分析化学 紫外可将分光光度法

1、第十章紫外可第十章紫外可见分光光度法见分光光度法 分析化学教研室分析化学教研室概述概述 2. 2.波长范围：紫外可见光波长范围：紫外可见光200200760nm760nm1.1.紫外光谱是电子光谱：由分子中紫外光谱是电子光谱：由分子中（价）电子能级跃迁产生。（价）电子能级跃迁产生。 4. 4.用途：定性、定量、结构分析用途：定性、定量、结构分析3.3.方法准确度：方法准确度：0.50.5第一节第一节 紫外可见分光光度法的基本原理和概念紫外可见分光光度法的基本原理和概念 分子吸收紫外可见光发生电子能级跃迁，分子吸收紫外可见光发生电子能级跃迁， 产生紫外可见吸收光谱。产生紫外可见吸收光谱。 分子结

2、构中有产生紫外可见吸收的能级跃分子结构中有产生紫外可见吸收的能级跃 迁类型分子才能吸收紫外可见光。迁类型分子才能吸收紫外可见光。 原子核外电子轨道：原子核外电子轨道：s, p, d, f 原子线性组成分子产生分子轨道：原子线性组成分子产生分子轨道： 能级由高至低能级由高至低* *, , *， n（p), ， 一、电子跃迁类型一、电子跃迁类型分子轨道：单键：分子轨道：单键：*；双键：；双键： *；孤对电子：；孤对电子：n *能量最高能量最高 能量最低能量最低一、电子跃迁类型一、电子跃迁类型1.1.* *跃迁跃迁 如如 CHCH3 3CHCH3 3 E E大，大， maxmax在在 远紫外区远紫外

3、区2.2.* *跃迁跃迁 一个双键，一个双键， maxmax200nm200nm， 共轭双键，共轭双键， maxmax长移，长移， 10104 4( (强吸收）强吸收）含杂原子的不饱和基团含杂原子的不饱和基团 如含如含C=OC=O、C=SC=S、N=NN=N基团化合物基团化合物 在在10-10010-100之间，之间， maxmax200-400nm200-400nm一、电子跃迁类型一、电子跃迁类型3 3n n* *跃迁跃迁 4.n4.n* *跃迁跃迁 含杂原子的饱和化合物含杂原子的饱和化合物OHOH，NH2NH2，X X，S S基团基团 ， maxmax200nm200nm5 5电荷迁移跃迁

4、电荷迁移跃迁6 6配位场跃迁配位场跃迁 当分子形成配合物或分子内的两个大当分子形成配合物或分子内的两个大 体系相体系相互接近时，分子吸收光后，电荷由给予体转移到互接近时，分子吸收光后，电荷由给予体转移到接受体轨道（内氧化过程）接受体轨道（内氧化过程）。强吸收，强吸收， maxmax 10104 4 通式：(1)(1)nbnbhvMLML 在配位化合物中的过渡元素或镧、锕元素的在配位化合物中的过渡元素或镧、锕元素的d d或或f f轨道发生能级分裂，产生轨道发生能级分裂，产生d-dd-d或或f-ff-f跃迁。跃迁。特点：特点： 小，弱吸收，在定量分析上用途小小，弱吸收，在定量分析上用途小 一、电子

5、跃迁类型一、电子跃迁类型二、紫外二、紫外- -可见吸收光谱的常用概念可见吸收光谱的常用概念 1 1吸收光谱吸收光谱（吸收曲线）（吸收曲线） 是以波长是以波长 （nm）为横坐标，以吸光度）为横坐标，以吸光度A（或透光率（或透光率T）为纵坐标所描绘的曲线。）为纵坐标所描绘的曲线。吸收光谱特征值吸收光谱特征值 吸收峰吸收峰max 谷谷 min 肩峰肩峰 sh 3 3助色团助色团 含非键电子的杂原子饱和基团。含非键电子的杂原子饱和基团。 例：例：OH，OR，NH，NR2，X）2 2生色团（发色团）生色团（发色团） 含有nn* *或或* *的基团的基团。 例：例： C CC C；C CO O；C CS

6、S；N NN N 等等4红移红移（长移）（长移）、蓝移、蓝移（短移或紫移）（短移或紫移）： 由于化合物结构变化（共轭、引入助色团）由于化合物结构变化（共轭、引入助色团）或采用不同溶剂后：或采用不同溶剂后： 吸收峰向长波方向移动，叫红移吸收峰向长波方向移动，叫红移 吸收峰向短波方向移动，叫蓝移吸收峰向短波方向移动，叫蓝移二、二、紫紫外外可可见见吸吸收收光光谱谱的的常常用用概概念念5增色效应、减色效应增色效应、减色效应 增色效应：使吸收强度增加的效应增色效应：使吸收强度增加的效应 减色效应：使吸收强度减弱的效应减色效应：使吸收强度减弱的效应6强带、弱带强带、弱带 maxmax10104 4 强带强

