第二章 可见紫外吸收光谱分析1
第二章 紫外-可见分光光度法(Ultraviolet and Visible ....
无机物分子能级跃迁
一些无机物也产生紫外 - 可见吸收光谱，其跃迁类型包 括 p-d 跃迁或称电荷转移跃迁以及 d-d, f-f 跃迁或称配场跃
迁。
1. 电荷转移跃迁 (Charge transfer transition) 一些同时具有电子予体(配位体)和受体(金属离子)的无机 分子，在吸收外来辐射时，电子从予体跃迁至受体所产生的 光谱。
1）共轭体系的存在----红移
如 CH2=CH2 的 -* 跃迁， max=165~200nm ；而 1,3- 丁二烯，
max=217nm
2）异构现象：使异构物光谱出现差异。
如 CH3CHO 含水化合物有两种可能的结构： CH3CHO-H2O 及
CH3CH(OH)2; 已烷中，max=290nm，表明有醛基存在，结构为前 者；而在水溶液中，此峰消失，结构为后者。
-胡罗卜素
咖啡因
几种有机化合物的 分子吸收光谱图。
阿斯匹林
丙酮
二、分子吸收光谱跃迁类型
有机分子能级跃迁
1. 可能的跃迁类型 有机分子包括:
成键轨道 、 ；
反键轨道 *、* 非键轨道 n
例如 H2O分子的轨道：
oo C O o o
= = o=n
各轨道能级高低顺序： n**（分子轨道理论计算结果）； 可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*
苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸
收带；而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和 287nm（p-
共轭）.
6）溶剂效应：红移或蓝移 由n-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成 H 键
的能力增加，发生蓝移；由-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂
2紫外吸收光谱分析
紫外吸收光谱分析一概述紫外可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收10～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法，这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定量测定。
该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好等特点。
分子的紫外可见吸收光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析法。
分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相关。
紫外光谱的研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。
如（图4.3），胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）分子结构差异很大，但两者具有相似的紫外吸收峰。
两分子中相同的O=C-C=C共轭结构是产生紫外吸收的关键基团。
紫外-可见以及近红外光谱区域的详细划分如图4.4所示。
紫外-可见光区一般用波长（nm）表示。
其研究对象大多在200-380 nm的近紫外光区和/或380-780 nm的可见光区有吸收。
紫外-可见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。
该法仪器设备简单,应用十分广泛。
如医院的常规化验中，95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。
在化学研究中，如平衡常数的测定、求算主-客体结合常数等都离不开紫外-可见二基本原理紫外可见吸收光谱的基本原理是利用在光的照射下待测样品内部的电子跃迁，电子跃迁类型有：（1）σ→σ* 跃迁指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被激发跃迁到σ*反键轨道（2）n→σ* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向σ*反键轨道的跃迁（3）π→π* 跃迁指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃迁到π*反键轨道。
（4）n→π* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向π*反键轨道的跃迁。
