大专本科分析化学第十一章 紫外-可见分光光度法
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1% 表示。 E1cm
M 1% E 10 1cm
（单组分）样品的定量方法 （一） 吸光系数法
（二） 标准曲线法
（三） 对照法
（一）吸光系数法
A= ECl
例
• 维生素B12的水溶液在361nm处的
值是207，盛于1cm
吸收池中，测得溶液的吸光度为0.414，则溶液浓度为： C= A El = 0.414 207×1 = 0.002（g/100ml）
I0
I A = -lgT = -lg
I
I0
样品
吸光度（absorbance, A）
吸收光谱（absorption spectrum）
吸
1
光 度 （A）
（nm）
1 1 2 3 4 5 6 … n
末端吸收
（end absorption）
吸收峰（peak）
肩峰（shoulder peak）
（Reference sample）
A标
A样 =
C标 C样
C标·A样 C样=
A标
• 要求：标准溶液的浓度应尽量接近样品浓度
（多组分）样品的定量方法
A Aa Ab Ac (Ea Ca Eb Cb Ec Cc )l
同单组分定量法 Cb=（A-Aa）/Eb 计算分光光度法
• 从分光器得到的单色光中，还有一些不在谱带宽度范围内 的与所需波长相隔较远的光，称为杂散光（stray light）。 • 是不用末端吸收的原因。
散射光和反射光 • 吸光质点对入射光有散射作用，入射光在吸收池内外界 面之间通过时又有反射作用。散射光和反射光，都是入 射光谱带宽度内的光，对透射光强度有直接影响。 • 是空白对比补偿的原因。
3.B带
• 是芳香族（包括杂芳香族）化合物的特征吸收带。 4.E带
• 也是芳香族的特征吸收峰，由苯环中三个乙烯组成的环状
共轭系统引起的*跃迁所产生,分为E1带（180nm）和 E2带（200nm），均属强吸收。
5.电荷转移吸收带
• 是许多无机物和某些有机物混合而得的分子配合物，在
外来辐射激发下强烈地吸收紫外可见光，从而获得可见 或紫外吸收带。
max ＝ 295.5nm （29 000）
二苯乙烯顺反异构体的紫外吸收光谱
2.跨环效应
O C S
3. 溶剂效应
4. pH的影响
•
What is UV-Vis spectrophotometry?
•
•
Basic principles of UV-Vis?
How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
• 增色效应和减色效应：由于化合物结构改变或其他原因，
使吸收强度增加称增色效应；使吸收强度减弱称减色效应。 • 强带和弱带（strong band & weak band）：摩尔吸光系数 值大于104的吸收峰称为强带；小于102的吸收峰称为弱带。
吸收带（absorption band）及其与分子结构的关系 1.R带 • 由 n* 跃迁所产生的吸收带，是杂原子的不饱和基团， 如C=O、-NO2、-N=N-等发色团的特征。 • 特点：
① 处于长波长区（～300nm），弱吸收。
② 溶剂极性增强，λmax短移。 ③ 附近有强吸收峰时，R带长移或被掩盖。
2.K带 • 由共轭双键*跃迁所产生的吸收带。
• 特点：
① 一般出现在较短波长区，210～250nm。 ② 为强吸收，εmax＞104 ③ 共轭双键增加，吸收峰长移，强度增加。
谷（valley）
•
What is UV-Vis spectrophotometry?
•
•
Basic principles of UV-Vis?
