lg A=-lgT=lg1/T1/T= lg= lgI0/ ItI0/ It吸光度越大，表示该物质对光的吸收程度越大。吸光度越大，表示该物质对光的吸收程度越大。1 1、透光度或透光率与透光比

22、、透光度或透光率与透光比 T T A = Kcl 式中，A吸光度； c溶液浓度； l液层总厚度； K摩尔吸光系数，阐明物质对某一特定波长光的吸 收才干。 紫外紫外-可见吸收光谱用于定量分析的实际根据是吸收可见吸收光谱用于定量分析的实际根据是吸收定律。它由朗伯定律和比耳定律结合而成，故又称朗伯定律。它由朗伯定律和比耳定律结合而成，故又称朗伯-比耳定律。比耳定律。二朗伯二朗伯-比耳定律比耳定律 当一束平行的单色光经过均匀溶液时，由于溶质吸收光当一束平行的单色光经过均匀溶液时，由于溶质吸收光能，光的强度就要降低，这种景象称为溶液对光的吸收作用，能，光的强度就要降低，这种景象称为溶液对光的吸收作用，其

23、吸光度与溶液的浓度和厚度的乘积成正比，这个规律通常其吸光度与溶液的浓度和厚度的乘积成正比，这个规律通常称为郎伯称为郎伯-比耳定律，也称作光吸收定律。比耳定律，也称作光吸收定律。三吸收曲线三吸收曲线 描画了物质对不同波长光的吸收才干，也称吸收光谱。描画了物质对不同波长光的吸收才干，也称吸收光谱。1、不同物质的吸收峰波长不同，反映了物质对光吸收的选择性。、不同物质的吸收峰波长不同，反映了物质对光吸收的选择性。3、浓度越大，光吸收程度越大，吸收峰越高。、浓度越大，光吸收程度越大，吸收峰越高。2、吸收峰波长与溶液的浓度无关。、吸收峰波长与溶液的浓度无关。 由于物质对光的吸收具有选择性，经过由于物质对光

24、的吸收具有选择性，经过缓慢地改动经过某一吸收物质的入射光的波缓慢地改动经过某一吸收物质的入射光的波长经过预先设定初始波长、终止波长、扫长经过预先设定初始波长、终止波长、扫描速度，并记录该物质在每一波优点的吸描速度，并记录该物质在每一波优点的吸光度光度A A，然后以波长为横坐标，以吸光，然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，这种扫描方法称为波长扫度为纵坐标作图，这种扫描方法称为波长扫描。描。1 1、波长扫描、波长扫描2 2、时间扫描、时间扫描 在某一固定的波长下，经过改动扫描在某一固定的波长下，经过改动扫描时间的范围，并记录物质在该波长下的吸时间的范围，并记录物质在该波长下的吸光度，然后以时

25、间为横坐标，以吸光度为光度，然后以时间为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，这种扫描方法称为时间扫描。纵坐标作图，这种扫描方法称为时间扫描。sabs060八、紫外八、紫外- -可见吸收光谱法的运用可见吸收光谱法的运用 定性分析定性分析定量分析定量分析配合物组成的研讨配合物组成的研讨各类平衡常数的测定各类平衡常数的测定 一定性分析一定性分析 1、无机化合物的定性分析 紫外可见分光光度法对无机元素的定性分析运用较少，无机元素的定性分析可用原子发射光谱法或化学分析的方法。在有机化合物的定性鉴定和构造分析中，由于紫外-可见光谱较简单，特征性不强，因此该法的运用有一定的局限性。 2、有机化合物的定性分析 紫外

26、可见吸收光谱鉴定有机化合物时，通常是在一样的测定条件下，比较未知物与知规范物的紫外光谱图，假设两者的谱图一样，那么可以为待测试样与知化合物具有一样的生色团。假设没有规范物，也可借助于规范谱图或有关电子光谱数据表进展比较。但应留意：紫外吸收光谱一样，两种化合物有时不一定一样，但应留意：紫外吸收光谱一样，两种化合物有时不一定一样，由于紫外吸收光谱通常只需由于紫外吸收光谱通常只需23个较宽的吸收峰，具有一样个较宽的吸收峰，具有一样生色团的不同分子构造，导致不同分子构造产生一样的紫外生色团的不同分子构造，导致不同分子构造产生一样的紫外吸收光谱，但它们的吸光系数是有差别的，一切在比较吸收光谱，但它们的吸