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同：σ→σ* ～150nmn→σ* ～200nmπ→π* ～200nmn→π* ～300nm吸收能量的次序为：σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*特殊的结构就会有特殊的电子跃迁，对应着不同的能量（波长），反反映在紫外可见吸收光谱图上就有一定位置一定强度的吸收峰，根据吸收峰的位置和强度就可以推知待测样品的结构信息三特点1、紫外可见吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。
紫外可见吸收光谱分析法
作用是放大信号并以适当的方式指示或记录。 直流检流计、电位调零装置、数字显示及自动记录装置等。
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二、分光光度计的类型
1.单光束
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。结构简单，操作方便，维修 容易，适用于常规分析。一般不能作全波段光谱扫描。
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2. 紫外-可见吸收光谱的产生
当分子吸收外界的辐射能量（电磁辐射）时，会发生运 动状态的变化，亦即发生能级的跃迁，其中含电子能级、振 动能级和转动能级的跃迁。
h E2 E1 E Ee Ev Er
E h
c
hc
E
分子吸收光谱： 用一连续波的电磁辐射以波长大小顺序分别照射分子，并
流动测量池 两面透光
4.检测器
检测器的作用 检测器是一种光电转换元件，是检测单色光通过溶液被吸收 后透射光的强度，并把这种光信号转变为电信号的装置。 对检测器的要求 检测器应在测量的光谱范围内具有高的灵敏度；对辐射能量 的响应快、线性关系好、线性范围宽；对不同波长的辐射响 应性能相同且可靠；有好的稳定性和低的噪音水平等。 检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。
2.双光束
光源发出光经单色器分光后，分解为强度相等的两束 光，一束通过参比池，另一束通过样品池，双光束分光光 度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分 别通过参比池和样品池，因而能自动消除光源强度变化所 引起的误差。
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3.双波长
适用多组分混合物、混浊试样(如生物组织液)分析， 以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下分析，还 能进行化学反应动力学研究。
讲稿--第二章 紫外-可见光谱分析
第二章紫外及可见吸收光谱教学内容：2.1 紫外吸收光谱及影响因素2.2 有机化合物的紫外光谱2.3 无机化合物的紫外光谱2.4 紫外-可见光度计2.5 紫外吸收光谱在结构分析中应用2.6 定量分析重点和难点：紫外光谱与有机化合物分子结构之间的关系；重要有机化合物紫外光谱，λmax 的经验计算；紫外光谱解析分子结构的方法。
教学要求：（1）理解紫外-可见吸收光谱（简称紫外光谱）的基本原理。
（2）掌握紫外光谱与有机化合物分子结构之间的关系。
（3）了解紫外-可见光度计工作原理（4）掌握紫外-可见光谱在有机化合物结构分析中的应用本章用5学时2.1 紫外吸收光谱及影响因素一、紫外光谱法的特点1 紫外吸收光谱反映了分子中价电子能级跃迁情况，主要应用于共轭体系及芳香族化合物的分析。
2 由于电子能级改变的同时，往往伴随有振动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，但峰形较宽。
3 紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，灵敏度高，检出限低。
该光谱是由价电子或外层电子跃迁产生的，因此，紫外可见光谱也叫做电子光谱，其中近紫外及可见光区的电磁波(200nm--800nm)在鉴定有机化合物的结构上较为有用。
4nm-200 nrn区域一般称为远紫外区或真空紫外区，由于该区域内的电磁波易为空气中的水分、氧气及氮气所吸收，所以对仪器的要求很高，必须抽成高真空。
该区内的吸收大多对结构分析价值不大.二、紫外吸收曲线紫外光谱是以波长A (nm)为横坐标，以摩尔吸收系数ε或logε为纵坐标来表示的。
吸收峰最高处对应的波长为最大吸收波长，用λmax表示;峰最高处对应的纵坐标值为最大摩尔吸收系数εmax或其对数logεmax。
ε值表示物质对光能的吸收强度，是各种物质在一定波长下的特征常数。
ε的大小可反映电子跃迁的几率，当ε>104时为跃迁允许，当ε<102时为跃迁禁阻。
末端吸收：指吸收曲线随波长变短而强度增大，直至仪器测量极限（190nm），在仪器极限处测出的吸收为末端吸收。
紫外吸收光谱分析1
n → π*跃迁：兰移； λ↓ ；ε↑ 兰移； 兰移
π → π*跃迁：红移； λ↑；ε↓ λ↑；