7、带 maxmax10102 2 弱带弱带二、二、紫紫外外可可见见吸吸收收光光谱谱的的常常用用概概念念三、吸收带及其与分子结构的关系三、吸收带及其与分子结构的关系用吸收带说明吸收峰在紫外可见光谱中用吸收带说明吸收峰在紫外可见光谱中的位置的位置。 1 1R R带带：由由n n * *跃迁产生带跃迁产生带 化合物有含杂原子的不饱和基团：化合物有含杂原子的不饱和基团：C CO O； C CN N、N NN N、NONO、NONO2 2 产生产生R R带带 特点特点：maxmax300nm300nm， maxmax100200nm 200nm maxmax10104 4，共轭体系增长，共轭体系增长，ma

8、xmax和和 都变大都变大 溶剂极性增加，溶剂极性增加，K K带长移带长移3.B3.B带带：芳香族化合物的主要特征吸收带芳香族化合物的主要特征吸收带 苯在苯在256nm256nm的吸收带（的吸收带（maxmax=200=200） 苯被取代后，苯被取代后，maxmax和和都变大都变大三三吸吸收收带带及及其其与与分分子子结结构构的的关关系系4 4E E带：芳香族化合物的特征吸收带带：芳香族化合物的特征吸收带 E E1 1带带 maxmax 180nmm,180nmm,maxmax10104 4 E E2 2带带 maxmax 200nm 200nm maxmax70007000 苯环被发色团取代时

9、，苯环被发色团取代时，E E2 2与与K K带合并；苯环带合并；苯环 被助色团取代，被助色团取代，E E2 2带带 maxmax和和都变大都变大 5.5.电荷转移吸收带电荷转移吸收带 由电荷转移跃迁产生的吸收峰。由电荷转移跃迁产生的吸收峰。 6.6.配位体场吸收带配位体场吸收带 由配位体场跃迁产生的吸收峰。由配位体场跃迁产生的吸收峰。三三吸吸收收带带及及其其与与分分子子结结构构的的关关系系图示三三吸吸收收带带及及其其与与分分子子结结构构的的关关系系三三吸吸收收带带及及其其与与分分子子结结构构的的关关系系四、影响吸收带的因素四、影响吸收带的因素影响分子中电子共轭结构影响分子中电子共轭结构1.1.

10、位阻影响位阻影响2.2.跨环效应跨环效应 有有 ， 不饱和醛酮结构，合适不饱和醛酮结构，合适的立体排的立体排列使列使R R带长移带长移C=CHHC = CHH 顺式二苯乙烯顺式二苯乙烯 反式二苯乙烯反式二苯乙烯 （280nm，10500） （295.5nm，29000）22CHCH CHCH OOH2C3.3.溶剂效应溶剂效应四四影影响响吸吸收收带带的的因因素素轨道极性：轨道极性：n n 4. 4. 体系体系苯酚在不同苯酚在不同pHpH时的紫外吸收光谱时的紫外吸收光谱四四影影响响吸吸收收带带的的因因素素 物质对单色光的吸收定律：物质对单色光的吸收定律：五、朗伯比尔定律五、朗伯比尔定律AECl(

11、LambertAlBeerAC定律：光路长度）定律：（浓度）A:A:吸光度吸光度E E：百分吸光吸收：百分吸光吸收C:C:百分浓度百分浓度l: :光路长度光路长度假设一束平行单色光通过一个吸光物体：假设一束平行单色光通过一个吸光物体： (cmln厚度为单位）吸光质点数为（一）公式推导一）公式推导0IIS入 射 光 强 为透 过 光 强 为物 体 截 面 为五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律 取物体中一极薄断层讨论：取物体中一极薄断层讨论：2(3)xxxxxxIdIdIIdIk dnSI（ ） 在通过断层后，光强减弱了光减弱的几率为： -有-,xdnIdndSdSk dnSS（1）断层内的吸光质点数为

12、照射断层上的光强为 , 由于个质点存在，相当于S面积上有大小面积吸收了光，光被吸收的几率： 五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律SnEIISnkII00lgln00lgIEClIIATEClI 得：-lg-lg00InxIxdIk dnIS考虑整个物体：考虑整个物体：五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律(T=I/I0透光率）透光率）A为吸光度为吸光度1.Lambert1.LambertBeer Beer 定律的适用条件定律的适用条件2 2.lgATECl 10EClTu注意注意C C与与A A、T T的关系的关系单色光单色光五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律3.3.吸光系数的物理意义吸光系数的物理意义 E为单位浓度

