第八章 吸收光谱法1

第八章吸收光谱法紫外-可见分光光度法：紫外—可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收200-800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。

吸收光谱产生的原因：过程：运动的分子外层电子-----吸收外来外来辐射-----产生电子能级跃迁-----分子吸收谱。

应用范围：无机和有机物质的定性和定量测定。

8.1.1电磁辐射和电磁波谱1．电磁辐射（电磁波，光）：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它是检测物质内在微观信息的最佳信使。

2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式：3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。

λνch h E ⋅=⋅=∆8.1 吸收光谱γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁波长长电磁波谱光谱能量/eV波长跃迁类型γ射线光谱>2.5⨯105<0.005 nm核能级X射线 2.5⨯105~1.2 ⨯1020.005 ~10nm K,L层电子能级真空紫外光区 1.2 ⨯102 ~6.210 ~200 nm近紫外光区 6.2 ~3.1200 ~400 nm外层电子能级可见光区 3.1 ~1.6400 ~800 nm近红外光区 1.6 ~0.500.8 ~2.5 μm分子振动能级中红外光区0.50 ~2.5 ⨯10-2 2.5 ~50 μm远红外光区 2.5 ⨯10-2 ~1.2 ⨯10-350 ~1000 μm分子转动能级微波区 1.2 ⨯10-3 ~4.1 ⨯10-6 1 ~300 mm无线电波区<4.1 ⨯10-6>300 mm电子和核的自旋8.1.2 分子吸收光谱的产生物质的分子内部具有一系列不连续的特征能级，包括电子能级，振动能级和转动能级，这些能级都是量子化的，其中电子能级又可分为基态和能量较高的若干个激发态。

当光照射某物质后，如果光具有的能量恰好与物质分子的某一能级差相等时，这一波长的光即可被分子吸收，从而使其产生能级跃迁而进入较高的能态。

不是任一波长的光都可以被某一物质所吸收，由于不同物质的分子其组成结构不同，它们所具有的特征能级也不同，故能级差不同，而各物质只能吸收与它们内部能级差相当的光辐射，所以，不同物质对不同波长的光吸收具有选择性。

分子吸收的能量△E=hν=hc/λ分子吸收光子后，依光子能量的大小不同而引起转动能级、振动能级和电子能级的跃迁，也就是使分子由基态跃迁至高能量的激发态，因而产生三类吸收光谱，即转动光谱、振动光谱和电子光谱。

电子光谱的产生（200-800nm)跃迁类型基态有机化合物的价电子包括成键σ电子、成键π电子和非键电子（以n表示）。

分子的空轨道包括反键σ*轨道和反键π*轨道，因此，可能的跃迁为σ→σ*、π→π*、n→σ* n→π*等。

反键轨道反键轨道非键轨道成键轨道成键轨道(nm)8.1.3 溶液颜色和物质对光的选择性吸收不同颜色的可见光波长及其互补光颜色λ（nm）互补光紫光400-450 黄绿兰450-480 黄绿兰480-490 橙兰绿490-500 红绿500-560 红紫黄绿560-580 紫黄580-610 兰红650-760 兰绿红紫橙蓝黄白光青蓝绿青透光率(透射比）（Transmittance ）吸光度（Absorbance ）A =lg I 0/I t =lg(1/T )=-lg T = εcl T=10-εcl = 10-A I 0I t8.1.4 吸收光谱及其表示方法0I T =I t除摩尔吸收系数之外，还可用吸收系数、比吸收系数和灵敏度指数来反映一物质对光的吸收程度和测定吸光物质的灵敏度。

M=ε/aM=10ε/A1cm1%灵敏度指数S=M/ ε常用术语1、吸收曲线（吸收光谱）让不同波长的单色光依次照射某一吸光物质，并测量该物质在每一波长处对光的吸收程度的大小（吸光度），以波长（λ）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标作图，即可得一条吸光度随波长变化的曲线，即吸收光谱曲线。

2、最大吸收峰：吸收曲线上最大吸收峰所对应的波长，通常选此波长为工作波长。

3、生色团Chromophoric Group (含有π电子，都发生π→π* 或n→π*跃迁);分子中含有非键或π键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起n-π*和π-π*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。

4、助色团Auxochromic Group (含有饱和的杂原子)是指带有非键电子对的基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I、-NH2等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。

5、红移或蓝移（Redshift or blueshift）红移(red shift 或bathochromicshift）指取代基或溶剂效应引起吸收带向长波方向的移动；蓝移（blue shift或hypsochromic shift）或紫移：吸收带向短波方向移动常见助色团及其助色效应(红移) λ－F<－Cl<－Br<－OH<－OCH3<－NH2<－NHCH3< －N(CH3)2<－NHC6H5<－O－例：CH3Cl CH3Br CH3Iλmax(nm) 172204258在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝移（紫移）效应。