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1
1：正己烷 2：水 2
250 300 异丙叉丙酮 非极性 → 极性 兰移； 兰移 极性溶剂使精细结构消失； n → π*跃迁：兰移； λ↓ ；ε↑ π → π*跃迁：红移； λ↑；ε↓ λ↑；
[Fe3+CNS-]2+
电子接受体
电子给予体
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分子内氧化还原反应； 分子内氧化还原反应 特点：ε > 104 ，吸收峰在紫外区 Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。
2.配体场跃迁 配体场跃迁 d-d电子跃迁和 f - f 电子跃迁 电子跃迁和
在配体的作用下，过渡金属离子 的d轨道和镧系、锕系的f 轨道裂分， 吸收辐射后，产生d一d、 f 一f 跃迁； 一 必须在配体的配位场作用下才可能 产生也称配位场跃迁 配位场跃迁； 配位场跃迁 特点：ε〈 100，吸收峰在可见区
第三节
无机化合物的紫外可见吸收光谱
电子跃迁形式： 电子跃迁形式：电荷迁移跃迁与配位场跃迁 1.电荷迁移跃迁 1.电荷迁移跃迁
吸收光辐射后，分子中原定域在配位体L轨道的电子转移 到金属M轨道上，或按相反方向转移，所产生的吸收光谱称 为荷移光谱 荷移光谱。 荷移光谱 Mn+—Lbhν hν M(n-1) +—L(b-1) [Fe2+CNS]2+
21:29:56
21:29:56
λmax(正己烷) λmax(氯仿) λmax(甲醇) λmax(水)
π→π n→π
230 329
21:29:56
238 315
紫外可见吸收光谱分析
(2) 介质不均匀性引起的偏离 朗伯-比尔定律在均匀、非散射时可成立，当介质不均匀，或有胶体、乳浊、悬浮体存
在时，入射光除了被吸收外，还有反射、折射损失，故所测A值比实际吸收要大许多，导 致偏离比尔定律。
引起工作曲线弯曲的原因还有一些，如：溶质的性质变化、操作不当等等。
§ 2.3 影响显色反应的若干因素 (一) 吸光光度法对显色反应的要求
2、分子吸收光谱
①电子光谱 在多原子分子中，分子轨道中有许多电子能级，平时各电子都尽先进入低能级，处于基态。当
有光波照射这些分子时，轨道中的电子会吸收光波中的某些波长的光，使这束光中缺少某些波长的 光。电子本身将从低能级跃迁到高能级上。
象这样的情况下，被吸收的光往往波长较短，在紫外和可见光范围。本章主要讨论这一部分内 容。
红色）， 1﹕3（pH 8～11.5 黄色，最稳定）三种不同颜色的络合物生成。
3、温度的影响：一般在室温．有些需加热． 4、显色时间的影响
5、溶剂的影响：可提高显色反应的灵敏度． 6、共存离子的影响：
§ 2.4 光度测量误差和测量条件的选择
一、 仪器测量误差
在吸光光度分析中，除了各种化学条件所引起的误差外，仪器测量不准确也是误差的主要来源。 任何光度计都有一定的测量误差，这种误差可能来源于光电池不灵敏、光电流测量不准和光源不稳
§ 2 光度分析法的基本原理
一、光度分析法的特点 1、适用范围：常用于测定试样中１%～10-3 %的微量组分，甚至可测定低至10-4 %～10-5 %的痕量组份。目 前，随着仪器和方法的改进，有的已达10-9 %。一般情况下，相对误差为2～5 %，这在微量分析中已是十 分精确的了。 2、特点：灵敏、快速、准确、简便。
cF2e
紫外吸收光谱基本原理
07:18:51
光的互补：蓝 黄
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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 • 吸收曲线与最大吸收 波长 max • 用不同波长的单色光 照射，测吸光度;
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ε max也作为定性的依据。不同物质的λ max有时
可能相同，但ε max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。
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二、有机物吸收光谱与电子跃迁
ultraviolet spectrometry of organic compounds
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苯环上助色基团对吸收带的影响
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苯环上发色基团对吸收带的影响
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2. 立体结构和互变结构的影响
H C C H
顺反异构： 顺式：λmax=280nm；
εm；εmax=29000