How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
I0
I
样品
Absorption
Incoming photon is
• 有一化合物在醇溶液中的max为240nm, 其为1.7104 ，分 子量为314.47。试问配制什么样浓度（g/100ml）测定含量 最为合适。
（3.70×10-4～1.29×10-3）
2.讯号噪音 • 讯号噪音亦称讯号散粒噪音。光敏元件受光照射时的电 子迁移，每一单位时间中电子迁移数量是不相等的，而 是在某一均值周围的随机数，形成测量光强时的不确定 性。随机数变动的幅度随光照增强而增大，与光的波长
的吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加的基团 （如–
OH, –X）
• 红移（red shift）：亦称长移，由于化合物的结构改变，
如发生共轭作用，引入助色团以及溶剂改变等，使吸收峰 向长波方向移动。 • 蓝（紫）移（blue shift）：亦称短移，当化合物的结构改 变或受溶剂影响使吸收峰向短波方向移动。
absorbed by the atom
orbital
*orbital
orbital
* orbital n （p） electron
Electronic transitions * * E n anti-bonding * n* * anti-bonding n* non-bonding bonding bonding * >n* *> n*
（二）标准曲线法
max
A
200 240 280 320 360 400 440nm
标准曲线 （A=aC+b,r）
A Ax 0
Cx
Concentration
要求 1. r＞0.999 2. n为 5～7 3.待测浓度尽量在标准曲线中间位置
（三）对照法
标准样品
待测样品 （Unknown sample）
偏离Beer定律的因素
（一） 化学因素
• 溶液中溶质可因浓度改变而有离解、缔合与溶剂间的作 用等原因,而发生偏离Beer定律的现象。对此可控制溶液 浓度、pH等条件而设法减免。
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱
（a）亚甲蓝阳离子溶液
（6.36×10-6 mol/L） （b）亚甲蓝阳离子溶液
（1.27×10-4 mol/L）
分析化学
第十一章
紫外-可见分光光度法
紫外-可见分光光度法
Ultraviolet Light （200~380nm） +
Visible Light （380~800nm）
Ultraviolet & Visible Spectrophotometry （UV-Vis）
紫外-可见分光光度法
• • • • 四大光谱之一 灵敏度较高（10-6g/ml） 应用广泛 定量分析（定性鉴别, 结构鉴定）
versatility, speed, accuracy and cost-effectiveness”. ——Principles of Instrumental Analysis
•
• •
What is UV-Vis spectrophotometry?
Basic principles of UV-Vis? How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
跃迁类型
* n*
峰位
＜150nm ~200nm
强弱
弱 较强
分子基团
饱和烃类
举例
CH3-CH3 （max=135nm） 含-OH, -NH2 CH3Cl
-X,-S等
* ~200nm 强
（max=215nm
=140）
含不饱和键 CH2=CH2 分子 （max=165nm
=10 000）
（c）亚甲蓝阳离子溶液 （5.97×10-4 mol/L）
（二） 光学因素
非单色光 • 为了保证透过光的强度对检测器有明显的响应，狭缝就 必须有一定的宽度，这就使分离出来的光，同时包含了 所需波长的光和附近波长的光，即是具有一定波长范围 的光。这一宽度称为谱带宽度。 • 是采用峰值测定的原因。
杂散光
1.吸收峰 2.谷 3.肩峰 4.末端吸收
（二）对比吸光度（吸光系数）的比值
A1 E 1Cl E 1 A2 E 2Cl E 2
举例：UV-Vis法鉴别维生素B12注射液
361nm
278nm 550nm
【鉴别】 • 取含量测定项下的溶液，照紫外可见分光光度法（通则）测 定，在361nm与550nm 的波长处有最大吸收，361nm波长处 的吸光度与550nm波长处的吸光度的比值应为3.15～3.45
6.配位体场吸收带
• 是过渡金属水合离子和显色剂所形成的配合物，吸收适 当波长的可见光（或紫外光），从而获得的吸收带。
O CH 3 C
R带 CH 2 CH CH CH CH2
K带
影响吸收带的因素 1.位阻影响
H
C C H H
C
C H
顺式二苯乙烯
反式二苯乙烯
max ＝ 280nm （10 500）
及光敏元件的品质有关。
• • •
How UV-Vis is applied in quantitative analysis? How UV-Vis is applied in qualitative analysis? UV Spectrophotometer
一、定性鉴别
（一）对比吸收光谱特征数据
• 对乙酰氨基酚 • 阿替洛尔 • 青蒿素 • 鱼肝油 • 维生素A、维生素B2、维生素B12 • ……
“In many applications, other techniques could be employed
but none rival UV-Vis spectrophotometry for its simplicity,
n* 200~400nm 较弱 含有杂原子 不饱和基团 丙酮 （max=279nm =10~30）
常用术语 • 生色团（chromophore）：有机化合物分子结构中含有 *或n*跃迁的基团，能在紫外可见光范围内产生 吸收的原子团（如–C=C–） • 助色团（auxochrome）：含有非键电子的杂原子饱和基团， 当它们与生色团或饱和烃相连时，能使该生色团或饱和烃
•
What is UV-Vis spectrophotometry?
•
•
Basic principles of UV-Vis?
