第七章、紫外可见吸收光谱法

2. 双波长分光度计
光源
单色器 检测器 单色器 切光器 吸收池
双波长分光光度计示意图
通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差A。
I A1 lg 0 1 bc AB1 I 1
减，得
A2 lg
I0 2 bc AB2 I 2
AB1和AB2分别为在1和2处的背景吸收，当1和2 相近时，背景吸收近似相等。二式相
三、紫外可见分光光度计在食品分析中的应用
1 维生素类的测定（维生素c,维生素 B6)；
2 食品添加剂的测定（苯甲酸，亚硝酸钠等）
3 糖类的测定（果糖，甘露糖等）；
4 其他成分的测定。（谷氨酸等）
定
义
其它表示方法
辐射能 P, P0 1 秒内照在 1cm2 面积上的能量 光强 I0，I 吸光度 A 透过率 T 光程 l
(erg)
光学密度 D；消光 值E 透射比，透光度 b, d 吸收系数 摩尔吸光系数
log(P0/P)或 log(I0/I) P0/P 或 I0/I
吸光系数 a 待测物液层厚度
摩 尔 吸 收 系 A/bc(c, g/L) 数
ΔΕ ΔΕe ΔΕv ΔΕr
其中Ee最大：1-20 eV; Ev次之：0.05-1 eV; Er最小：0.05 eV
不同物质结构不同或者说
其分子能级的能量 ( 各种能级 能量总和 ) 或能量间隔各异， 因此不同物质将选择性地吸收 不同波长或能量的外来辐射， 这是UV-Vis定性分析的基础。 定性分析具体做法是让不 同波长的光通过待测物，经待 测物吸收后，测量其对不同波 长光的吸收程度 ( 吸光度 A) ， 以吸光度 A 为纵坐标，辐射波 长为横坐标作图，得到该物质 的吸收光谱或吸收曲线，据吸 收曲线的特性 ( 峰强度、位置
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。
3）空间异构效应---红移
如CH3I(258nm), CH2I2(289nm), CHI3(349nm)
c）溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；
d）胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失。
第三节 紫外-可见分光光度计的组成
紫外-可见光度计仪器由光源、单色器、吸收池和检测器四部分组成。 一、光源 对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。
1. 钨及碘钨灯：340~2500 nm，多用在可见光区；
例如 H2O分子的轨道：
oo C O o o = = o=n
-*：C-H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于
真空紫外区；
-* 和-*跃迁：尽管所需能量比上述-*跃迁能量小，但波长仍处于
真空紫外区； n-*：含有孤对电子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl (173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)
A/bc(c, mol/L)
二、朗伯-比尔(Lambert-Beer) 定律
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
A abc
当浓度以mol/L表示时，称 k 为摩尔吸光系数，以 表示，即
波长并与实测值对比。
Woodward-Fieser规则
Woodward-Fieser规则估算最大吸收波长的几个实例：
基值
CH2
217 45 25 0 20 10 0 247 nm
基值 五个烷基取代 二个环外双键 共轭双键延长 55 25 130
217 25 10 30 282 nm
五个烷基取代 四 二个环外双键 共轭双键延长 计算值(max)
一、分子吸收光谱的形成
1. 过程：运动的分子外层电子 --------吸收外来辐射 ------产生电子能级跃 迁-----分子吸收谱。 I0 It M h M* h 2. 能级组成：除了电子能级(Electron energy level)外，分子吸收能量将伴 随着分子的振动和转动，在发生电子能级跃迁时，伴有振 - 转能级的跃 迁，形成所谓的带状光谱。 因此，分子的能量变化E为各种形式能量变化的总和：
UV-Vis分光光度
化合物母体及取代基
波长/nm
法的应用
一、定性分析 1. 制作试样的吸收曲线并与标 准紫外光谱对照； 2. 利 用 Woodward-Fieser 和 Scott 经验规则求最大吸收波 长。 即，当通过其它方法获得 一系列可能的分子结构式后， 可通过此类规则估算最大吸收
(无环多烯或异环二烯) 环内双键 增加一个共轭双键 环外双键 烷基取代基 —O— —O—R —S—R —Cl, —Br —NR2 基 数 ： 217 nm 36 30 5 5 0 6 30 5 60
A lg
I 1 I 2
A2 A1 ( 2 1 )bc
这表明，试样溶液浓度与两个波长处的吸光度差成正比。
特点：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液 (消除了由于参比
池的不同和制备空白溶液等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。