H C C H
O H 3C C OH H 3C C H C H2 C
极性
非极性
n → p*跃迁：兰移； ；e
max(正己烷) max(氯仿)
p → p*跃迁：红移； ；e
max(甲醇) max(水)
pp np
230 329
07:18:51
238 315
237 309
243 305
溶剂的影响
苯 酰 丙 酮 1 1：乙醚 2：水
有机波谱解析-第二章 紫外光谱
C
Hale Waihona Puke n<pOC
C
p*
n > p p*
n
n C
p* p
p*
n
p n 非极性
p
O 非极性
C C
p
极性
极性
n → p*跃迁：兰移； ； pp np
（4）尽量和文献中所用的溶剂一致。
（5）溶剂挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜。
5. 电子跃迁的类型
紫外吸收光谱是由价电子的能级跃迁而产生的，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* n p* H C O
s
p E 分子轨道理论：成键轨道—反键轨道。
各种电子能级的能量及电子跃迁类型如右图
3. 紫 外 光 谱 图
横坐标：波长或频率 纵坐标：吸光度（A) 或 透过率(T)
紫外光谱（图）的特点： 吸收谱带少； 吸收谱带宽； 通常以谱带吸收最强的波长表示谱带位置，称 为最大吸收波长（λmax) ，是分子的特征常数， 与分子电子结构相关，可推测化合物中生色团类 型和共轭大小； 吸收强度以最大吸收波长处的摩尔吸光系数 （εmax）表示，也是分子特征常数和鉴定化合物 的重要依据。
H H c H
取代基 红移距离 -SR 45(nm)
c H
max=162nm 助色基团取代 p
-NR2 40(nm) -OR 30(nm)
p*（K带)发生红移。
-Cl 5(nm) CH3 5(nm)
（2）共轭烯烃中的
p → p*
紫外吸收光谱分析法
23:16:31
21/94
显示器 吸光度与光程的关系 A = abc
0.00 0.10
检测器
参 比
光源
b
0.20
2b
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22/94
吸光度与浓度的关系 A = abc
显示器
0.00
检测器
光源
参 比
0.10
c
0.20
2c
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23/94
吸光度与波长的关系 A = abc
显示器
光学光谱区
远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外
（真空紫外）
远红外
10nm~200nm 200nm 380nm 780 nm
2.5 m
50 m
~380nm ~ 780nm ~ 2.5 m ~ 50 m ~300 m
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11/94
物质对光的吸收与发射
物质分子内部3 种运动形式及其对应能级：
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朗伯-比尔定律
A=lg(I0/It)=kbc
意义: 当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，
其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.
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透光率(透射比）T（Transmittance）
T = It I0
I0 入射光
吸光度A (Absorbance）
23:16:32
31/94
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； （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
紫外可见吸收光谱分析
朗伯-比耳定律，是通过研究光在溶液中的吸收规律 获得的。显示了入射强度为I0的光在通过长度为b， 截面积为s的吸光体的示意图。
dx
I0
I
x0
x
x b
先考察吸收层厚度为dx的小体积单元内的吸收情况。
光强为 I x 的光束通过小体积单元吸收层后，减弱了dI x
dIx /Ix 表示吸收率。
根据量子理论，光束强度可以看作是单位时间、单位 体积内通过光子的总数，
dIx
/ Ix
可以看作是光束通过吸收介质时每个光子被 物质分子吸收的平均概率
从另一方面说，只有在近似分子尺寸的范围内，物质 分子与光子相互碰撞时才有可能捕获光子。
dx
I0
I
x0
x
x b
由于小体积单元无限小，因此在其中吸光的分子截面
积ds对总辐照截面积s之比 ds s 可以视为物质分子捕获光子的概念。
dI x Ix
ds s
若吸收介质内含有多种吸光分子，每一种吸光分子
