仪器分析第2讲_紫外-可见分光光度法

3
p → p*
εmax一般在104 L· -1· -1以上，属于强吸收。 mol cm
（1） 孤立的π→π*跃迁
乙烯π→π*:λmax162nm，εmax: 1×104 L· -1· －1。羰基 mol cm
化合物中，当Y=H,R时， p → p* λmax:150-160nm。
H c H c H H
用不同波长的单色光照 射，测吸光度，得吸收 曲线。
吸收曲线的讨论：
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λmax
②同一种物质，浓度的改变不影响吸 收曲线的形状和λmax。不同的物质， 其吸收曲线的形状和λmax一般是不 同的。 因此，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。
s*
R
E
K E,B
p*
n
p
s
2
n→σ＊跃迁
含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原
子)均呈现n→σ* 跃迁。所需能量较大。
吸收波长为150 ~ 250nm，大部分在远紫外区，近紫外
区仍不易观察到。
化合物 H2O CH3OH CH3CL CH3I CH3NH2 max（nm） 167 184 173 258 215 emax 1480 150 200 365 600
2.3 紫外-可见分光 光度计
一、基本组成
光源 单色器 吸收池 检测器 信号指示系统
1. 光源
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。 可见光区：钨灯作 为光源，其辐射波长 范围在320～2500 nm。 紫外区：氢灯、氘 灯。发射185～400 nm 的连续光谱。
二、光的基本性质
• 1、光是什么：光是一种电磁波，具有波粒二像性。 λν= c ，E =hν =hc/ λ。单色光，复合光
吸光光度法的基本原理
颜色的产生白光(太阳光)：由各种单色光组成的
复合光
①互补色光：把两种适 当颜色的单色光按一定 的强度比例混合，成为 白光，称为互补色光。
②无色：对光谱中各种色光
（d）非单色光作为入射光引起的偏离（重要） 假设由波长为λ1和λ2 的两束单色光组成的入
射光通过浓度为c 的溶液：
推导可得，当 e1 ≠ e2 时，A与 c 不成线性关系
第二讲 紫外－可见分 光光度法
ultraviolet and visible spectrophotometry, （UV-Vis）
• •
A= κcl
式中比例常数κ与吸光物质的本性，入射光波长 及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液 层厚度。 朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。
（3）吸光系数
当 l 以cm，c以g/L为单位时，κ称为质 量吸光系数，用 a 表示。
A= a c l a的单位为 ：L/(g.cm)
助色团：
有一些含有 n 电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、— 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。
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:
讨论：
③同一种物质，在某个特定波长下 其吸光度（A）随浓度而变，此特 性可作为物质定量分析的依据。 ④在λmax处吸光度随浓度变化的 幅度最大，测定最灵敏，所以一般 选择λmax作为测定波长。吸收曲 线是定量分析中选择入射光波长的 重要依据。
3.电子跃迁与分子吸收光谱
物质分子内部三种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动；
第二讲 紫外－可见分光 光度法
ultraviolet and visible spectrophotometry, （UV-Vis）
2.1 紫外－可 见吸收光谱
一、吸光光度法
• 1、定义：基于物质对光的选择性吸收而建立 起来的分析方法。它包括比色法，可见分光光 度法及紫外分光光度法。 • 2、特点： • （1）灵敏度高：10-5~10-6，10-7~10-8，10-10 mol· -1， L • （2）准确度高：比色分析，相对误差5~10%， 分光光度法，2~5%，1~2%； • （3）应用广泛：可测定几乎所有无机物和许 多有机物； • （4）操作简便仪器设备易普及。
2.2 朗伯-比耳 定律（学习重点）
紫外-可见吸收光谱法 较常用于定量分析的依据
四、光的吸收定律
1.朗伯—比耳定律
• 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和
1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A∝b
•
来自百度文库
1852年比耳(Beer)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。A∝ c
(4) 摩尔吸光系数 当l以cm，c以mol/L为单位时，κ称为摩 尔吸光系数，用 ε表示。 ε 的单位为L/mol.cm，它表示物质的浓 度为1mol/L，液层厚度为1cm时，溶液的吸 光度。吸光度具有加和性：
（6）偏离朗伯-比耳定律的因素
• 标准曲线发生弯曲（尤 其当溶液浓度较高时） 的现象称为对朗伯—比 耳定律的偏离。
A= a cl
（6）偏离朗伯-比耳定律的因素
（a）溶液的浓度（重要）
Lambert-Beer定律假设测定试液中各组分没有相 互作用，即所谓稀溶液时才成立。
（b）溶液的不均匀性 实际样品的混浊，加入的保护胶体，蒸馏水 中的微生物，存在散射以及共振发射等，均使吸 光质点的吸光特性变化大。 （c）溶剂的影响 影响峰高、位置及待测物的性质
能复合成白光的两种颜色的光叫互
补色光。物质所显示的颜色是吸
收光的互补色。
一、分子吸收光谱的形成
formation of UV
1.概述
紫外－可见吸收光谱：产生于价电子和分子轨道上的电 子（外层电子）在电子能级间的跃迁。
波长范围：200-800 nm.