第四节
计算值(max)
基值
基值 四个烷基取代 二个环外双键 计算值(max) 实测值(max) 4 5 2 5 217 20 10 247 nm 247 nm
ACO
217 136 35 230 55 10 36 15 60 25 0 353 nm 355 nm
同环二烯 三个环外双键 共轭双键延长 五个烷基取代 酰氧基取代
红移或蓝移: 在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸 收峰向长波方向（红移）或短波方向移动（蓝移）的现象。 那么促使分子发生红移或蓝移的因素有哪些呢？
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
4）取代基：红移或蓝移。
取代基为含源自文库对电子，如-NH2、-OH、-Cl，可使分子红移；取代基 为斥电子基，如-R，-OCOR，则使分子蓝移。
苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多产生红移。
5）pH值：红移或蓝移 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，随溶剂极性
增加，激发态比基态能量有更多的下降，发生红移。 随溶剂极性增加，吸收光谱变得平滑，精细结构消失。
第二节
一、 几个术语
术语、符号
吸收光谱的测量-----Lambert-Beer 定律
可见光区；后者只适于可见光区。有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。
四、检测器：硒光电池、光电倍增管、二极管阵列检测器
二、紫外可见光度计仪器 分光光度计分为单波 长和双波长仪器。 1. 单波长分光光度计 (a) 单光束 (b) 双光束（空间分隔） (c) 双光束（时间分隔） 特点： 双光束方法因光束几乎 同时通过样品池和参比池 ，因此可消除光源不稳产 生的误差。
计算值(max) 实测值(max)
二、定量分析 1. 单组份定量方法
1）标准曲线法（略）
2）标准对比法： 该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为 cs的标准溶液，并
测量其吸光度，求出吸收系数k，然后由Ax=kcx求出cx
该法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律，且cx与cs大致相当时，才 可得到准确结果。
，可见，大多数波长仍小于 200nm，处于近紫外区。
以上四种跃迁都与 成键和反键轨道有关（ -* ， -* ， -* 和 n*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因 而在此不加讨论。 只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至 可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。
A bc
比 a 更常用。 越大，表示方法的灵敏度越高。 与波长有关，因此， 常以表示。
三、偏离 L-B 定律的因素
样品吸光度 A 与光程 b 总是成正比。但当 b 一定时，A 与 c 并不总 是成正比，即偏离 L-B 定律！这种偏离由样品性质和仪器决定。
1. 样品性质影响 a）待测物高浓度--吸收质点间隔变小—质点间相互作用—对特定辐射 的吸收能力发生变化--- 变化； b）试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配 体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化；
第七章
紫外-可见分光光度法
(Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, UV-Vis)
1 2 3 紫外-可见吸收光谱 吸收光谱的测量-----Lambert-Beer 定律 紫外-可见光度计仪器组成
4 UV-Vis分光光度法的应用
第一节 紫外-可见吸收光谱
2. 几个概念： 生色团：分子中含有非键或键的电子体系，能吸收特征外来辐射时并 引起n-* 和-*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色 团。 助色团：含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸 收强度的一些官能团，称之为助色团。常见助色团助色顺序为：
-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-
及数目等)研究分子结构。
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-*
-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
2. 氢灯和氘灯：160~375nm，多用在紫外区。 二、单色器(Mnochromator) 与原子吸收光度仪不同，在UV-Vis光度计中，单色器通常置于吸收 池的前面！（可防止强光照射引起吸收池中一些物质的分解） 三、吸收池(Cell，Container)： 用于盛放样品。可用石英或玻璃两种材料制作，前者适于紫外区和