北京化工大学仪器分析第六章紫外可见应用ppt课件
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紫外可见分光光度计的使用课件PPT
定义与工作原理
定义
紫外可见分光光度计是一种基于 物质对紫外可见光的吸收特性进 行物质定量和定性分析的仪器。
工作原理
通过测量物质在特定波长下的吸光 度，利用朗伯-比尔定律（A=εbc） 计算物质的浓度。
类型与特点
类型
单光束分光光度计、双光束分光光度 计和双波长分光光度计。
特点
具有较高的测量精度和稳定性，广泛 应用于化学、生物学、医学、环境监 测等领域。
每次使用后记录仪器使用 情况，包括测试样品、测 试波长、测试结果等，以 便后续分析。
常见故障排除
波长不准确
检查仪器是否正确设置波长，并 确保仪器没有受到强烈震动或磁
场干扰。
读数不稳定
检查样品是否均匀，仪器是否处于 稳定状态，以及是否有外界干扰。
仪器无响应
检查电源是否正常，仪器是否处于 正常工作状态，以及是否有硬件故 障。
THANKS
开始测量
点击开始按钮，仪器自动扫描并记录 数据。
数据处理
将测量数据导入计算机进行进一步处 理和分析。
实验操作技巧
保持样品池清洁
定期清洗样品池，避免残留物对测量结果的 影响。
选择合适的标准物质
选择与待测样品性质相近的标准物质进行校 准，提高测量准确性。
控制环境因素
确保实验室内温度、湿度和光照等环境因素 稳定，以减小误差。
多次测量求平均值
为减小误差，可以对同一样品进行多次测量， 取平均值作为最终结果。
常见问题及解决方案
波长校准不准确
可能是由于仪器内部棱镜或光路不干 净导致。解决方法是清洁仪器内部并 重新进行波长校准。
测量数据不稳定
数据处理软件崩溃
可能是由于计算机内存不足或软件 bug导致。解决方法是关闭不必要的 程序，释放计算机内存，或更新数据 处理软件。
仪器分析法：紫外可见分光光度法课件
式中，h为普朗克常数，等于6.626×10-34J•s，c为光速。 该式表明，光子能量与它的频率成正比，或与波长成反比， 而与光的强度无关。它统一了属于粒子概念的光子能量 Ep与属于波动概念的光频率ν两者之间的关系。 光子的能量可以用J（焦耳）或eV（电子伏—表示一个电 子通过电位差为1伏特的电场所获得的能量）表示。
跃迁类型有：σ σ*、n n π* 四种。 σ* 、π π* 、
有机分子能级跃迁 有机分子包括:
成键轨道 、 ；
反键轨道 *、* 非键轨道 n 例如 CH2O分子的轨道：
o o C O o o = = o=n
* n* * n*
E
n *
1、饱合有机化合物的电子跃迁类型为σ→σ*， 跃迁所需的能量最大，吸收峰一般出现在远紫外
区，吸收峰低于200nm，实际应用价值不大。如
乙烷的最大吸收峰在135nm处。
2、n→σ* 跃迁，所需的能量比σ→σ*跃迁所需的能量少，
吸收光谱的波长一般在150—250nm处。一般发生在有机化合
物中的H被杂原子取代后的产物中，如碘代乙烷的吸收峰在
2.1 概述generalization
分光光度法是基于物质分子对光的选择性吸收
而建立起来的分析方法。按物质吸收光的波长不同
，可分为可见分光光度法、紫外分光光度法及红外
分光光度法。 特点： * 灵敏度较高，适用于微量组分的测定。但相对误 差较大。
* 具有操作方便、仪器设备简单、灵敏度和选择性
较好等优点，为常规的仪器分析方法。
提问： 电磁辐射到底是什么？ 描述一天你会接触的电 磁辐射？电磁辐射的危 害有哪些？
1. 电磁辐射的波动性 电磁辐射是一种电磁波， 可以用波的参数来描述。
紫外-可见分光光度法 PPT课件
若化合物在某波长处有强的吸收峰，而所含杂质在该波长处 无吸收或吸收很弱，则化合物的吸光系数将降低，若杂质在
该波长有比此化合物更强的吸收，将会使化合物的吸光系数
增大，且会使化合物的吸收光谱变形。（举一个间接的例子
吧，前一段时间快检车抽到一批吗叮啉，红外快检认定是假
药，送到所里以后，我们用薄层法做了一下，发现样品也显
百分吸收系数 377
吸收度值 277nm 0.461
0.461×0.2609×100.00×200.00
含量=-----------------------------------×100%=96.97%
377×0.0658×5.00×0.2×100
二、多组分定量测定 解线性方程组法 等吸收双波长消去法 系数倍率法 导数光谱法
面神经麻痹的病理变化早期主要为面神经水肿髓鞘和轴突有不同程度的变性以在茎乳突孔和面神经管内的部分尤为显著w五测定时除另有规定外应以配制供试品溶液的同批溶剂为空白对照测定吸光度实际上是透光率而在测定光强弱时不只是由于被测物质的吸收所致还有溶剂和容器的吸收光的色散和界面反射等因素都可使透射光减弱用空白对照可排除这些因素的干扰
由上图可以看出吸收光谱的特征： ⑴曲线上“A”处称最大吸收峰，它所对应的波长称 最大吸收波长，以λmax表示。 ⑵曲线上“B”处有一谷，称最小吸收，所对应的波 长，称最小吸收波长，以λmin 表示。 ⑶曲线上在最大吸收峰旁边有一小峰“C”，形状像 肩的部位，称肩峰，以λsh表示。
⑷在吸收曲线的波长最短的一端，曲线上“D”处， 吸收相当强，但不成峰形，此处称为末端吸收。
利用物质的吸收光谱进行定量、定性及结构 分析的方法称为吸收光谱分析法。紫外－可 见吸收光谱是一种分子吸收光谱，它是由于 分子中原子的外层电子跃迁而产生的。
北京化工大学仪器分析第六章 紫外可见应用
多组分混合物中各组分分别测定 ——多波长分光光度法
A
1 2
3
0 200 300 400
/nm
A1 = 11C1 + 12C2 + 13C3 A2 = 21C1 + 22C2 + 23C3 A3 = 31C1 + 32C2 + 33C3
ij为在波长i测定组分j的摩尔吸光系数 Ai 为在波长i测得该体系的总吸光度
εmax越大表明光度法测定该物质灵敏度越高
ε >105：超高灵敏；ε=(6～10）×104 ：高灵敏
ε<2×104 ：不灵敏。
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三、光的吸收定律
透过率T—
入射光透过溶液的程度
T = I t / I0
吸光度A与透过率T的关系:
