仪器分析笔记 《可见-紫外光度分析法》

第五章可见-紫外分光光度法——基于物质分子对光的选择吸收而建立起来的分析方法§5.1 可见—紫外分光光度法概述（了解）5.1.1 吸光光度法概述——现代分析化学的“常规武器”1、分子光谱与原子光谱吸收光谱发射光谱分子光谱原子光谱发射光谱吸收光谱2、吸光光度法定义：分子光谱分析法的一种，又称分光光度法，属于分子吸收光谱分析方法，基于外层电子跃迁。

分类：比色法光电比色法(光电比色计)吸光光度法(分光光度法) 可见分光光度法分光光度法紫外分光光度法红外吸收光谱法特点：（与化学分析比较）a、灵敏（可测1%~10—3%微量组分，甚至10—4%~10—5% 微量组分)；b、准确度高（2%~5%E ）；rc、操作简便，快速（测微量）；d、应用广泛（无机、有机均可测）。

表7-1-1 各类分析方法比较分析方法类别含量相对误差滴定分析法化学分析法＞1% 0.1%~0.2%重量分析法吸光光度法仪器分析法＜1% 2%~5%5.1.2 可见—紫外吸收光谱法的特点及在石油化工方面的应用1、特点①设备及操作简单，分析速度快，易普及推广应用；②灵敏度高。

特别适用测量低含量及微量组分，适宜测定的含量范围为0.001%~0.1%；③准确度高，相对误差一般为1%~3%；④应用范围广。

能测定周期表中几乎所有金属元素，也能测定N、B、Si、As、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、I等非金属元素，也能定量测定有机物，还可以用于测定平衡常数、配合物组成及分子量等物理化学常数；⑤选择性好；⑥谱带较宽，易与其他组分的光谱重叠引起光谱干扰，有时造成选择性不好；2、在石化工业中的应用比色法——主要用于无机元素的测定；紫外吸收光谱法——测定具有芳香结构的化合物及含有共轭体系的化合物§5.2 可见—紫外分光光度法的基本原理（理解）5.2.1 吸收光谱产生的原因1、单色光与复合光A、光的波粒二象性光的折射光的衍射波动性λν光的偏振光的干涉光的波粒二象性粒子性E光电效应普朗克方程：hc E hνλ==式中——E：光子的能量（J，焦耳）；ν：光子的频率（Hz，赫兹）；λ：光子的波长（nm）；c：光速（2.9979×1010cm.s-1）。

B、电磁波谱——按照波长的长短顺序排列而成可见光：400-750nm；近紫外：200-400nm；近红外：750－2500nm。

C、单色光、复合光与光的互补单色光：单一波长的光，通常意义的单色光是指波长处于很窄的某一范围的光；复合光：由不同波长的光组合而成的光。

光的互补：若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。

2、物质对光的选择性吸收A、颜色与光的关系光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色。

物质呈现的颜色与光有着密切的表5-2-1 光的互补关系3、吸收曲线（吸收光谱）——吸光度（A）与波长（λ）的关系曲线吸收曲线中吸光度最大值处（吸收峰）对应的波长称为最大吸收波长，以λ表示。

4、分子吸收光谱A 、光谱、吸收光谱及分子吸收光谱的概念白光经过棱镜而发生折射，各种光波的折射率（n ）随着波长λ↘而↗，可用科希经验公式表示：24B Cn A λλ=++式中——A 、B 、C ：常数。

因此，凡是按波长顺序排列的电磁辐射都可以称为光谱。

如果让光源先通过吸光物质（溶液、液体或气体），再经过棱镜色散则所形成的光谱中就会出现一个至数个暗区或若干暗线，这就是该吸光物质的可见光吸收光谱，光谱中的暗区或暗线就是被吸光物质所吸收掉的光波区或光线。

因此，把吸光物质对电磁辐射吸收时其透过的光谱称为吸收光谱。

若吸光物质为分子或离子团，则称为分子吸收光谱；若吸光物质为原子蒸气，则称为原子吸收光谱。

根据物质分子所吸收光的波长及能量的不同，可将分子吸收光谱区分为三类： ①可见—紫外吸收光谱（200~780nm ） ②红外吸收光谱（0.78~25μm ） ③远红外吸收光谱（25~1000μm ） B 、分子吸收光谱的测定其测定方法是：利用棱镜的色散作用或光栅的衍射作用，从具有连续辐射的光源（如可见光用钨丝灯、紫外光用氢灯或氘灯、红外光用炽热的硅碳棒）中逐步分离出各个波长的光波，并使之一次通过吸收池中的被测物质溶液，测出溶液对每一波长的吸光度或透光度，绘制吸收光度—波长曲线或透光度—波长曲线。