How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
I0
I T=
I I0
透射光强 入射光强
样品
透光率（transmittance, T）
非平行光
• 通过吸收池的光，一般都不是真正的平行光，倾斜光通 过吸收池的实际光程将比垂直照射的平行光的光程长。 • 这种测量时实际厚度的变异也是同一物质用不同仪器
测定吸光系数时，产生差异的主要原因之一。
（三）透光率测量误差
1.暗噪音（dark noise） • 暗噪音是光电检测器或热检测器与放大电路等各部件的 不确定性引起的，与光讯号无关，可视为一个常量。其 在A为0.2～0.7范围内，造成相对误差较小，为测量最 适宜范围。
分光光度法的基本定律
——朗伯-比尔定律
朗伯-比尔定律 • 描述物质对单色光的吸收（absorbance, A）与它的浓度
（concentration）和厚度（thickness）间关系的定律。
A
Lambert-Beer Law • Lambert’s Law
（A vs. thickness）
• Beer’s Law
计算分光光度法 • 计算分光光度法是运用数学、统计学与计算机科学的
方法，通过试验设计与数据的变换和解析，对物质进
行定性定量的方法，属于化学计量学（ Chemometrics ）的范畴。
双波长法 图解法
系数倍率法
三波长法 …… 主成分分析法
数值计算法
信号处理法-卡尔曼滤波法
矩阵解法 导数光谱法 偏最小二乘法 ……
来自百度文库
计算分光 光度法
数学变换法
正交函数法 褶合光谱法 ……
双波长法
M(混合)
a(待测) 2
A 1
b(干扰)
a b A 1 A1 A1 b Ab A 2 1
b A2 Aa A 2 2
a a a ΔA A 2 A1 A a A (E E 2 1 2 1 )Ca l
（A vs. concentration）
吸光系数
A＝ ECl
吸光度
厚度
浓度
吸光系数（absorptivity, E）
• 吸光物质在单位浓度及单位厚度时的吸光度
1. 摩尔吸光系数
• 是指在一定波长时，溶液浓度为1mol/L，厚度为1cm的吸 光度，用表示。 2. 百分吸光系数 • 是指在一定波长时，溶液浓度为1％（W/V），厚度为 1cm的吸光度，用
M 1% E 10 1cm
（单组分）样品的定量方法 （一） 吸光系数法
（二） 标准曲线法
（三） 对照法
（一）吸光系数法
A= ECl
例
• 维生素B12的水溶液在361nm处的
值是207，盛于1cm
吸收池中，测得溶液的吸光度为0.414，则溶液浓度为： C= A El = 0.414 207×1 = 0.002（g/100ml）
I0
I A = -lgT = -lg
I
I0
样品
吸光度（absorbance, A）
吸收光谱（absorption spectrum）
吸
1
光 度 （A）
（nm）
1 1 2 3 4 5 6 … n
末端吸收
（end absorption）
吸收峰（peak）
肩峰（shoulder peak）
（Reference sample）
A标
A样 =
C标 C样
C标·A样 C样=
A标
• 要求：标准溶液的浓度应尽量接近样品浓度
（多组分）样品的定量方法
A Aa Ab Ac (Ea Ca Eb Cb Ec Cc )l
同单组分定量法 Cb=（A-Aa）/Eb 计算分光光度法
• 从分光器得到的单色光中，还有一些不在谱带宽度范围内 的与所需波长相隔较远的光，称为杂散光（stray light）。 • 是不用末端吸收的原因。
散射光和反射光 • 吸光质点对入射光有散射作用，入射光在吸收池内外界 面之间通过时又有反射作用。散射光和反射光，都是入 射光谱带宽度内的光，对透射光强度有直接影响。 • 是空白对比补偿的原因。
3.B带
• 是芳香族（包括杂芳香族）化合物的特征吸收带。 4.E带
• 也是芳香族的特征吸收峰，由苯环中三个乙烯组成的环状
共轭系统引起的*跃迁所产生,分为E1带（180nm）和 E2带（200nm），均属强吸收。
5.电荷转移吸收带
• 是许多无机物和某些有机物混合而得的分子配合物，在
外来辐射激发下强烈地吸收紫外可见光，从而获得可见 或紫外吸收带。
max ＝ 295.5nm （29 000）
二苯乙烯顺反异构体的紫外吸收光谱
2.跨环效应
O C S
3. 溶剂效应
4. pH的影响
•
What is UV-Vis spectrophotometry?