A ＝ －lg T
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偏离朗伯—比耳定律的原因
当溶液浓度较高时，标准曲线常发生弯曲， 称为偏离朗伯—比耳定律。 物理性因素
朗伯—比耳定律
A= ε bc
吸光光度法的理论基础和定量测定的依据
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三、光的吸收定律
A＝lg（I0/It)= εb c
A：吸光度 --- 溶液对光的吸收程度
A＝lg（I0/It)= a b c
b：液层厚度(光程长度,cm)
c：溶液的浓度，g · －１ L
a：吸光系数，L · －１ · －１ g cm
4
有机化合物紫外-可见吸收光谱
5. 稠环芳烃及杂环化合物
稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸 收带，但这三个吸收带均发生红移，且强度增加。 随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强 度也相应增加。 当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的 氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相 应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与 奈相似。此外由于引入含有n电子的N原子的，这 类杂环化合物还可能产生n*吸收带。
紫外-可见分光光度计 ppt课件
kx 1
kx 2
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Cs(x)
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（二）双波长分光光度法
不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束
单色光(λ1和λ2)；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1作为
参比，来消除干扰。
对于多组分混合物、浑浊试样分析及存在背景干扰 或共存组分吸收干扰的情况，利用双波长分光光度法灵 敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提 高。
6
（5）同一物质在不同波长下的 k 值是不同的。在 最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以 kmax 表示。K max表明了该吸收物质最大限度的吸光能
力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵 敏度。
（6）kmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度
法测定该物质的灵敏度越高。
（7）k在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm
（2）200-400nm；近紫外光区
（3）400-800nm；可见光区
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二、光的吸收定律：
1.朗伯——比尔定律：A＝kbc。
表明：一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、非散射的溶液 时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。
入射光 I0
透射光 It
A＝kbc 式中: A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； k：摩尔吸光系数，单位 L·mol－１·cm－１； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位 mol·L－１；
度的精度等对分析结果都有影响。
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4. 检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用
的有光电管、光电倍增管、光电二极管、光电摄像管等。 要求灵敏度高、响应时间短、噪声水平低、稳定性好的优点。
紫外可见分光光度法(仪器分析课件)
蓝移：使化合物的吸收峰向短波长方向移动的现 象称为蓝移（或紫移）。改变溶剂的极性会引起蓝移 现象。
影响紫外可见吸收光谱的因素
➢ 共轭效应 ➢ 容剂效应 ➢ 溶液pH
共轭效应 两个或两个以上不饱和键共轭时，由于共轭后π电
子的运动范围增大，引起π*轨道的能量降低，π—π* 跃迁的能级差ΔE减小，吸收光谱产生红移，同时摩尔吸 光系数增大。
溶液pH
不同pH的溶液中，分子或离子的解离形式可 能发生变化，其吸收光谱的形状、λmax和吸收 强度可能不一样，测定这些化合物的紫外可见光 谱时，须注意溶液的pH。
常见有机化合物的紫外可见吸收光谱
饱和烃及其取代衍生物
➢ 只能生σ→σ*跃迁，λ～150nm。 ➢ 可作为测定紫外－可见光谱时的溶剂 。 ➢ 引入杂原子，可产生n→σ*跃迁，吸收波长变大。 ➢ 如：CH3I、CH3Br、CH3Cl 、CH4的λmax分别为259nm、
= c ； 波数 = 1/ = /c
粒子性
光是由光子流组成，光子的能量：
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。（P7例1）
数据处理：
以波长(λ)为横坐标，吸光度为纵坐标作图， 得到 A～λ关系曲线，即光谱吸收曲线，通常称 为吸收光谱。
特端吸收
A
吸收峰
峰谷
1
4
2
3
250 300
350
400
λ/nm
λmax
影响紫外可见吸收光谱的因素
➢ 共轭效应 ➢ 容剂效应 ➢ 溶液pH
