第三章 紫外可见吸收光谱分析法

ε1(CrO42- ) 1.84×103 4.81×103 1.88×103
ε2(Cr2O72- ) 10.7×102 7.24×102 1.89×102
求1.00×10-4 、 2.00×10-4 、 3.00×10-4 、4.00×10-4 M K2Cr2O7 溶液在 PH 5.60缓冲溶液中,用一厘米比色池在345、 370、400nm波长处测定时的吸光度?并分别于345 nm, 370 nm 及400 nm作吸光度对浓度的曲线，比较偏离吸收定律的原因。
按用途分: 常用比色池 0.5, 1.0, 1.5, 2.0厘米 微 量 池 0.5毫升以下 流 动 池 5-11微升
按材料不同分:
玻璃池
340-1000nm
石英池
200-340nm
紫外级石英池 185-220nm
吸收池的光学面必须严格垂直于光束方向。
(四) 检测器 ( Detectors )
作用: 光信号转变为电信号。
(CH3)3N 227
140 2520 600 100 900
C.ｎ→π*跃迁 和π→π*跃迁
● ●
产生有机物最为有用的吸收光谱,ｎ电子和π电子比较 容易激发,吸收峰波长>200nm，该两类跃迁要求分子中含有 不饱和的官能团，含有π键的基团就称为生色团或发色团。
这两类跃迁的吸收峰强度不同，前者的摩尔吸收系数 很低，仅在10－100范围内 ，后者这比前者大100－1000倍。
A. 几种光检测器性能的比较
光电池
光电管
波长(nm)
(Wavelength)
(photocells)
400-750
响应速度
慢
(Speed of response)
(phototubes)
190-650(蓝敏) 600-1000(红敏)
约10-8 秒
性能：
吸收滤片 光谱通带宽度(nm) 20-30 透 过 率( T% ) 5-20%
干涉滤光片 10-15 40-60%
3. 棱镜和光栅单色器
光谱通带宽度 少于 1nm 组成: 狭缝、色散元件、准直元件（ 透镜 、反射镜 ）
棱镜和光栅单色器比较
●棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据不同 波长的光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长分开。由 于玻璃会吸收紫外光，所以玻璃棱镜只适用于350～3200nm的 可见和近红外光区波长范围。石英棱镜适用的波长范围较宽， 为185～4000nm，即可用于紫外、可见、红外三个光谱区域。
由ｎ→σ* 跃迁而产生的吸收
化合物 最大波长 摩尔吸收系数 化合物 最大波长 摩尔吸收系数
(nm)
(nm)
H2O
167
CH3OH 184
CH3Cl 173
CH3Br 204
CH3I
258
1480 150 200 200 365
(CH3)2S
229
(CH3)2O 184
CH3NH2 215
(CH3)2NH 220
例 子 溶 剂 λmax(nm) 摩尔吸收系数 跃迁类型
烯烃 C6H13CH＝CH2 正庚烷 177 178
13000 π→π* 10000
炔 C5H11≡CCH3 正庚烷
196
225
2000 165
π→π*
酮 (CH3)2C=O
280
醛 CH3CH=O
293
其它 CH3C(NH2)=O
214
CH3NO2
280
CH3N=NCH3
339
16
n→π*
12
n→π*
60
n→π*
22
n→π*
5
n→π*
3.分子结构和光谱的相互关系
A.共轭效应（Conjugation effect )
当分子含有多个π键,并且被单键隔开时,共轭 效应增加,π→π* 跃迁能量更低,吸收光谱最大吸 收峰向长波方向移动,摩尔吸收系数增大。称红移 效应(red shift effect)。
放电十分稳定，光强度且恒定。氘灯的灯管内充有氢同位素氘，其光谱分布与氢灯类似， 但光强度比同功率的氢灯大3～5倍，是紫外光区应用最广泛的一种光源。
(二) 单色器
1. 要求特性
A.高效能 B.宽波长范围 C.容易调节波长 D.好的波长精度和重现性 E.高的光谱纯度 F.好的机械稳定性
2. 滤光片单色器 组成: 入口狭缝、 滤光片、 出口狭缝
●
C.ｎ键轨道
●
如： -C－Br: -C—O:H -C－N:H
D. σ*反键轨道
E. π*反键轨道
σ，π，n 键轨道为基态轨道 σ*，π*为激发态轨道
2、分子电子能级和跃迁
σ→σ*，ｎ→σ*，π→σ*,ｎ→π* , σ→π* ， π→π*.