•
•
Basic principles of UV-Vis?
How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
• 增色效应和减色效应：由于化合物结构改变或其他原因，
使吸收强度增加称增色效应；使吸收强度减弱称减色效应。 • 强带和弱带（strong band & weak band）：摩尔吸光系数 值大于104的吸收峰称为强带；小于102的吸收峰称为弱带。
吸收带（absorption band）及其与分子结构的关系 1.R带 • 由 n* 跃迁所产生的吸收带，是杂原子的不饱和基团， 如C=O、-NO2、-N=N-等发色团的特征。 • 特点：
① 处于长波长区（～300nm），弱吸收。
② 溶剂极性增强，λmax短移。 ③ 附近有强吸收峰时，R带长移或被掩盖。
2.K带 • 由共轭双键*跃迁所产生的吸收带。
• 特点：
① 一般出现在较短波长区，210～250nm。 ② 为强吸收，εmax＞104 ③ 共轭双键增加，吸收峰长移，强度增加。
谷（valley）
•
What is UV-Vis spectrophotometry?
•
•
Basic principles of UV-Vis?
How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
I0
I
样品
Absorption
Incoming photon is
• 有一化合物在醇溶液中的max为240nm, 其为1.7104 ，分 子量为314.47。试问配制什么样浓度（g/100ml）测定含量 最为合适。
（3.70×10-4～1.29×10-3）
2.讯号噪音 • 讯号噪音亦称讯号散粒噪音。光敏元件受光照射时的电 子迁移，每一单位时间中电子迁移数量是不相等的，而 是在某一均值周围的随机数，形成测量光强时的不确定 性。随机数变动的幅度随光照增强而增大，与光的波长
的吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加的基团 （如–
OH, –X）
• 红移（red shift）：亦称长移，由于化合物的结构改变，
如发生共轭作用，引入助色团以及溶剂改变等，使吸收峰 向长波方向移动。 • 蓝（紫）移（blue shift）：亦称短移，当化合物的结构改 变或受溶剂影响使吸收峰向短波方向移动。
absorbed by the atom
orbital
*orbital
orbital
* orbital n （p） electron
Electronic transitions * * E n anti-bonding * n* * anti-bonding n* non-bonding bonding bonding * >n* *> n*
（二）标准曲线法
max
A
200 240 280 320 360 400 440nm
标准曲线 （A=aC+b,r）
A Ax 0
Cx
Concentration
要求 1. r＞0.999 2. n为 5～7 3.待测浓度尽量在标准曲线中间位置
（三）对照法
标准样品
待测样品 （Unknown sample）
偏离Beer定律的因素
（一） 化学因素
• 溶液中溶质可因浓度改变而有离解、缔合与溶剂间的作 用等原因,而发生偏离Beer定律的现象。对此可控制溶液 浓度、pH等条件而设法减免。
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱
（a）亚甲蓝阳离子溶液
（6.36×10-6 mol/L） （b）亚甲蓝阳离子溶液
（1.27×10-4 mol/L）
分析化学
第十一章
紫外-可见分光光度法
紫外-可见分光光度法
Ultraviolet Light （200~380nm） +
Visible Light （380~800nm）
Ultraviolet & Visible Spectrophotometry （UV-Vis）
紫外-可见分光光度法
• • • • 四大光谱之一 灵敏度较高（10-6g/ml） 应用广泛 定量分析（定性鉴别, 结构鉴定）
versatility, speed, accuracy and cost-effectiveness”. ——Principles of Instrumental Analysis
•
• •
What is UV-Vis spectrophotometry?