(1)近紫外光区: 200-400nm
e
1 2
大小顺序为： σ→σ＊ n→σ＊ π→π＊ n→π＊
1
σ→σ＊跃迁
所需能量最大；σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发
生跃迁；
饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长λ<200 nm； 例： 甲烷的λmax为125nm , 乙烷λmax为135nm。 只能被真空紫外分光光度计检测到； 故饱和烷烃可作为溶剂使用。
R C O Y
（2）共轭烯烃中π→π＊跃迁 随着共轭体系的延长， λmax将向长 波方向移动，吸收强度也增大
4
n → p*
上述含有π键的不饱和有机物中，如果引入－OH，－
NH2，-X,-S等含有杂原子的基团，则其除了进行π→π*跃迁外 ，还可以发生 n → p* 跃迁，一般发生在近紫外区，ε为10~
λmax向长波方向移动称
为红移，向短波方向移动称 为蓝移 (或紫移)。吸收强度
即摩尔吸光系数ε增大或减小
的现象分别称为增色效应或 减色效应，如图所示。
7.影响紫外—可见光谱的因素
如 共轭效应、立体化学效应、溶剂的影响、体系pH的影响等
第二讲 紫外－可见分光 光度法
ultraviolet and visible spectrophotometry, （UV-Vis）
讨论：
（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）吸收谱带的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，这 是光谱定量分析的依据。
二、有机物的紫外—可见光谱与电子跃迁
（无机物的紫外—可见光谱不做要求）
有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果： σ电子、π电子、n电子。 s*
H
σ
C O H π
n

E
p*
n
s
p
分子轨道理论：成键轨道—反键轨道。
当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键 轨道)跃迁。主要有四种跃迁（共有六种跃迁），所需能量ΔΕ
1.朗伯定律
如果将液层分成许多无限 小的相等的薄层，其厚度为 db。则dI应与db及I成正比， 即dI/I=k1db，积分此式，得：
将上式变成常用对数，得
上式称为朗伯定律。如用A=lg(I0/It)或lg(1/T),则
A称为吸光度。
(1) 吸光度和透光度
设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia, 透射光强度为 It，反射光强度为Ir，则 I0= Ia+ It+ Ir 由于同一套吸收池的反射光强度基本 相同，其影响可相互抵消，上式可简化为：
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 呈现带状光谱。
讨论：
（1） 转动能级间的能量差ΔΕr：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ΔΕv约为：0.05 ~１eV，跃迁产生的 吸收光谱位于中、近红外区，红外光谱或分子振动光谱； （3） 电子能级的能量差ΔΕe较大，为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；（以上为分子吸收光谱的3种类型。）
4
λ 3 (2)可见光区:400-800nm 250 300 350 400nm 可用于结构鉴定和定量分析。电子跃迁的同时，伴随着振 动和转动能级的跃迁： 带状光谱。
2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + h 基态 → M* 激发态
M + 热
M + 荧光或磷光
E1
（△E）
E2
E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收
（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:
E＝Ee+Ev+Er
ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr
能级跃迁
电子能级间跃
2)含取代基时， B带简化， 向长波方向移动（红移）。 3)稠环芳烃，随苯环增多， 3个吸收带皆红移。
1，3，5-三甲苯
六甲苯
266
272
305
300
6.紫外—可见光谱中的一些常用术语 （如生色团、助色团等） 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。
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任
一波长单色光的光学系统。 ①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光：棱镜或光栅； ④聚焦装置：透镜 或凹面反射镜，将 分光后所得单色光 聚焦至出射狭缝；
I0= Ia+ It
透光度：透光度为透过光的强度It与入射光
强度I0之比，用T表示：
即 T= It/I0
吸光度: 为透光度倒数的对数，用A表示， 即 A=lg1/T=lgI0/It
（2）朗伯-比尔定律：
当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液 时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积 成正比，即
100 L· －1· －1，属于弱的吸收。 mol cm
5 芳香烃及其杂环化合物
1)苯：3个吸收峰
E1带180184nm； e=47000 E2带 200204 nm B带 230-270 nm
e=7000 e=200
苯 甲苯 间二甲苯 max（nm） 254 261 263 e max 200 300 300
透过程度相同且几乎全部 透过。 ③有色：物质的颜色由它 透过或反射的光决定。
④黑色:几乎吸收所有的入射光。 ⑤白色:几乎全部反射入射光。 单色光：具有同一种波长的光。 复合光：含有多种波长的光。
有色物质的不同颜色是由于吸收了不同 波长的光所致。溶液能选择性地吸收某些 波长的光，而让其他波长的光透过，这时 溶液呈现出透过光的颜色。透过光的颜色 是溶液吸收光的互补色。有色溶液对各种 波长的光的吸收情况，常用光吸收曲线来 描述。将不同波长的单色光依次通过一定 的有色溶液，分别测出对各种波长的光的 吸收程度（用字母A表示）。以波长为横 坐标，吸光程度为纵坐标作图，所得的曲 线称为吸收曲线或吸收光谱曲线。