27、光系数是有差别的，一切在比较max的同时，还有比较它们的的同时，还有比较它们的max。假设待测物和规范物。假设待测物和规范物的吸收波长一样、吸光系数也一样，那么可以为两者是同一的吸收波长一样、吸光系数也一样，那么可以为两者是同一物质。物质。 在普通的比色法或分光光度法中，进展定量分在普通的比色法或分光光度法中，进展定量分析的根本程序是：析的根本程序是：1 做基线：以溶剂或试剂空白等作为参比溶液做基线：以溶剂或试剂空白等作为参比溶液置入光路中。置入光路中。2将被测溶液置入光路中，仪器就可以指示出将被测溶液置入光路中，仪器就可以指示出这一溶液的吸光度。这一溶液的吸光度。 紫 外紫 外 - - 可

28、见 分 光 光 度 定 量 分 析 的 根 据 是可 见 分 光 光 度 定 量 分 析 的 根 据 是Lambert-BeerLambert-Beer定律，即在一定波优点被测物质的吸定律，即在一定波优点被测物质的吸光度与它的浓度呈线性关系。因此，经过测定溶液光度与它的浓度呈线性关系。因此，经过测定溶液对一定波长入射光的吸光度，即可求出该物质在溶对一定波长入射光的吸光度，即可求出该物质在溶液中的浓度和含量。液中的浓度和含量。 二定量分析二定量分析 1 1比较法比较法 它是在一样的条件下，即一样的波长、光程、温度等，分别测定规范溶液及待测溶液的吸光度值A0及Ax。测定所采用的波长通常应选被测物质

29、吸收光谱中的吸收峰处，以提高灵敏度并减少丈量误差。被测物如有几个吸收峰，可选无其他物质干扰的、较高的吸收峰。普通不选光谱中靠短波长末端的吸收峰的波长来作测定。 A0= Kc0l Ax= Kcxl1 1、单组分样品的分析、单组分样品的分析 2规范曲线法规范溶液：浓度分别为规范溶液：浓度分别为c1c1，c2c2，c3c3，c4c4，c5 c5 ，c6c6，测定各自的吸光度，测定各自的吸光度设分别为设分别为A1A1，A2A2，A3A3，A4A4，A5 A5 ，A6A6待测溶液待测溶液AxAx，在规范曲线上查得其对应的浓度，在规范曲线上查得其对应的浓度cxcx。 从待测物质的吸收光谱图上选定某一最大吸

30、收波长，用一系列不同浓度的规范溶液在该波优点分别测得它们的吸光度，用吸光度对浓度作图。假设待测物质对光的吸收符合朗伯 - 比尔定律，应得到一条经过原点的直线，即规范曲线。在同样条件下测定样品溶液的吸光度，在规范曲线上可读出样品溶液的浓度。 吸光度的加和性：吸光度的加和性： 假设某一波长的光束延续经过假设干具有一样厚度，而浓度及摩尔吸光系数分别为c1、c2、c3cn与1、2、3n的溶液时，相应的透过光强度分别为I1、I2、I3In。根据朗伯-比耳定律，各溶液的吸光度分别为 A1=lgI0/I1；A2=lgI0/I2；A3=lgI0/I3 An=lgI0/ In 一切一样厚度各溶液的总吸光度等于上

31、述各溶液吸光度之总和，即A总= A1+ A2+ A3+ An 假设溶液中同时含有n种吸光物质，只需各组分之间无相互作用，那么上述关系同样成立，即溶液的总吸光度等于各组分吸光度之和。根据朗伯-比耳定律，溶液总吸光度A总可写为A总=1lc1+2lc2+3lc3+nlcn2 2、多组分样品的分析、多组分样品的分析 二组分混合物的分析二组分混合物的分析假设试样中含有假设试样中含有x,yx,y两种组分，在一定条件下将它们两种组分，在一定条件下将它们转化为有色化合物，分别绘制其吸收光谱，会出现三转化为有色化合物，分别绘制其吸收光谱，会出现三种情况种情况. .1两组分互不干扰，可分别在两组分互不干扰，可分别在1和和 2处丈量溶液的处丈量溶液的吸光度。吸光度。2组分组分x对组分对组分y