Basic principles of UV-Vis? How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
跃迁类型
* n*
峰位
＜150nm ~200nm
强弱
弱 较强
分子基团
饱和烃类
举例
CH3-CH3 （max=135nm） 含-OH, -NH2 CH3Cl
-X,-S等
* ~200nm 强
（max=215nm
=140）
含不饱和键 CH2=CH2 分子 （max=165nm
=10 000）
（c）亚甲蓝阳离子溶液 （5.97×10-4 mol/L）
（二） 光学因素
非单色光 • 为了保证透过光的强度对检测器有明显的响应，狭缝就 必须有一定的宽度，这就使分离出来的光，同时包含了 所需波长的光和附近波长的光，即是具有一定波长范围 的光。这一宽度称为谱带宽度。 • 是采用峰值测定的原因。
杂散光
1.吸收峰 2.谷 3.肩峰 4.末端吸收
（二）对比吸光度（吸光系数）的比值
A1 E 1Cl E 1 A2 E 2Cl E 2
举例：UV-Vis法鉴别维生素B12注射液
361nm
278nm 550nm
【鉴别】 • 取含量测定项下的溶液，照紫外可见分光光度法（通则）测 定，在361nm与550nm 的波长处有最大吸收，361nm波长处 的吸光度与550nm波长处的吸光度的比值应为3.15～3.45
6.配位体场吸收带
• 是过渡金属水合离子和显色剂所形成的配合物，吸收适 当波长的可见光（或紫外光），从而获得的吸收带。
O CH 3 C
R带 CH 2 CH CH CH CH2
K带
影响吸收带的因素 1.位阻影响
H
C C H H
C
C H
顺式二苯乙烯
反式二苯乙烯
max ＝ 280nm （10 500）
及光敏元件的品质有关。
• • •
How UV-Vis is applied in quantitative analysis? How UV-Vis is applied in qualitative analysis? UV Spectrophotometer
一、定性鉴别
（一）对比吸收光谱特征数据
• 对乙酰氨基酚 • 阿替洛尔 • 青蒿素 • 鱼肝油 • 维生素A、维生素B2、维生素B12 • ……
“In many applications, other techniques could be employed
but none rival UV-Vis spectrophotometry for its simplicity,
n* 200~400nm 较弱 含有杂原子 不饱和基团 丙酮 （max=279nm =10~30）
常用术语 • 生色团（chromophore）：有机化合物分子结构中含有 *或n*跃迁的基团，能在紫外可见光范围内产生 吸收的原子团（如–C=C–） • 助色团（auxochrome）：含有非键电子的杂原子饱和基团， 当它们与生色团或饱和烃相连时，能使该生色团或饱和烃
•
What is UV-Vis spectrophotometry?
•
•
Basic principles of UV-Vis?
How UV-Vis is applied in quantitative analysis?
I0
I T=
I I0
透射光强 入射光强
样品
透光率（transmittance, T）
非平行光
• 通过吸收池的光，一般都不是真正的平行光，倾斜光通 过吸收池的实际光程将比垂直照射的平行光的光程长。 • 这种测量时实际厚度的变异也是同一物质用不同仪器
测定吸光系数时，产生差异的主要原因之一。
（三）透光率测量误差
1.暗噪音（dark noise） • 暗噪音是光电检测器或热检测器与放大电路等各部件的 不确定性引起的，与光讯号无关，可视为一个常量。其 在A为0.2～0.7范围内，造成相对误差较小，为测量最 适宜范围。
分光光度法的基本定律
——朗伯-比尔定律
朗伯-比尔定律 • 描述物质对单色光的吸收（absorbance, A）与它的浓度
（concentration）和厚度（thickness）间关系的定律。
A
Lambert-Beer Law • Lambert’s Law
（A vs. thickness）
• Beer’s Law
计算分光光度法 • 计算分光光度法是运用数学、统计学与计算机科学的
方法，通过试验设计与数据的变换和解析，对物质进
行定性定量的方法，属于化学计量学（ Chemometrics ）的范畴。
双波长法 图解法
系数倍率法
三波长法 …… 主成分分析法
数值计算法
信号处理法-卡尔曼滤波法
矩阵解法 导数光谱法 偏最小二乘法 ……
来自百度文库
计算分光 光度法
数学变换法
正交函数法 褶合光谱法 ……
双波长法
M(混合)
a(待测) 2
A 1
b(干扰)
a b A 1 A1 A1 b Ab A 2 1
b A2 Aa A 2 2
a a a ΔA A 2 A1 A a A (E E 2 1 2 1 )Ca l
（A vs. concentration）
吸光系数
A＝ ECl
吸光度
厚度
浓度
吸光系数（absorptivity, E）
• 吸光物质在单位浓度及单位厚度时的吸光度
1. 摩尔吸光系数
• 是指在一定波长时，溶液浓度为1mol/L，厚度为1cm的吸 光度，用表示。 2. 百分吸光系数 • 是指在一定波长时，溶液浓度为1％（W/V），厚度为 1cm的吸光度，用