第二章紫外可见分光光度法

Lambert-Beer定律
3、吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级 间的ΔΕ所决定，反映了分子内部能级分布状况--定 性分析基础
四、 光吸收基本定律: Lambert-Beer定律
I0 1 lg ＝ lgT 1.吸光度 (Absorbance) A lg It T
A, T, C 三 者 的 关 系
• 1、紫外-可见吸收光谱定性分析的依据：光 吸收程度最大处的波长叫做最大吸收波长， 用λmax表示，同一种吸光物质，浓度不同 时，吸收曲线的形状不同，λmax不变，只 是相应的吸光度大小不同，这是定性分析 的依据。
2、吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比--定 量分析基础
同一种物质不同浓度下，其吸收曲线形状相似λmax不变。 在λmax处吸光度A随浓度变化的幅度最大。所以测定最灵 敏。此特性可作为定量分析时选择入射光波长的重要依据。
二、光与物质的作用
1.吸收光与透射光 当复合光照射到物体上时，一部分光被 吸收，而另一部分光则被透射过去。即： 入射光=吸收光＋透射光
互补 吸收光 透射光
光的作用方式
光谱示意
复合光
表观现象示意
完全吸收
完全透过
吸收黄色光
物质的颜色与光的关系
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm 颜色 紫 蓝 互补光 黄绿 黄 400-450 黄 橙 红 450-480
S= 0.001 103 M

=
M

( g/cm 2 )
例7邻二氮菲光度法测铁 :(Fe)=1.0mg/L,
b=2cm , A=0.38 ,计算 ，a 和
E
1% 1cm
解： c(Fe)=1.0 mg/L=1.0×10-3 g/L /55.85g/mol

=1.8×10-5mol/L 0.38 4 -1 -1 = = 1.1 10 （ L mol cm ） 2 1.8 10-5
例6 某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为
T，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？
解: 由A=-lgT=abc可得
T=10-abc
当b1=1cm时，T1=10-ac=T
当b2=2cm时，T2=10-2ac=T2
A= bc=0.001
bc ＝0.001/
变换单位: bcmcmol/L=bcM106 g/1000cm2
102 nm 104 nm
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
0.1mm～1m
103 cm
无 线 电 波
105 cm
10nm~
750nm~0.1cm
1m～1000m
可
远紫外
（真空紫外）
见
400～750 nm
光
近紫外
10nm~200nm 200~400nm
2、微粒性
光是由光子流组成，光子的能量：
得白光，这两种光就叫互为补色光。物质呈现的颜色和 吸收的光颜色之间是互补关系。
M + h

M*
M + 热
M + 荧光或磷光
基态 激发态 E1 （△E） E2 物质对光的吸收满足Plank 条件
E E j E0 h
hc

物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同， 这就构成了物质对光的选择吸收基础。
M（基态）+hv------M*（激发态） 这就是对光的吸收作用。
2.吸收光谱曲线
S2 h
(Absorption Spectra)
A
S1
S0 分子内电子跃迁
带状光谱

用不同波长的单色光照射，测吸光度— 吸收曲线
紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。电子跃迁的 同时，伴随着振动能级、转动能级的跃迁。带状光谱。
例2-3 略
解：根据朗伯—比尔定律 ，
A εbc
Ax c x b cx 1.5 3 A cb 1.00 10
1 得：cx 1.50103 molL
钢样品中Mn的质量m cxVM 1.5 103 0.25 54.95 0.0206g
钢样品中 Mn 的质量分数 Mn 0.0206 100 % 2.06% 1.00
朗伯-比尔定律的适用条件
单色光
应选用max处或肩峰处测定.
吸光质点形式不变
离解、络合、缔合会破坏线性关系,
应控制条件(酸度、浓度、介质等).
稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强.
例2-1 已知含Fe3+浓度为500μg/L溶液，用KSCN显色，于波 长480nm处，用2.0cm比色皿测得A=0179，求摩尔吸光系数ε 。已知M(Fe)=55.85。 解
显示器
0.00
吸光度与光程的关系 A = Kbc 朗 光源 伯 检测器 定 参 律 比
b
0.20
0.10
(1760)
2b
显示器
0.00
吸光度与浓度的关系 A = Kbc 比 光源 检测器 尔 参 定 比 律
(1852)
c
0.20
0.10
2c
A = kb c
吸光系数(K) 物质的性质 入射光波长 温度
绿
蓝绿 绿蓝 蓝
黄绿
480-490
490-500 500-560 紫 紫红 560-580 580-610 610-650 650-760
绿蓝
蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
橙
红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
三、光谱吸收曲线
• 1、紫外-可见吸收光谱产生的机理
分子的紫外-可见吸收光谱是基于分子内电子 跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分 析方法。当某种物质受到光的照射时，物质分子就 会与光发生碰撞，其结果是光子的能量传递到了分 子上。这样，处于稳定状态的基态分子就会跃迁到 不稳定的高能态，即激发态：
A abρ
A 0507 6 2.45 10 （g ml 1 ) ab 207 1 100 6 mVB12 V (2.45 10 ) 100 2.45 10 -3 g 10 mVB12 2.4510-3 VB12 100% 100% 9.8% -3 m样 25.0 10
1.0
T
100
A
T = 0.0 %
A
T%
A=∞
T = 100.0 %
0.5
50
A = 0.0
0
c
0
溶液的T越大,说明对光的吸收越小,浓度低; T越小，溶液对光的吸收越大，浓度高
.透光率 (透射比,Transmittance )
入射光强度 I0 透射光强度It
一束平行单色光
透光率定义:
It T I0
E h
h－普朗克(Planck)常数 6.626×10-34J· s
－频率
E－光量子具有的能量
单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)
1eV=1.602×10－19 J
波粒二象性
E h
hc

