UV-Vis原理及应用概述

lnT
微分后除以上式可得浓度的相对误差为：
C
C
T T lnT
当溶液的透光率为36.8%或吸光度为0.434时， 浓度的相对误差最小。
T值在65~20%或A值在0.2~0.7之间，浓度相对 误差较小，是测量的适宜范围。
§3 分析条件的选择
仪器测量条件的选择 显色反应条件的选择 参比溶液的选择
A 分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图
2. 电子跃迁主要类型
按照价电子性质不同讨论不同的紫外-可 见吸收光谱。 以甲醛分子为例： 存在σ电子，π电子，n（p）电子。
分子轨道理论：
σ成键轨道< π成键轨道< n 非键轨道<π*反键轨道<σ*反键 轨道
分子中外层电子能级及跃迁类型示意图
2.1 σ→σ*跃迁
1. 仪器测量条件的选择
1.1 适宜的吸光度范围
即当A=0.434时，吸光度测量误差最小。 最适宜的测量范围为0.2~0.7之间。
1.2 入射光波长的选择
通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最 强吸收带的最大吸收波长（λmax ）为入射波 长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往 选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰进行测 定。
1.3 狭缝宽度的选择
为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝 宽度时试样的吸光度不再增加为准。一般来 说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十 分之一。
2. 显色反应条件的选择
可见分光光度法一般用来测定能吸收可见光 的有色溶液。对某些无色或浅色物质进行测 定，常利用显色反应将被测组分转变为在可 见波长范围有吸收的物质。常见的显色反应 有配位反应、氧化还原反应等。
测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调 节T为100% （A为0） ，以消除其它成分及 吸收池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测 定误差。
参比溶液
3.1 溶剂参比 试样简单、共存其它成分对 测定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收池 等因素； 3.2 试样参比 如果试样基体溶液在测定波长 有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可 按与显色反应相同的条件处理试样，只是不 加入显色剂。
显色反应须满足以下条件：
1．反应的生成物必须在紫外-可见光区有较强的 吸光能力，即摩尔吸光系数较大；
2．反应有较高的选择性，即被测组分生成的化 合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显 的差别；
3. 反应生成的产物有足够的稳定性，以保证测量 过程中溶液的吸光度不变；
4. 反应生成物的组成恒定。
3. 参比溶液的选择
4.1 R带
取自德文： radikal（ 基团），它是由n→π* 跃迁产生的吸收带，是含杂原子的不饱和基 团，如C=O、—NO2、—NO、—N＝N—等 发色团的特征。
特点：① n→π*跃迁的能量最小，处于长波方
向，一般λmax>270nm ② 跃迁的几率小，吸收强度弱，ε<100
（CH3 ）2 -C=O λmax=280nm ε max=16
创新。因此可知Lambert在数学、物理、
天文均有重要的贡献。
3. 吸光系数
Lambert-Beer定律的数学表达式：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，称为吸光系数。
吸光系数的物理意义：吸光物质在单位浓度及单 位厚度时的吸收度。是物质在一定波长下的特 性常数。 作用：定性、定量依据
4.3 B带
特点：① 在230～270nm呈现一宽峰， 中心λmax
=256nm，且具有精细结构（在极性溶剂中测 定或苯 环上有取代基时，精细结构消失）
② 是弱吸收, εmax =220
4.4 E带
取自德文：ethylenic band（乙烯型谱带）。 它是芳香族化合物的另一特征吸收带。 E带 可分为E1及E2两个吸收带，二者可以分别看 成是苯环中的乙烯键和共轭乙烯键所引起的， 也属π→π* 跃迁。
主要内容
紫外-可见分光光度法的基本原理 定量分析依据：Lambert-Beer定律 定性和定量分析
紫外-可见分光光度法 （Ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-Vis）
又称紫外－可见分子吸收光谱法，它是利用某些物 质的分子吸收200 ~ 800 nm光谱区的辐射来进行分
3.3 试剂参比 如果显色剂或其它试剂在测 定波长有吸收，按显色反应相同的条件，不 加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶 液。
3.4 平行操作参比 用不含被测组分的试样， 在相同的条件下与被测试样同时进行处理， 由此得到平行操作参比溶液。
§4 紫外－可见分光光度计
紫外-可见分光光度计的基本结构
1. 吸光度和透光率