这种曲线就是吸收物质分子的吸收光谱，又称吸收光谱曲线或分光光度曲线。

5.2.2 光的吸收定律（朗伯—比尔定律）——可见—紫外光度分析法及红外吸收光谱法定量分析的理论基础 （一）朗伯—比尔定律及其意义 1、吸光度的意义吸光度表示光束通过溶液时被吸收的程度，用A 表示：01lg lg tI A T I ==式中——I ：入射光强度；I ：透过光强度；T ：透光率。

透光度也称为透光率或透射比，表示透过光占入射光的比例，也是物质吸光程度的一种度量，以T 表示：t I T I =其中，I I I =+ 朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比，即'A b A K b ∝=， 比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比，即''A c A K c ∝=， 两者结合起来，得到朗伯—比尔定律：当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系，即：1lgA Kbc T== 式中——A ：吸光度；T ：透射比；b ：溶液厚度；c ：溶液浓度；K ：比例系数，其与吸光物K 值的表示方法依赖于溶液浓度的表示方法，在液层厚度b 以厘米为单位时，比例系数K 的名-1-1b 、与、1cm A 与之间的关系M εα=1%110cmMA ελ=⋅ 式中——M ：吸光物质的相对分子质量。

5、吸光度的可加和原理多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性，即：nnni i i i i A A bc b c εε===∑∑∑（二）Lambert —Beer 定律发生偏离的原因Lambert 定律是普遍成立的，而Beer 定律却有时会偏离。

偏离比尔定律的原因较多，基本是可分为物理和化学两个方面。

物理方面主要是入射单色光不纯及杂散光等的影响；化学方面则是溶质的解离、缔合及互变异构反应等。

1、单色光不纯的影响（仪器本身造成的）仪器使用的是连续光源，用单色器分光，由于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度，所以我们不可能得到纯的单色光。

非单色光引起的偏移：复合光由1λ和2λ组成，对于浓度不同的溶液a 和b ，引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲，即用不纯单色光所测得的吸光度较用波长为max λ所测得的吸光度小。

图5-2-2 对比尔定律的偏离 图5-2-3 不纯单色光的影响克服方法：A 、尽量选用较好的单色器，使入射光的波长范围尽可能窄；B 、入射波长λ选择在峰值位置（在波峰有一个A 值相差较小的区域）； 2、非平行入射光导致光束的平均光程b ′大于吸收池厚度b ，实际测得的吸光度大于理论值，产生正偏离。

3、介质不均匀入射光会因散射而损失，导致T 减小，实测的A 偏高。

✓ 克服方法：避免溶液产生胶体或浑浊。

4、化学因素吸光物质常因稀释、pH 值及试剂浓度变化等因素的影响而发生一系列化学反应，例如离解、缔合、溶剂化、互变异构反应及吸光物质组成改变等，结果使溶液中吸光物质的真实浓度与溶液的指示浓度不再成正比关系，破坏了吸光度与浓度的线性关系，于是偏离了光吸收定律。

如：Cr 2O 72—+H 2O —＝2HCrO 4—＝2H ++2CrO 42— PAR 的偶氮－醌腙式5、最佳的吸光度测量范围——=0.2~0.8A5.2.3 可见—紫外吸收光谱的产生及分子结构的关系1、分子的能级与吸收光谱的产生A 、物质分子内部三种运动形式：（1）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； （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E e 、振动能量E v 、转动能量E r即 E ＝E e +E v +E r ΔΕe ＞ΔΕv ＞ΔΕr分子的这三种能级分布情况如下图示。

112A A A ∆=- 234A A A ∆=- 12A A ∆∆＞B 、能级跃迁紫外—可见光谱属于电子跃迁光谱。

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。

※ 讨论：ΔE r ：0.005～0.050eV ，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。

远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔE v 约为：0.05～１eV ，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）电子能级的能量差ΔE e 较大1～20eV 。

电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱；（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据；（5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。

通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数εmax 也作为定性的依据。

不同物质的λmax 有时可能相同，但εmax 不一定相同；（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。

2、可见—紫外吸收光谱的主要类型①*ππ→跃迁引起的吸收谱带； ②*n π→跃迁引起的吸收谱带； ③*σσ→跃迁引起的吸收谱带； ④*n σ→跃迁引起的吸收谱带；⑤电荷转移引起的吸收谱带（p d →跃迁）；⑥配位体场跃迁引起的吸收谱带（d d →，f f →跃迁）。

3、基本概念 A 、生色团最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n →π＊跃迁产生的。

这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。

这类含有π键的不饱和基团称为生色团。

简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N ＝N —、乙炔基、腈基—C≡N 等。

B 、助色团：有一些含有n 电子（孤对电子）的基团(如—OH 、—OR 、—NH 2、—NHR 、—X 等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ＞200nm 的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n —π共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。

C 、红移与蓝移有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化：λmax向长波方向移动称为红移，或长移。