结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越 长(频率越低)，光量子的能量越低.
3、光的互补性与物质的颜色
第二章
紫外可见分光光度法 UV-VIS
紫外可见分光光度法是：利用物质对 紫外可见光的吸收特征和吸收强度，对物质 进行定性和定量分析的一种仪器分析方法
第一节基本原理
一、 光的基本性质
光 的 波 粒 二 象 性
波动性

光的折射 光的衍射 光的偏振
光的干涉
粒子性
E
光电效应
1、波动性
光的传播速度:
c V = = n
A
最大吸收波长 B max A
物质对光的选择性吸收
max ( A) max ( B)
定性分析基础
A
c
增 大
在一定实验条件下, A∝c

定量分析基础
MnO4-的吸收光谱
545 1.0 Absorbance 0.8 0.6 0.4 0.2 700 /nm
300
400
500
600
吸收曲线的讨论：
单色光,复合光
单色光 复合光
单一波长的光 由不同波长的光组合而成的光
黄
绿 青 白光
橙 红
青蓝
互补色
紫
蓝
物质的颜色是由于物质对不 同波长的光具有选择性的吸 收作用而产生的，物质的颜 色由透过光的波长决定。 例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色； 高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。 如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以
4、 偏离朗伯—比耳定律的原因
标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线
常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对
朗伯—比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）： （1）物理性因素，即仪器的非理想引起的； （2）化学性因素。
（一）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
c －真空中光速 ：~3.0 ×108m/s
－波长：1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1Å=10-10m －频率，单位：赫兹 Hz 次/秒
n －折射率，真空中为1：
= c ； 波数σ = 1/ = /c
光谱区间

10-2 nm 10 nm
射 线 x 射 线
0.1nm～
500106 6 c 8.9510 （mol L1 ) 55.85
则根据朗伯—比尔定律 ，A
εbc
A 0.197 4 -1 1 1.1 10 L.mol . cm bc 2.0cm 8.95 10 6
例2-2 精密称取维生素B12样品25mg,用水配成100ml。精密 吸取10.00ml，置于100ml容量瓶中，加水至刻度，取此溶液 在1cm的比色皿中，于 361nm处测定吸光度为 0.507,求 B12的 质量分数？已知a(Fe)=207 L · g –1 · cm -1 。 解 根据朗伯—比尔定律 :
Leabharlann Baidu
25.0 106 g 4 1 5 . 00 10 （ g L ) 3 50.0 10 L
则根据朗伯—比尔定律 A=abc，
A 0.300 -2 -1 1 a 3.00 10 L.g . cm b 2.0cm 5.00104 g L1
而ε= Ma = 64.0g· mol-1×3.00×10-2 L· g-1· cm-1 =1.92 (L· mol-1· cm-1)
在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表
示 εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。
吸光度的加合性
在多组分体系中如果各吸光物质之间无相互作用这时体系总 的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。
A＝ Ai
吸光度的测量：
用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液 的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射， 溶剂、试剂对光的吸收等。
例2-4
解
根据朗伯—比尔定律 :
A abρ
A 0.19 2 –1 · -1 L · g cm a 1 . 9 10 b 2 5.00104
mol –1 · cm -1 Ma 55.8 1.9 102 1.1104 L ·
例5 浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙 分 光光度法 测定 ， 于 波长 600nm 处 ，用 2.0cm 比色皿测得 T=50.1%，求吸光系数a和摩尔吸光系数ε。已知M(Cu)=64.0 。 解 已知T=0.501，则A=－lgT=0.300，b=2.0cm,

T 取值为0.0 % ~ 100.0 % 全部吸收 全部透射 T = 0.0 % T = 100.0 %
2、 光吸收基本定律: Lambert-Beer定律
A Kbc
K--吸光系数 b--吸光液层的厚度(光程)， cm c--吸光物质的浓度， g / L, mol / L
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.
与浓度无关,取值与浓度的单位相关
c：mol / L
K κ K a
摩尔吸光系数，L · mol –1 · cm -1
Α=κbc
c： g / L
质量吸光系数， L · g –1 · cm -1
Α=αbc
κ=αM
摩尔吸光系数ε的讨论
（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数
（2）不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。 在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身 的性质有关，与待测物浓度无关； （3）同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。
a=M/ =55.85/1.1×104=0.0051 (g/cm2)
A= E
1% 1cm
b c
c =1.0mg/L=1.0×10-3 g /1000mL = 1.0×10-4 g/100mL
1% -4 3 -1 1 E1 = 0.38/2.0 10 = 1.9 10 （ 100mL g cm ） cm