共轭效应 两个或两个以上不饱和键共轭时，由于共轭后π电
子的运动范围增大，引起π*轨道的能量降低，π—π* 跃迁的能级差ΔE减小，吸收光谱产生红移，同时摩尔吸 光系数增大。
溶液pH
不同pH的溶液中，分子或离子的解离形式可 能发生变化，其吸收光谱的形状、λmax和吸收 强度可能不一样，测定这些化合物的紫外可见光 谱时，须注意溶液的pH。
常见有机化合物的紫外可见吸收光谱
饱和烃及其取代衍生物
➢ 只能生σ→σ*跃迁，λ～150nm。 ➢ 可作为测定紫外－可见光谱时的溶剂 。 ➢ 引入杂原子，可产生n→σ*跃迁，吸收波长变大。 ➢ 如：CH3I、CH3Br、CH3Cl 、CH4的λmax分别为259nm、
= c ； 波数 = 1/ = /c
粒子性
光是由光子流组成，光子的能量：
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。（P7例1）
数据处理：
以波长(λ)为横坐标，吸光度为纵坐标作图， 得到 A～λ关系曲线，即光谱吸收曲线，通常称 为吸收光谱。
特端吸收
A
吸收峰
峰谷
1
4
2
3
250 300
350
400
λ/nm
λmax
仪器分析紫外-可见光谱PPT
样品选择与处理
样品选择
选择具有紫外-可见吸收特性的样品 ，如有机化合物、无机离子、生物大 分子等。
样品处理
根据样品性质，进行适当的处理，如 溶解、稀释、过滤等，以获得适合光 谱分析的样品溶液。
实验条件设置与优化
01
02
03
光源选择
根据实验需求选择合适的 光源，如氘灯、钨灯等， 以获得连续且稳定的紫外可见光谱。
原理：比色法是基于比较有色物 质溶液颜色深度以测定待测组分 含量的方法。通常采用目视比较 或光电比色计进行定量测定。
1. 配制一系列已知浓度的标准溶 液，并加入显色剂；
3. 根据颜色深浅程度，确定待测 样品中目标组分的含量。
案例分析：混合物中各组分含量测定
案例描述：某混合物 中含有A、B两种组分， 其紫外-可见吸收光谱 有重叠。为了准确测 定各组分的含量，可 以采用多波长线性回 归分析法。
检测系统
检测系统用于检测经过样品吸收后的光信号，并将其转换为电信号以供后续处理 。常见的检测系统包括光电倍增管、光电二极管阵列等。这些检测器具有高灵敏 度和宽动态范围，能够准确地测量微弱的光信号。
数据处理与结果显示
数据处理
在紫外-可见光谱分析中，数据处理涉及对原始光谱数据的预处理、背景扣除、峰识别 与定量分析等步骤。预处理可能包括平滑、基线校正等操作，以提高数据质量和分析的
灵敏度
通过测量特定浓度样品在特定波长下的吸光度来 评价仪器的灵敏度，吸光度越大则灵敏度越高。
3
稳定性
通过连续多次测量同一样品在相同条件下的吸光 度来评价仪器的稳定性，结果越一致则稳定性越 好。
常见故障排查与处理方法
光源故障
检查光源是否损坏或老化，如有需要更换光源。
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c：溶液的浓度，g ·L－１
a：吸光系数，L ·g－１ ·cm－１
浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm 时该溶液在某一波长下的吸光度
浓度为1 g/L、液层厚度为1cm时 该溶液在某一波长下的吸光度
a ——ε
a =ε/M （M为摩尔质量）
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三、光的吸收定律
摩尔吸光系数
不随浓度c和光程长度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
在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共 轭时，随着共轭系统的延长， *跃迁的吸收带 将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。在 共轭体系中， *跃迁产生的吸收带又称为K带。
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
3. 羰基化合物
羰基化合物含有C=O基团。 C=O基团主要 可产生*、 n* 、n*三个吸收带， n* 吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、 羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等。
跃迁的分子都含有未成键的孤对电子，与极性溶剂 形成氢键，使得分子的非键轨道能量有较大程度的
降低，使n→π＊跃迁所需的能量相应增大，致使吸
收谱带发生Leabharlann 移。6三、光的吸收定律
朗伯—比耳定律 比耳(Beer) — 1852年
光的吸收程度和吸收物浓度之间的关系
A∝ c
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三、光的吸收定律
朗伯(Lambert)
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
5. 稠环芳烃及杂环化合物
稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸 收带，但这三个吸收带均发生红移，且强度增加。 随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强 度也相应增加。
当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的 氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相 应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与 奈相似。此外由于引入含有n电子的N原子的，这 类杂环化合物还可能产生n*吸收带。
性质有关
同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。