13、、单位厚度的吸光度单位浓度、单位厚度的吸光度 E=fE=f（组分性质，温度，溶剂，（组分性质，温度，溶剂，） 在一定条件下在一定条件下E为常数为常数lCAE五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律A = Cl ：摩尔吸光系数：摩尔吸光系数, ,一定一定下，下，C=1mol/LC=1mol/L，l =1cm =1cm时的吸光时的吸光度度; ;C C为摩尔浓度为摩尔浓度(mol/L)(mol/L)10EMA = EClE E：百分吸光系数：百分吸光系数, ,一定一定下，下，C=1g/100mlC=1g/100ml，l =1cm =1cm时的吸光时的吸光度度; ;C C为百分浓度（为百分浓度（g/100mLg/

14、100mL） 和和 的关系的关系1%1cmE4.4.五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律5.5.吸光度具有加和性吸光度具有加和性 A总总Aa + Ab + Ac + 1%1cmlglg0.2433070.002ATEc lc l99201015.3231%1cmE氯霉素的氯霉素的M M323.15323.15， 在水中在水中 max max 为为278nm278nm，用纯品配制浓度为用纯品配制浓度为2.00mg/100ml2.00mg/100ml的溶液，用的溶液，用l为为1.00cm1.00cm的吸收池，在的吸收池，在278nm278nm处测得处测得T=24.3T=24.3，求，求E E和和 。解解：

15、五五朗朗伯伯比比尔尔定定律律六、偏离六、偏离BeerBeer定律的因素定律的因素 依据依据BeerBeer定律，定律，A A与与C C关系应为关系应为 经过原点的直线经过原点的直线 偏离偏离BeerBeer定律的两个因素：定律的两个因素：（一）化学因素（一）化学因素（二）光学因素（二）光学因素 因浓度改变引起溶质分子发生离解、缔合、因浓度改变引起溶质分子发生离解、缔合、与溶剂间的作用等现象，而偏离与溶剂间的作用等现象，而偏离BeerBeer定律。定律。+242H +2CrO2272Cr OH O 1 1非单色光的影响非单色光的影响 经单色器分光得到具有一定谱带宽度的光 120S= 2- 1 称

16、为谱带宽度，称为谱带宽度，S S越小，单色光越纯越小，单色光越纯续前lECIIlCEIITA10lglg0012I I01I I02I I1I I2- 谱带宽度谱带宽度 S 影响影响 E E 和吸收光谱形状和吸收光谱形状 结论：结论：（1 1）选择较纯单色光）选择较纯单色光（2 2）选）选maxmax作为测定波长作为测定波长EE；灵敏度高灵敏度高偏离线性关系越严重与）（定律不成线性关系，偏离与成线性关系CAEEBeerCAEElCEAEE12211212 2杂散光的影响杂散光的影响 指一些不在谱带宽度范围内的指一些不在谱带宽度范围内的 与所需波长相隔较远的光。对末端吸与所需波长相隔较远的光。对

17、末端吸收有影响。收有影响。3散色光和反射光的影响散色光和反射光的影响混浊溶液易产生反射光，使混浊溶液易产生反射光，使I I变小，变小， 但但I I0 0 不变，不变， T，A ，产生正误差。，产生正误差。反射同散射光，反射同散射光，T，A。4非平行光的影响非平行光的影响通过吸收池的非平行光使光程通过吸收池的非平行光使光程，A。影响相对误差： T和T暗噪音和讯号噪音都可产生T 0.434lgCTCTT浓度的相对误差讨论由讨论由TT引起的引起的CC的变化lg0.4340.4340.434lglgTEClCElTCdCTElCTElTCTElTTTlgT；推导公式推导公式：讨论由讨论由TT引起的引起

18、的暗噪音暗噪音与检测器或放大电路中电子元件和与检测器或放大电路中电子元件和线路结构的质量、工作状态等有关。与光讯线路结构的质量、工作状态等有关。与光讯号无关。号无关。设设T0.5T=0.386,A=0.434ST=0.386,A=0.434S时，相对误差最小时，相对误差最小A=0.2-0.7A=0.2-0.7时，相对误差较小时，相对误差较小讯号噪音讯号噪音与光讯号有关与光讯号有关第二节第二节 紫外分光光度计紫外分光光度计 1光源：光源：2单色器：单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件包括狭缝、准直镜、色散元件 棱镜棱镜对不同波长的光折射率不同对不同波长的光折射率不同色散元件色散元件 分出光波长不等

