第三章 紫外可见分光光度法1

1、1第三章第三章 紫外可见吸光光度法紫外可见吸光光度法Ultraviolet-Visible Absorption spectrometry本章目标：本章目标：一、懂得一、懂得UV-VisUV-Vis吸光光度法的定义；吸光光度法的定义；二、理解二、理解UV-VisUV-Vis吸光光度法的工作吸光光度法的工作原理；原理；三、了解三、了解UV-VisUV-Vis吸光分光光度计的吸光分光光度计的构造；构造； 四、学会其仪器的四、学会其仪器的操作和懂得如何利操作和懂得如何利用该方法对样品进用该方法对样品进行分析测定。行分析测定。2回顾上节回顾上节3 基于物质光化学性质而建立起来的基于物质光化学性质而建立

2、起来的分析方法称之为分析方法称之为光化学分析法光化学分析法。 分为分为: :光谱分析法光谱分析法和和非光谱分析法非光谱分析法。 光谱分析法光谱分析法是指在光（或其它能量）是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。析的方法。回顾上节回顾上节4分子跃迁类型和分子光谱类型分子跃迁类型和分子光谱类型跃迁类型：跃迁类型：电子电子跃迁跃迁、振动跃迁、振动跃迁、转动转动跃迁跃迁分子光谱类型：吸收光谱、发光光谱分子光谱类型：吸收光谱、发光光谱吸收光谱吸收光谱： 电子跃迁电子跃迁紫外

3、可见光谱紫外可见光谱 振动转动跃迁振动转动跃迁红外光谱红外光谱回顾上节回顾上节5本章目录本章目录第一节第一节 概述概述第二节第二节 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱第三节第三节 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计第四节第四节 紫外可见吸收光谱法的应用紫外可见吸收光谱法的应用6第一节第一节 概述概述1.1.吸收光谱吸收光谱2.2.朗伯比尔定律朗伯比尔定律7可见光区可见光区：400-750 nm400-750 nm紫外光区紫外光区：近紫外区：近紫外区200 - 400 nm200 - 400 nm 远紫外区远紫外区10 - 200 nm 10 - 200 nm （真空紫外区）（真空紫外区）单色光

4、单色光：某一个波长的光，如：某一个波长的光，如253nm253nm的光、的光、740nm740nm的光的光。白光白光( (太阳光太阳光) )：由各种单色光组成的复合光。：由各种单色光组成的复合光。1. 1. 吸收光谱吸收光谱光的互补性：某一波长的光必有另一光的互补性：某一波长的光必有另一特定波长的光与之混合后组成白光。特定波长的光与之混合后组成白光。8造成我们这个世界色彩斑斓的本质是什么造成我们这个世界色彩斑斓的本质是什么？这是由于物质对光的选择性吸收；这是由于物质对光的选择性吸收；分子结构的复杂性使其对不同波长光分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；的吸收程度不同；如果用不同的波长

5、的光对某一个溶液进行扫描，可如果用不同的波长的光对某一个溶液进行扫描，可得下面一条曲线得下面一条曲线最大吸收波长最大吸收波长max最大吸收峰最大吸收峰最大吸收值最大吸收值92.2.朗伯比尔定律朗伯比尔定律吸光度吸光度A A：指物质的吸光强度，：指物质的吸光强度， A Alglg（I I0 0/ /I It t) )布格布格(Bouguer)(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年阐明了光的吸收程年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。度和吸收层厚度的关系。A Ab b1018521852年比耳年比耳(Beer)(B

6、eer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度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。之间也具有类似的关系。A A c c 11朗伯朗伯比耳定律比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L1 mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm1cm时该溶液在某一波长下的吸光度时该溶液在某一波长下的吸光度；二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：比耳定律，其数学表达式为： A Alglg（I I0/0/I

7、It)= t)= b cb c 式中式中A A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b b：液层厚度：液层厚度( (光程长度光程长度) )，通常以，通常以cmcm为单位；为单位； c c：溶液的摩尔浓度，单位：溶液的摩尔浓度，单位molLmolL； ：摩尔吸光系数，单位：摩尔吸光系数，单位LmolLmolcmcm；1213定量分析的例子定量分析的例子使用紫外可见分光光度法测定使用紫外可见分光光度法测定KMnO4KMnO4溶液的浓度。溶液的浓度。第一步：标准曲线的绘制第一步：标准曲线的绘制浓度（浓度（mg/Lmg/L） 0.1 0.2 0.3 0.40.1 0.2

8、 0.3 0.4吸光度吸光度A 0.402 0.793 1.25 1.60A 0.402 0.793 1.25 1.60 14第二步，样品的测定第二步，样品的测定序号序号 1 2 31 2 3吸光度吸光度A 0.800 0.805 0.813A 0.800 0.805 0.813浓度（浓度（mg/Lmg/L） 0.198 0.199 0.201 0.198 0.199 0.201 平均浓度平均浓度 0.1990.199相对平均偏差相对平均偏差 0.500.5015第二节第二节 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱1.1.紫外紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁可见分子吸收光谱与电子跃迁2.2.紫外可见分