如-CH3、-CH2CH3、-OCOCH3称为向蓝（紫）基团。

等吸收点：两个或两个以上化合物的吸收强度相等的波长。

等吸收点注意问题1、溶剂不同，最大吸收波长所以位置不同；吸收光谱形状也不相同2、温度不同对某些物质的测定也有影响3、被测物质浓度不能太大，一般小于10-2mol/l4、吸收曲线的形状与浓度无关，但同一波长下吸光度值随浓度增加而增加。

λA A /nm H C N NN N CH 对称四嗪水中环己烷中蒸汽中5005558.1.5 朗伯-比耳定律的适用范围1、朗伯—比耳定律成立的条件：（1）入射光为平行单色光，且垂直照射；（2）吸光物质为均匀非散射体系；（3）吸光质点之间无相互作用；（4）辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。

A=lg I0/It=lg(1/T)=-lg T = Kbc因此，A与C成正比但A与T不成正比，A正比于-lgT 例：当A=0时，T=100%A趋近无穷大，T=0A=0.301，T=50%标准曲线的绘制及其应用标准曲线即校准曲线，又称工作曲线，在一定条件下配制一系列具有不同浓度的吸光物质的标准溶液（称标准系列），然后在确定的波长和光程等条件下，分别测量系列溶液的吸光度，绘制A—C（吸光度—浓度）曲线，即得到一条通过原点的直线—标准曲线。

，即在相同条件下测得未知液的吸光度Ax。

可从曲线上查得CxA吸光度值保证在0.2-0.8之间C灵敏度S c 越小，元素测定的灵敏度越高。

S C=ΔA/ ΔC能产生1%吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测定元素的质量浓度定义为元素的特征浓度。

2、引起偏离朗伯—比尔定律的因素物理因素非单色光引起的偏离(λ不同导致有不同k 值)*当入射光Δλ很小时，A 与C 成正比；或虽然Δλ较大，但在所选择的入射光波长附近吸收曲线较为平坦，A 与C 也有较好的线性关系。

*Δλ较大，k 1≠k 2，A 和C 不成正比，发生偏离朗伯比耳定律，k 1、k 2相差越大，偏差越大。

光不纯引起的对Beer定律的偏离A Aλ2λλmaxmaxλ2λ/nm c/mol/L非平行入射光引起的偏离(b的大小发生改变)由于入射光为非平行光，不能保证光束全部垂直通过吸收，导致光束的平均光程大于吸收池厚度，实测值大于理论值，从而产生正偏离。

介质不均匀引起的偏离由于溶液不均匀，如产生胶体或发生混浊，当入射光通过该溶液时，除一部分被吸收外，还有一部分会因散射而损失，使透射比减小，实测值偏高。

吸收定律本身的局限性朗伯-比耳定律适用于稀溶液,由于在高浓度情况下,邻近质点彼此电荷相互影响,此影响会改变它们对特定辐射的吸收能力,相互影响取决于浓度,此现象会导致吸光度与浓度的线性关系发生偏差.化学因素a.溶液浓度过高引起的偏离(k的大小发生改变)浓度大时，吸光物质的分子或离子间平均距离减小，由于相互作会而改变吸光微粒的电荷分布，改变吸光能力。

b.化学反应引起的偏离当溶液中存在解离、缔合、形成新化合物时，平衡浓度不等于分析浓度，产生的偏差。

8.2 比色法和分光光度法8.2.1 比色法目视比色法直接用眼睛比较标准溶液与被测溶液颜色的深浅，来测定物质含量的方法，测量的是透光强度。

===--A I I I I bc o bc o 2221111010εεI 1=I 2时，ε1C 1L 1= ε2C 2L 2相同条件下，ε1=ε2，L 1=L 2所以C 1=C 2常用的目视比色法是标准系列法。

使用一套由同种材料，大小形状相同的比色管，于管中分别加入标准溶液和待测液，在实验条件相同的情况下，再加入等量的显色剂和其他试剂，然后从管口垂直向下观察，比较待测液与标准溶液颜色的深浅。

若待测液与某一标准溶液颜色深度一致，则说明两者浓度相等，若待测液颜色介于两标准溶液之间，则取其算术平均值作为待测液浓度。

目视比色法的主要缺点是准确度不高，如果待测液中存在第二种有色物质，甚至会无法进行测定。

另外，由于许多有色溶液颜色不稳定，标准系列不能久存，经常需在测定时配制，比较麻烦。

（2）光电比色法用光电池代替眼睛进行测量的仪器分析方法光电比色计：光源滤光片比色皿光电池8.2.2 分光光度法1、特点分光光度法特点1）采用棱镜或光栅等分光器将复合光变为纯度高的单色光2）测量范围扩大3）可选取任意波长的光8.2.2 分光光度计分光光度计与光电比色计的区别是分光器不同，测量范围不同紫外-可见分光光度计的分类按入射光波长分:可见分光光度计、紫外－可见分光光度计、红外分光光度计按结构分：单光束、双光束；单波长、双波长1、单光束分光光度计经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定。

这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。

单光束分光光度计可变波长单光束紫外-可见分光光度计示意图单光束：参比和试液不在同一时间内测定，由光源和检测系统不稳定而引起测量误差。