σ*
π*
σ→σ*
π→σ* ｎ→σ*
σ→π* π→π*
ｎ→π*
基团中含有n 电子且与π相邻时，同 样也发生类似的红移现象。
λmax 165(nm)
H
CHl
CC
H
H
λmax 170(nm)
H
Cl
CC
H
H
B. 含有n电子芳香体系,最大吸收向紫外方向移 动。称蓝移效应(blue shift effect)。
N
S
N
O
H
254nm 250nm 232nm 217nm 210nm
解： ∵ K＝[Cr2O72- ] / [CrO42-]2×[H+]2 = 4.2×1014……. ① 又∵ PH 5.60 故可求出[H+]。 设[Cr2O72- ] ＝X， [CrO42-]＝ 4.00×10-4 M －X 代入①式即可求出[Cr2O72- ] 、[CrO42-]的浓度。 又 ∵ Atotal ＝A1 +A2＝ε1C1L+ε2C2L 不同波长下的 ε1、C1、L、ε2 、C2、均已知，故可
E( * ) E(n * ) E( * ) E(n * )
由ｎ→π*, π→π*跃迁而产生的吸收
Molecule Acetone O
‖ CH3-C-CH3
transition ｎ→π*
λmax(nm) 290
Benzene
π→π*
254
生色团
ｎ→π* 和π→π* 跃迁的吸收特征
ｎ
π
σ
激发态
Hale Waihona Puke 基态A.σ→σ* 跃迁△E 较大,跃迁发生在远紫外区,波长范围低于 200nm。如甲烷(125nm),乙烷 (135 nm)。
B.ｎ→σ* 跃迁
● ●
△E 较σ→σ* 跃迁要小,跃迁发生在150--250nm波 长范围内，如含有杂原子饱和烃衍生物。摩尔吸收系 数一般在100-300范围内。
钨灯
钨卤灯
使用范围(nm) 330-2500 200-900
输出能量 15%在可见区 高
与V4成正比
寿命
长
长
氘灯 190-370
高
短
钨灯和碘钨灯可使用的波长范围为340～2500nm。这类光源的辐射能量与施加的外加电压 有关，在可见光区，辐射的能量与工作电压的4次方成正比，光电流也与灯丝电压的n次方 (n＞1)成正比。因此，使用时必须严格控制灯丝电压，必要时须配备稳压装置，以保证光 源的稳定。氢灯和氘灯可使用的波长范围为160～375nm，由于受石英窗吸收的限制，通常 紫外光区波长的有效范围一般为200～375nm。灯内氢气压力为102Pa时，用稳压电源供电，
正常时： T＝I/I0 ，但当有杂散光I1时： T ＝（I + I 1）／（I0 + I1）
➢ 非单色光对比尔定律产生偏离：
➢ 化学因素的影响：
例: 2CrO42- + 2H+ ＝ Cr2O72- + H2O 已知：平衡常数为4.2×1014。 不同波长测定时的摩尔吸收系数为:
λ(nm) 345 370 400
求出各波长下的吸光度A。
3、偏离Beer-Lambert定律的因素
A
偏离线性
通常当C<0.01M时,呈线性
偏离线性
C
原因：A. 定律本身偏离线性 K＝ｆ(n) n＝ｆ(C) ∴ K＝ｆ(C) , 故K不是常数。
B. 定律本身的假设难以满足 严格的单色光 理想溶液
C. 由仪器性能引起 如仪器的杂散光(非吸收光)引起偏离线性。
C. 助色团: 一些原子和原子团不吸收200-800nm范围
内的光,但与生色团结合后,具有能使生色团的吸 收峰向长波或短波方向移动的作用,这样的原子 或原子团称为助色团。
-CH3
-OH -NH2 -NO2
H
C H
C C
H
HH
H
Cl
CC
H
H
助色团可以产生以下效应：
λmax向长波方向移动，即红移效应； λmax向短波方向移动，即蓝移效应。 εmax增大，即增色效应； εmax减小，即减色效应。
OH
NH2
λmax 256nm 270nm
εmax 200
1450
280nm 1430
二、定量分析的基础－Beer - Lambert定律
吸收
入射 (I0)
荧光(If)
透过 (I)
反射(Ir)
← L→
I ───＝T
I0
T 透过率
散射(Is)