都要对光吸收做出贡献，总吸收截面就等于各吸光
分子的吸收截面之和：
m
ds aidni
i1
a i 是在小单元体积中第i种吸光分子对指定频率的光
子的吸收截面，
dni是在小单元体积中第i种吸光分子m 的数目，m是能
吸光的分子的种类。因此：
紫外－可见吸收光谱法
物质对光的吸收具有选择性，当改变通过某一物质的 入射光的波长，并且记录该物质在每一波长处的吸光 度时，这样就可以获得该物质的吸收光谱。
由于分子中电子能级的范围刚好在紫外-可见光（200800nm）波段，因此当入射光的波长在200-800nm时， 所获得的吸收光谱就是紫外-可见吸收光谱。
紫外光谱
19:17
18
小结：
一般的饱和有机化合物在近紫外区无吸收或 吸收很弱，不能用紫外吸收光谱进行分析，所 以可用作其他物质紫外测定时的溶剂。
19:17
19
2.非共轭的不饱和化合物
非共轭的烯烃和炔烃：
孤立π→π* 跃迁产生的吸收带，其波长仍落在远紫外 区。
例如：乙烯 165nm，乙炔 173nm；
19:17
19:17 42
分子中共轭体系的电子分布和结合情况影响紫外吸 收带。如苯酚在碱性水溶液中测定时，E2和B带红移； 而苯胺在酸性水溶液中测定时，E2和B带均紫移。
.£ . . .O H
NaOH
.£ . . .O . .- Na +
.£ . H N H
HCl
H H N H
+
Cl-
苯酚在碱性条件下变为阴离子，氧原子上增加了一个 能与苯环共轭的孤对电子，而苯胺的氮原子上唯一的 孤对电子在形成胺盐时与H＋构成了阳离子，不再与苯 环共轭，所以出现一个与苯几乎相同的紫外光谱。
计算值 测量值
385 nm 388 nm
环上的羰基不作为环外双键，共轭体系有两个羰基时， 其中之一不作延长双键，仅作为取代基R计算。
O O
六员环α，β-不饱和酮基准值 环外双键 烷基或环的取代 α位 β位 计算值 测量值
215 nm （+5）×2
+10 （+12）×2
259 nm 254 nm
计算下面两个化合物的最大吸收波长λmax
n π*
Δ En Δ Ep
Δ En Δ Ep
非极性溶剂
非极性溶剂
极性溶剂
极性溶剂
极性增大使π—π*红移，n—π*跃迁蓝移，精细结构消失
有机波谱分析考试题库及答案
第二章：紫外吸收光谱法一、选择1。
频率（MHz）为4。
47×108的辐射,其波长数值为（1）670.7nm (2）670。
7μ（3)670.7cm (4）670.7m2。
紫外—可见光谱的产生是由外层价电子能级跃迁所致，其能级差的大小决定了（1）吸收峰的强度（2)吸收峰的数目（3)吸收峰的位置 (4）吸收峰的形状3. 紫外光谱是带状光谱的原因是由于（1)紫外光能量大（2）波长短（3）电子能级差大（4)电子能级跃迁的同时伴随有振动及转动能级跃迁的原因4。
化合物中,下面哪一种跃迁所需的能量最高（1)σ→σ＊（2)π→π*（3）n→σ*（4）n→π＊5. π→π*跃迁的吸收峰在下列哪种溶剂中测量，其最大吸收波长最大（1）水（2)甲醇（3）乙醇（4）正己烷6。
下列化合物中，在近紫外区(200～400nm)无吸收的是（1）（2）（3）（4）7。
下列化合物，紫外吸收λmax值最大的是（1）（2） (3) （4）二、解答及解析题1.吸收光谱是怎样产生的?吸收带波长与吸收强度主要由什么因素决定?2.紫外吸收光谱有哪些基本特征？3.为什么紫外吸收光谱是带状光谱?4.紫外吸收光谱能提供哪些分子结构信息？紫外光谱在结构分析中有什么用途又有何局限性？5。
分子的价电子跃迁有哪些类型？哪几种类型的跃迁能在紫外吸收光谱中反映出来?6。
影响紫外光谱吸收带的主要因素有哪些？１7.有机化合物的紫外吸收带有几种类型？它们与分子结构有什么关系？8。
溶剂对紫外吸收光谱有什么影响？选择溶剂时应考虑哪些因素？9.什么是发色基团？什么是助色基团？它们具有什么样结构或特征？10。
为什么助色基团取代基能使烯双键的n→π*跃迁波长红移？而使羰基n→π*跃迁波长蓝移？11.为什么共轭双键分子中双键数目愈多其π→π*跃迁吸收带波长愈长？请解释其因。
12.芳环化合物都有B吸收带，但当化合物处于气态或在极性溶剂、非极性溶剂中时，B吸收带的形状有明显的差别，解释其原因。
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由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于
用于可见光域内。 石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从185－ 4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。
光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的。
它可用于紫外、可见及红外光域，而且
在整个波长区具有良好的、几乎均匀一 致的分辨能力。