19、距分出光波长不等距 光栅光栅衍射和干涉衍射和干涉 分出光波长等距分出光波长等距钨灯或卤钨灯钨灯或卤钨灯可见光源可见光源 3501000nm氢灯或氘灯氢灯或氘灯紫外光源紫外光源 200360nm续前3吸收池：吸收池： 玻璃玻璃能吸收能吸收UV光，仅适用于可见光区光，仅适用于可见光区 石英石英不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4检测器：检测器：将光信号转变为电信号的装置将光信号转变为电信号的装置5记录装置：讯号处理和显示系统记录装置：讯号处理和显示系统光电池光电池光电管光电管光电倍增

20、管光电倍增管二极管阵列检测器二极管阵列检测器1单光束分光光度计：单光束分光光度计：特点： 使用时来回拉动吸收池 移动误差 对光源要求高 比色池配对续前2双光束分光光度计：双光束分光光度计： 特点： 不用拉动吸收池，可以减小移动误差 对光源要求不高 可以自动扫描吸收光谱 续前3双波长分光光度计双波长分光光度计 特点： 利用吸光度差值定量 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差第三节第三节 紫外可见分光光度分析方法紫外可见分光光度分析方法一、定性分析一、定性分析 依据：光谱依据：光谱 生色团和助色团生色团和助色团 电子跃迁类型。电子跃迁类型。1对比吸收光谱的特征数据对比吸收光谱的特征数据2. 对比吸光度

21、（或吸光系数）的比值对比吸光度（或吸光系数）的比值1%maxminmax1cmshE，相同相同212121EEClEClEAA3对比吸收光谱的一致性对比吸收光谱的一致性 同一测定条件下，与标准品制成的图同一测定条件下，与标准品制成的图谱或标准谱图进行对照比较。谱或标准谱图进行对照比较。45. 315. 388. 170. 155036127836155036127812AAAAVB，定性鉴别：药典规定二、纯度检查二、纯度检查1.1.杂质检查杂质检查 根据组分与杂质吸收特点：根据组分与杂质吸收特点：组分无吸收，杂质有吸收组分无吸收，杂质有吸收（乙醇中苯的检查）（乙醇中苯的检查）组分吸收强度组分吸

22、收强度 杂质吸收，有杂质则杂质吸收，有杂质则A A和和E E降低降低组分吸收强度组分吸收强度 杂质吸收，有杂质则杂质吸收，有杂质则A A和和E E增大增大 2.杂质的限量检查杂质的限量检查肾上腺素（药物）中肾上腺酮（杂质）的检查：肾上腺素（药物）中肾上腺酮（杂质）的检查： 310nm，杂质有吸收，药物无吸收。，杂质有吸收，药物无吸收。 药物用药物用HClHCl溶液制成每溶液制成每1ml1ml含含2mg2mg的溶液，于的溶液，于310nm310nm处测定吸光度处测定吸光度A A值值（1cm1cm）。规定）。规定A A不得不得超过超过0.050.05，药物，药物E E435435。杂质限量为：。杂

23、质限量为：不超过不超过0.06%。0.05115/1004350.115/1000.00115/ACgmlElmgmlmgml0.0000.00115*100%0.0575%0.06%2 组分的测定波长要大于溶剂的截止波长组分的测定波长要大于溶剂的截止波长AECl定量依据：1 1吸光系数法吸光系数法 吸光系数吸光系数E或或已知已知：lEAC注意单位注意单位 例：解：%)0 .764(591. 01001025000.20367255iEAmLmLmLmgmlmLHCL求已知测移取稀至样品稀至吡啶 mLgmLglEACi/1092. 7100/1092. 7764591. 064%0 .99%10010010250100 . 21092. 7%100%26样CCii2.校正曲线法校正曲线法 A对对C曲线经原点，且曲线经原点，且CsCx 由：由：A=KCA=KC 配制系列浓度配制系列浓度标准溶液标准溶液C1，C2，C3 测测A1，A2，A3 A对对C作图，得校正曲线（作图，得校正曲线（A在在0.20.7）SSXXAcAc3 3.对照法对照法四、多组分的定量方法（两组分）四、多组分的定量方法（两组分）cbaAAAA总定量依据：（一）三种情况（一）三种情况1两组分吸收光谱不重叠（互不干扰）两组分吸收光谱不重叠（互不干扰） 分别按单组分定量分别按单组分定量2 2两组分吸收光谱部分重叠两组