9、析法的几个术语紫外可见分析法的几个术语3. 3. 吸收光谱的影响因素吸收光谱的影响因素16 物质分子内部三种运动形式：物质分子内部三种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运动 （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动）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分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级evr 1.紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁于是，分子存在这三种跃迁，即电子能级跃迁、振动于是，分子存在这三种跃迁，即电子能级跃迁、振动能级和转动能级能级和转动能级17紫外紫

10、外- -可见光谱属于电子跃迁光谱。可见光谱属于电子跃迁光谱。电子能级之间的能量差电子能级之间的能量差EEe1e120eV20eV。电子跃迁产生。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外的吸收光谱在紫外可见光区，于是产生紫外可见光区，于是产生紫外可见吸可见吸收光谱。收光谱。根据分子轨道理论，电子根据分子轨道理论，电子能级可分为能级可分为 成键轨道、成键轨道、 成键轨道、成键轨道、n n非键轨道、非键轨道、 * *反键轨道、反键轨道、 * *反键轨道反键轨道HH-C=O:18 外层电子吸收紫外或可见辐射后外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态，就从基态向激发态( (反键轨道反键轨道) )跃迁跃迁。主要

11、有四种跃迁所需能量。主要有四种跃迁所需能量大小大小顺序为：顺序为：n n n n 200nm200nm。这。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，吸收谱类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，吸收谱带强度较弱。丙酮带强度较弱。丙酮n n 跃迁的跃迁的 为为275nm 275nm ， maxmax为为22 Lmol-1 cm -122 Lmol-1 cm -1（溶剂环己烷（溶剂环己烷) )。22物质物质 跃迁类型跃迁类型CH4 CH4 CH2=CH2 CH2=CH2 、 CH3OHCH3OH 、 n n 例子例子CC H3On p* ; R带p p p p* * ; ; K带带232.2.紫外可见分析法的几

12、个术语紫外可见分析法的几个术语 生色团生色团 助色团助色团 吸收峰红移和蓝移吸收峰红移和蓝移 离域效应离域效应24 生色团生色团紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱指的是指的是近近紫外和可见区域紫外和可见区域的吸收光谱，的吸收光谱，所以我们把能产生该吸收光谱所以我们把能产生该吸收光谱的基团称之为的基团称之为生色团生色团。例子：例子：C CH H3 3C CH H2 2C CH H3 3C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C CH H= =C CH H2 2C CH H3 3C C= =O OC CH H3 3C CH H3 3C CO OH H0 025 助色团助色团有一些含有有

13、一些含有n n电子的基团电子的基团( (如如OHOH、OROR、NHNH、NHRNHR、XX等等) )，它们本身没有生色功能，它们本身没有生色功能( (不能吸收不能吸收 200nm200nm的光的光) )，但当它们与生色团相连时，但当它们与生色团相连时，就会发生就会发生n n 共轭作用，增强生色团的生色能力共轭作用，增强生色团的生色能力( (吸收波长向长波吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加方向移动，且吸收强度增加) )，这样的基团称为这样的基团称为助色团。助色团。H HO O26 吸收峰红移和蓝移吸收峰红移和蓝移27 离域效应离域效应 电子电子在在共轭体系共轭体系中具有更大的离域性，中具有

14、更大的离域性，使得使得 轨道轨道的能量下降，从而导致吸的能量下降，从而导致吸收峰红移，而且电子数增加导致吸收强收峰红移，而且电子数增加导致吸收强度提高。度提高。 C CH H2 2= =C CH HC CH H= =C CH HC CH H= =C CH H2 2C CH H2 2= =C CH HC CH H2 2C CH H2 2C CH H2 2C CH H3 3C CH H2 2= =C CH HC CH H= =C CH H2 2C CH H2 2= =C CH HC CH H= =C CH HC CH H= =C CH HC CH H= =C CH H2 2C CH H2 2= =

15、C CH HC CH H= =C CH HC CH H= =C CH HC CH H= =C CH HC CH H= =C CH H2 2最大吸收峰波长最大吸收峰波长162nm162nm210nm210nm268nm268nm404nm404nm434nm434nm283. 3. 吸收光谱的影响因素吸收光谱的影响因素 溶剂溶剂 温度温度29溶剂对吸收波长溶剂对吸收波长的影响的影响COCO非极性非极性 极性极性 n p p* * p p* * n n p n p30溶剂对峰形的影响溶剂对峰形的影响极性溶剂使精细结构极性溶剂使精细结构消失；消失；非极性 极性n p*跃迁：兰移；兰移； ； p p*

16、跃迁：红移； ；乙醚乙醚水水31第三节第三节 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计岛津岛津UV-1240UV-1240紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计 上海棱光上海棱光752S(PC)752S(PC)紫外紫外- -可见分光光度计可见分光光度计 32一、基本组成 general process光源单色器样品室检测器显示331. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。 可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在可见光区：钨灯作为光源

17、，其辐射波长范围在3203202500 nm2500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射紫外区：氢、氘灯。发射185185400 nm400 nm的连续光谱。的连续光谱。钨灯钨灯氘灯氘灯34 2.单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。核心部件是棱镜或光栅；波长单色光的光学系统。核心部件是棱镜或光栅；353.样品室 样品室放置各种类型的吸收池样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。般用玻璃池。364.4.检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。有光电池、光电管或光电倍增