1. 比尔-朗伯定律
当令A＝－ logT时
可以得到 A＝ KCL
常用的光源有热辐射光源和气体放电光源。利用固体灯丝材料高温放热产生的辐射作为光源的是热辐射光源。如钨灯、 卤钨灯。两者均在可见区使用,卤钨灯的使用寿命及发光效率高于钨灯。气体放电光源是指在低压直流电条件下,氢或
2. 常用光源 氘气放电所产生的连续辐射。一般为氢灯或氘灯,在紫外区使用。这种光源虽然能提供至160nm的辐射,但石英窗口材料 使短波辐射的透过受到限制(石英 200nm,熔融石英 185nm),而大于360nm时,氢的发射谱线叠加于连续光谱之上,不宜使 用。
当 C 为摩尔浓度时, K用ε表示, ε称摩尔吸收系数。升/摩尔.厘米 当 C 为mg/ml时, 用K表示，K单位为ml/mg.cm。 K的常用单位还有: K1%1cm 或 E1%1cm
即：表示1%样品浓度在一厘米比色池中比色时的K值。
T与A的关系
T 100% 50% 25% 10% 1.0% 0.1% 0.01% 0.001% 0%
不同波长测定时的摩尔吸收系数为:
λ(nm) ε1(CrO42- )
345
1.84×103
ε2(Cr2O72- ) 10.7×102
370
4.81×103
7.24×102
400
1.88×103
1.89×102
求4.00×10-4 M K2Cr2O7 溶液在 PH 5.60缓冲溶液中,用一厘 米比色池在345、370、400nm波长处测定时的吸光度?
第二节 紫外可见分光光度计
一. 分光光度计的组成
(一) 光源
1. 理想光源的特性
A.高强度( High intensity) B.宽波长( Wide spectral range) C.稳输出( Stable output) D.长寿命( Long life ) E.低价格 ( Low cost) F. 宜尺寸( Optimum size)
A 0 0.301 0.602 1.00 2.0 3.0 4.0
5.0
上述说明：T值为0％至100％内的任何值。 A值可以取任意的正数值。
2. 浓度测量中相对误差与透光率和吸光度的关系
-logT＝KCL .......①； -0.4343.dT/T＝KLdC........② 即: △C/C＝0.4343 △T/T logT
●光栅是利用光的衍射和干涉作用制成的。它可用于紫外、可 见和近红外光谱区域，而且在整个波长区域中具有良好的、 几乎均匀一致的色散率，且具有适用波长范围宽、分辨本领 高、成本低、便于保存和易于制作等优点，所以是目前用的 最多的色散元件。其缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。
(三)、样品池 ( Sample cell )
Uv-vis分析可以用来干什么？
定性分析:
*定量分析:
比 色 法
第一节 基本原理
一、紫外可见吸收光谱与分子结构的关系
1. UV-Vis吸收的化学由来
分子外层电子的分子轨道可以分为五种： σ成键、σ* 反键轨道,π成键、π*反键轨道,ｎ非键轨道。 A. σ分子轨道
如: -C－CB.π键轨道 如: C＝C C＝O -N＝N-
第三章 紫外可见吸收光谱分析法
Ultraviolet Visible Spectrophotometer 简称 UV-Vis
什么叫Uv-vis吸收光谱分析法？
紫外-可见分光光度法是利用物质的分子对 紫外-可见光谱区（一般认为是200～800nm）的 辐射的吸收来进行的一种仪器分析方法。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，它广泛用于无机和有机物质 的定性和定量分析。
设T的测量误差△T为的0.005，
3. Beer--Lambert定律在混合物中的表达式
Atotal ＝A1 +A2 +A3 +···+An ＝ε1C1L+ε2C2L+ε3C3L+···+εnCnL
例: 2CrO42- + 2H+ ＝ Cr2O72- + H2O 已知：平衡常数为4.2×1014。