在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常
以εmax表示。代表可能达到的最大灵敏度。
εmax越大表明光度法测定该物质灵敏度越高 ε >105：超高灵敏；ε=(6～10）×104 ：高灵敏 ε<2×104 ：不灵敏。
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三、光的吸收定律
透过率T—
入射光透过溶液的程度
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溶剂对紫外吸收光谱的影响
1. 溶剂的极性
溶剂的极性越强，由π→π＊跃迁产生的谱带向长 波方向移动越显著。这是因为发生π→π＊跃迁的分
子激发态的极性总大于基态，在极性溶剂的作用下 ，激发态能量降低的程度大于基态，从而使基态到 激发态跃迁所需的能量变小，使吸收带发生红移。
所用溶剂极性越强，则由n→π＊跃迁产生的谱带 向短波方向移动越明显，即蓝移越大。发生n→π＊
溶液中CrＯ42-、 Cr2Ｏ72-的颜色不同，吸光性质 也不相同,故溶液pH 对测定有重要影响.
3
有机化合物紫外-可见吸收光谱
4. 苯及其衍生物
苯有三个吸收带，它们都是由*跃迁引起 的。E1带出现在180 nm（MAX = 60，000）； E2带 出现在204 nm（ MAX = 8000 ）；B带出现在255 nm （MAX = 200）。在气态或非极性溶剂中，苯 及其许多同系物的B谱带有许多的精细结构，这是 由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起 的。在极性溶剂中，这些精细结构消失,当苯环上有 取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化， 其中影响较大的是E2带和B谱带。
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化学性因素
假定：所有的吸 光质点之间不发 生相互作用
当溶液浓度c >10 －2 mol/L 时，吸光质点间可能
发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。 溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的 形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化， 影响吸光度
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例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrＯ42- ＋2H＋ = Cr2Ｏ72- ＋H2Ｏ
羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n*吸收带，但 是， 羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连 结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR 等，由于助色团上的n电子与羰基双键的电子产生 n共轭，导致*轨道的能级有所提高，使n* 跃迁所需的能量变大，n*吸收带蓝移至210nm 左右。
有机化合物紫外-可见吸收光谱
1. 饱和烃及其取代衍生物
饱和烃类分子中只含有键，只能产生*跃迁。 饱和烃的最大吸收峰一般小于150 nm，超出紫外、可 见分光光度计的测量范围。
饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存 在n电子，可产生n* 的跃迁。 n* 的能量低于 *。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n* 跃迁 分别出现在173、204和258nm处。氯、溴和碘原子 引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了 助色团的助色作用。
T = I t/ I0
吸光度A与透过率T的关系:
A ＝ －lg T
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偏离朗伯—比耳定律的原因
当溶液浓度较高时，标准曲线常发生弯曲， 称为偏离朗伯—比耳定律。
原因
物理性因素 化学性因素
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物理性因素
前提条件之一： 入射光为单色光 难以获得真正的纯单色光—— 仪器的原因
解决办法
选择比较好的单色器 将入射波长选定在待测物质的最大吸收波 长且吸收曲线较平坦处
光的吸收程度和吸 收层厚度的关系
A∝b
比耳(Beer)
光的吸收程度和吸收 物浓度之间的关系
A∝ c
朗伯—比耳定律
A= ε bc
吸光光度法的理论基础和定量测定的依据
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三、光的吸收定律
A＝lg（I0/It)= εb c
A＝lg（I0/It)= a b c
A：吸光度 --- 溶液对光的吸收程度 b：液层厚度(光程长度,cm) c：溶液的摩尔浓度，mol·L－１ ε：摩尔吸光系数，L·mol－１·cm－１；
直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合 物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和可见吸收 光谱的良好溶剂。
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
2. 不饱和烃及共轭烯烃
在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有 键，它们可以产生*和*两种跃迁。 * 跃迁的能量小于 *跃迁。例如，在乙烯分子中， *跃迁最大吸收波长为180nm