物质对光的吸收程度： 透光率：透光率为透过光的强度It与入射光强
度I0之比，用T（％）表示： 即 T= It / I0
吸光度: 为透光率倒数的对数，用A表示： 即 A=lg1/T=lg I0 /It
1. 吸光度和透光率
2. Lambert-Beer定律
Lambert：λ、c一定时：A∝l Beer： λ、 l一定时：A∝c 合并两式：A ∝ l ·c
此跃迁所需能量最大，辐射波长最短，吸 收峰在远紫外区（真空紫外区），波长一 般小于150nm。 饱和烃中的C-C键属于这类跃迁，例如乙烷 的最大吸收波长max为135nm。
2.2 π→π*跃迁
此跃迁所需能量较小，孤立的π→ π*吸收峰在
200nm附近，吸收强度大(ε>104)。含有不饱和 基团的有机物都会产生此跃迁。如乙烯（蒸气） 的最大吸收波长max为162 nm。 分子中若有共轭双键，跃迁所需能量降低， max 增加；共轭系统越长，跃迁所需能量越低， max 增加到210nm以上。
O
CH3
3. 常用术语
3.1 发色团
分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统叫 做发色团或生色团。象C=C、C=O、C≡C 等都是发色团。 发色团的结构不同，电子跃迁类型也不同。 一般有π→π* 或n→π* 跃迁。
3.2 助色团
有些原子或基团，本身不能吸收波长大于 200nm的光波，但它与一定的发色团相连时， 则可使发色团所产生的吸收峰向长波长方向 移动，并使吸收强度增加，这样的原子或基 团叫做助色团。一般指带有非键电子对的基 团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、 -I等。
CH3-CH=CH-CHO λmax=217.5nm ε max=1.5× 104 在芳香环上如有发色团取代时，也会出现K带。 苯乙烯λmax=248nm ；ε max=1.4 × 104 ；K带 苯甲醛λmax=249nm ；ε max=1.1 × 104 ； K带
4.3 B带
取自德文：benzenoid band（苯型谱带）。它是芳 香族化合物的特征吸收带。是由苯环本身的振 动及闭合环状共轭双键π→π*跃迁而产生的吸收 带，又称苯的多重吸收。
CH3NO2
λmax=280nm ε max=22
CH3(CH2)7CNO λmax=370nm ε max=55
4.2 K带
特点：① 吸收峰的波长小于R带，一般λmax ：
210～250nm（随着共轭双键的增加，吸收峰 红移）
② 跃迁的几率大，吸收强度大，ε>104
CH2=CHCH= CH2 λmax=217nm ε max=104
2.4 n→σ*跃迁
此跃迁所需能量比较低，吸收峰一般在 200nm附近，落于远紫外光区和近紫外光区。 具有未共享电子对的一些取代基的饱和有机 物都会产生此跃迁。如CH3OH和CH3NH2 的n*跃迁产生的吸收分别为183nm和 213nm。
2.5 电荷迁移跃迁
所谓电荷迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时， 电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁。因 此，电荷迁移跃迁实质是一个内氧化-还原的过程， 而相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。如 苯酰 基取代物在光作用下的异构反应。电荷迁移吸收带 的谱带较宽，吸收强度较大（ max>104）。
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， 吸收能量的次序为：
σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π* σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
实例
下列结构中所需能量最低和最高的跃迁类 型？ CH2=CHCH= CH2 CH3-CH=CH-CHO
3.1 摩尔吸光系数
当l以cm，c以mol/L为单位，κ称为摩尔吸 光系数，用 ε表示。 ε的单位为L/mol·cm，它表示在一定的λ下， 物质的浓度为1.0mol/L，液层厚度为1.0cm 时溶液的吸光度。
A lc
3.2 百分吸光系数
在一定的λ下，溶液浓度为1％（即
1g/100ml），液层厚度为1.00cm时的吸光
②选择合适的入射光波长
2）化学因素-介质的不均性 原因：溶液中的吸光物质因浓度的改变而发
生离解、缔合、溶剂化以及配合物生成等的 变化 ，影响物质对光的吸收能力 。 减小方法：控制显色反应的条件 适用：稀溶液
6.2 测量误差
由朗伯-比尔定律可知：
A
lg
I0 I
l
g
1 T
Байду номын сангаас
l
c
c
1 l
lgT
loge l
增加。Lambert被大家所熟悉的是他在
π上的研究。第一位提供严谨证法来
说明π是无理数。在Hermite证明e之
朗伯(Lambert)像
前，Lambert早已推测出e及π是超越 数了。Lambert使得双曲函数Hyper－
bolic Functions首度有系统的发展，而
且在物理学上对光和热的研究有许多
3.4 浓色效应和淡色效应
使吸收强度增加的现象称为浓色效应或增色 效应（hyperchromic effect）；使吸收强度降 低的现象称为淡色效应或减色效应 （hypochromic effect）。