它具有色散波长范围宽、分辨本领高、 成本低、便于保存和易于制备等优点。 缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。
它是分光光度法定量分析的依据。
吸光系数
朗伯-比耳定律中，当c以克/升，液层厚 度b以厘米表示时，常数K以a表示，称 为吸光系数。 a的单位为升/克.厘米。 朗伯-比耳定律 :A=abc
摩尔吸光系数
朗伯-比耳定律中，浓度用摩尔/升，液 层厚度b用厘米为单位表示，则K用另一 符号ε来表示。 ε称为摩尔吸光系数(或克分子消光系数)， 单位为升/摩尔.厘米。 它表示物质的浓度为1摩尔/升，液层厚 度为1厘米时溶液的吸光度。 朗伯-比耳定律 : A=εbc
72型 721型
751型 WFD-8型
760 40000
～
硅碳棒或 辉光灯
岩盐或萤 石棱镜
WFD-3型 WFD-7型
一、组成部件
光源
单色器
样品池
记录装置
检测器
（一）光源
对光源的基本要求是应在仪器操作所 需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足 够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射 能量随波长的变化应尽可能小。 常用的光源有热辐射光源（如钨丝灯 和卤钨灯）和气体放电光源（如氢灯和氘 灯）两类。
1)非单色光的影响： 光吸收定律的重要前提是入射光
为单色光，但真正的单色光是没有的，
在分光光度法中所用的单色光是具有
一定波长范围的光，有一定的宽度的
谱带，则将使线性产生偏离。
谱带越窄，单色性越好，产生的误差越 小，但由于其仍是复合光，因物质对不同的 单色光的吸光系数不同，产生吸光度的变值 而偏离Beer定律。
反射光也使透光强度减弱，使测 得的吸光度偏高，一般可用空白进行 补偿。 4)非平行光
是指通过吸收池的光不平行，而导致 通过的光比垂直平行光的光程长，使厚 度增大而影响测量值，这种测量时实际 厚度的变异，也是同一物质用不同仪器 测定时产生差异的原因之一。
第二章 可见紫外吸收光谱分析
2.3 可见紫外分光光度计
第二章 可见紫外吸收光谱分析
2. 2 光吸收基本定律: Lambert-Beer 定律
光吸收定律（Lambert-Beer 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。
固定溶液的浓度改变液层厚度 则：A ∝b
根据ε的不同，吸收分为：
弱吸收：ε<102 较弱吸收：102≤ε≤103 较强吸收：103≤ε≤104 强吸收：ε>104
Lambert-Beer 定律小结:
当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度 成正比，即
A kbc
k 为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。 当浓度以 g/L 表示时，称 k 为吸光系数，以 a 表示，即
将溶液稀释2倍时，由于平衡向右移动， 溶液中的Cr2O72-离子浓度减少不是2倍，而 是大于2倍，而偏离光吸收定律，产生误差。 这种由于化学因素引起的偏离可用控制溶 液条件的方法加以避免，如：在上述重铬酸 钾的测定可在强酸或强碱性溶液中进行可避 免对光吸上定律的偏离。
（二）光学因素
1) 非单色光的影响： Beer定律应用的重要前提——入射光为单色光 • 照射物质的光经单色器分光后 并非真正单色光 • 其波长宽度由入射狭缝的宽度 和棱镜或光栅的分辨率决定 • 为了保证透过光对检测器的响 应，必须保证一定的狭缝宽度 • 这就使分离出来的光具一定的 谱带宽度
2)杂散光
是指一些不在吸收谱带宽度范围内的 并与所需波长相隔较远的光，这种光也 使吸收光谱变形变值，现代仪器上有消 除杂散光的装置，故一般可忽略不计。
3)散射光和反射光 吸光物质对入射光有散射作用，入射 光在吸收池内外界面通过时又有反射作用。 散射光和反射光都是入射光谱带内的光对 透射光强度都产生影响。 吸光物质对光的散射和反射可使入 射光减弱，透明的真溶液的质点小，散 射光不强可用空白补偿。混浊溶液由于 其质点大，散射光强，又不易制备空白 溶液，测定时常常产生较大的误差。
透光度 T=I/I0
T透光度的意义：也叫透光率，表示透射光占 入射光的比例。 当入射光全被吸收时， I=o，T=I/I0=0，T=0 当入射光不被吸收时 I=I0， T=I0/I=1，T=100% 所以，0≤T≤1 常用百分透光率表示 A与T的关系： A=lg(I0/I)=-lgT=Kbc， T=I/I0=10—Kbc
第二章 可见紫外吸收光谱分析
2.1 分子吸收光谱的产生
分子吸收光谱的产生
（一）分子能级 分子中包含有原子和电子，分子、原子、 电子都是运动着的物质，都具有能量，且都 是量子化的。在一定的条件下，分子处于一 定的运动状态，物质分子内部运动状态有三 种形式： ①电子运动：电子绕原子核作相对运动； ②原子运动：分子中原子或原子团在其平衡 位置上作相对振动； ③分子转动：整个分子绕其重心作旋转运动
某些化合物在λ最大时的ε
显色剂 偶氮胂Ⅲ (铀试剂Ⅲ)
被测离子 稀土离子
λ最大 (nm) 665 665 670 656 518 550 490 520 508
摩尔吸光系数
介 质
二苯硫腙
邻二氮菲
Th(Ⅵ) U(Ⅳ) U(Ⅵ) Cd2+ Cu2+ Hg2+ Pb2+ Fe2+
(4—6)*104 1.2*105 1.2*105 6.0*104 8.0*104 4.5*104 7.0*104 6.6*104 1.1*104
（三）吸收池（样品池）
吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材 料两种。
石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池 只能用于可见光区。 为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直 于光束方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤 其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料 的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等 对分析结果都有影响。
6M HCl 6M HCl 6M HNO3 CHCl3 CCl4 CHCl3 CHCl3 水
标准曲线或工作曲线
在吸光光度分析中，通常固定吸收层的厚度 不变，用比色计或分光光度计测量一系列标准 溶液的吸光度，根据朗伯-比耳定律： A=Kbc=K’c 吸光度与吸光物质的浓度成正比，故以吸光度 为纵坐标，浓度为横坐标作图，应得到一通过 原点的直线，称为标准曲线或工作曲线。 当吸光物质的浓度比较高时，明显地看到标准 曲线向浓度轴弯曲的情况(个别情况向吸光度 轴弯曲)。这种情况称为偏离朗伯-比耳定律。
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。
固定液层厚度改变浓度 则：A ∝ c
二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表达式为：
A＝lg（I0/It)= kb c
Lambert-Beer定律的表述：
当一束平行的单色光通过溶液时， 溶液的吸光度与溶液的浓度及液层厚 度的乘积成正比。
摩尔吸光系数
摩尔吸光系数表明物质对某一特定波长光的吸 收能力。ε 愈大，表示该物质对其波长光的吸收 能力愈强，比色测定的灵敏度就愈高。 因此进行比色测定时，为了提高分析的灵敏度 必须选择摩尔吸光系数大的有色化合物，以及选 择具有最大ε 值的波长作入射光。 ε 与溶液的浓度及液层厚度无关。 是吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征 常数，可作为定性鉴定的参数。也可以评价定量 方法的灵敏度。
钨灯或卤钨灯：350-2500nm 可见区
氢灯或氘灯：
0-400nm 紫外区
（二）单色器
单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色 光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高 的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。
棱镜有玻璃和石英两种材料。
它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时
有不同的折射率而将不同波长的光分开。
分光光度计按测定的波长范围来分类
分 类 工作范围 （nm） 光 源 单色器 接受器 国产型号
可见分光 光度计
紫外、可 见和近红 外分光光 度计 红外分光 光度计
420～700 360～700
200～1000
钨 灯 钨 灯
氢灯及 钨灯
玻璃棱镜 玻璃棱镜
石英棱镜 或光栅
硒光电池 光电管
光电管 光电倍增 管 热电堆或 测辐射热 器
（四）检测器
作用：把光信号变成电信号。 常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。 光电池是用一种光敏半导体，有硒光电池（用于 可见光区）和硅光电池（能用于可见和紫外光 区），当光照时产生光电流，在一定范围内光电 流与与照射的光强度成正比，用微电流计测量， 但由于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光 光度计中。
P267
可见和紫外分光光度法
由于价电子的跃迁而产生的分子光谱称为电 子光谱。 研究电子光谱的实验方法称为可见和紫外分 光光度法也叫可见和紫吸收光谱法。 在电子能级变化时，不可避免地亦伴随着 分子振动和转动能级的变化。因此，分子的 电子光谱是带状光谱，比原子的线状光谱要 复杂得多。
分子光谱的产生
-胡罗卜素
咖啡因
几种有机化合物的 分子吸收光谱图。