第二章-紫外-可见光谱分析法

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第二章 紫外-可见 光谱分析法
第一节 概述
• 紫外-可见光谱分析法是基于物质分子对波长为 200-780nm区域内光辐射的吸收而建立起来的 分析方法。由于200-780nm光辐射的能量主要 与物质中原子的价电子的能级跃迁相适应,所以 紫外-可见分光光度法又称电子光谱法。
一、紫外-可见分光光度法分类
键),其孤对电子 n较σ键电子易于激发,使电子跃迁所需 能量减低,吸收波长较长,一般在150-250nm范围内。
• (3)π→π*跃迁 • 所需能量较小。 • 含有π电子的基团如烯类、炔类都能发生π→π*跃迁,非共轭的π→π*
跃迁所吸收的波长较短。 • 具有共轭双键的化合物,相间的π键与π键形成大π键,由于大π键各能
• (3)不同物质的吸收曲线,其形状和最大 吸收波长都各不相同。因此,可利用吸收曲 线来作为物质定性分析的依据。
四、有机化合物紫外-可见吸收光谱
• 1、紫外-可见吸收光谱 • 有机化合物的紫外-可见吸收光谱是由化合物分子中三种不同类型的价电子,
在各种不同能级上跃迁产生的。这三种不同类型的价电子是:形成单键的σ电 子、形成双键的π电子和氧或氮、硫、卤素等含未成键的n电子。
系为:
AlgTlg1lgI0 T It
• 2、朗伯定律
• 即当一束平行光照射到一固定浓度的溶液时,其吸光度
与光通过的液层厚度成正比,这就是朗伯定律,其数学
表达式为:
• A=k1b • 式中:b——液层厚度;

k1——比例系数。
• 3、比耳定律
• 当单色光通过液层厚度一定的有色溶液时,溶液的吸光度
1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。
5、吸光系数
• 吸光系数是吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。 • 吸光系数的特点 • (1)不随浓度和液层厚度的改变而改变。在温度和波长等条件一定时,吸光
系数仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物浓度无关,可作为定性鉴定的 参数。 • (2)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。εmax表明了该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。 • (3)εmax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。εmax>6×104L/(mol·cm)属于高灵敏度;εmax在1×104~6×104 L/(mol·cm)属于中等灵敏度,εmax<1×104L/(mol·cm)属于低灵敏度。
• 一、朗伯-比耳定律 • 1、透光度和吸光度
入射光 I0
透射光It
• 当一束辐射强度为I0的平行单色光垂直照射到一定浓度的均匀透明溶液时,
由于溶液的吸收,透过光的辐射强度变为It,则It与I0之比称为透光度,用T表
示:
T It I0
• 物质对光的吸收程度可用吸光度A表示,吸光度与光强度、透光度之间的关
1、入射光非单色性引起偏离
• 吸收定律成立的前提是入射光是单色光。但实际上, 一般单色器所提供的入射光并非是纯单色光,而是 由波长范围较窄的光带组成的复合光。而物质对不 同波长的吸收程度不同(即吸光系数不同),因而 导致了对吸光定律的偏离。
2、溶液的化学因素引起偏离
• 溶液中的吸光物质因离解、缔合,形成新的化合 物而改变了吸光物质的浓度,导致偏离吸收定律。 因此,测量前的化学预处理工作十分重要,如控 制好显色反应条件,控制溶液的化学平衡等,以 防止产生偏离。
6、吸光度的加和性
• 当溶液中有多种组分对光产生吸收时,且各组分之间不存 在相互作用时,测该溶液在某一确定波长下的总吸光度等 于各吸光度之和,即吸光度具有加和性。可用下式表示:
• A总=A1+A2+…+An=(ε1c1+ε2c2+…+εncn)b • 式中下角标指吸收组分1,2,…,n。吸光度的加和性主
目Baidu Nhomakorabea比色法
• 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。 标准系列
未知样品
光电比色法(分光光度法)
• 通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)
光电比色计结构示意图
二、紫外-可见分光光度法的特点
• 1.具有较高的灵敏度和一定的准确度,适用于微量组分的测定。
• 2.适用范围广 • 近年来,由于分光光度法的选择性和灵敏度都有所提高,几乎所有的
第四节 紫外-可见分光光度计
光源
参比
样品
0.575
单色器
吸收池
检测器
信号显 示系统
I0
AlgTlg1lgI0 bc T It
It
1.光源
• 光源的作用是供给符合要求的入射光。分光光度计对光源 的要求是:在使用波长范围内提供连续的光谱,光强应足 够大,有良好的稳定性,使用寿命长。
• 在可见区常用的光源为钨灯或卤钨灯,可用的波长范围为 320~1000nm;在紫外区常用的光源为氢灯和氘灯,它们 发射的连续光波长范围为185~375nm,其中氘灯的辐射 强度大、稳定性好、使用寿命长。
• 例1:已知含Fe3+浓度为500μg·L-1的溶液用KCNS显色, 在波长480nm处用2cm吸收池测得A=0.197,计算摩尔吸 光系数,铁的相对原子质量为55.85g/mol。
c(F3e)501 0 068.9 51 06(moL l1) 5.5 85
b Ac8.90 5.1 1 9 06721.1140(Lm o1lcm 1)
高锰酸钾的光吸收曲线
• (1)KMnO4溶液对不同波长的光的吸收程 度不同,对绿色光区中 525nm的光吸收程度 最大(此波长称为最大吸收波长,以λmax表 示),所以吸收曲线上有一高峰。在进行光 度测定时,通常都选择在λmax处来测量,这 时可得到最大的灵敏度。
• (2)不同浓度的 KMnO4溶液吸收曲线相似, λmax不变。所不同的是吸收峰峰高随浓度的 增加而增高。这个特性可作为物质定量分析 的依据。
无机物质和许多有机物质的微量成分都能用此法进行测定。 • 3.手续简便,分析速度快,适用于控制分析 • 分光光度法的操作过程,主要包括试样的溶解,待测组分的显色等内
容,操作简便,完成吸光光度分析的全过程一般只需几十分钟,甚至 可在几分钟内完成,适合于控制分析。 • 4.仪器简单,容易掌握 • 但吸光光度分析也有一定的局限性,对超纯物质的分析,灵敏度达不 到要求,相对误差较大,不利于高含量组分的测定。
级间距离较近,电子容易激发,吸收波长向长波长方向移动。 • (4)n→π*跃迁 • 所需能量最低。 • 凡有机化合物中含有杂原子氮、氧、硫等同时又具有双键,吸收紫外
光后产生n→π*跃迁,吸收带在200-400nm之间,为弱吸收,ε在10100之间。
• 上述四种类型的电子跃迁,按照所需能量的大小进行排列,其次序为: • σ→σ※> n→σ※>π→π※> n→π※
• 当它们吸收一定能量ΔE后,这些价电子将跃迁到较高的能级(激发态),此 时电子所占的轨道称为反键轨道,而这种特定的跃迁是同分子内部结构有着 密切关系的。
• (1)σ→σ*跃迁 • 所需能量最大。 • σ*表示σ键电子的反键轨道,饱和碳氢化合物只有σ键电子,
它吸收远紫外线(10-200nm)后,由基态跃迁至反键轨道。 • (2)n→σ*跃迁 • 所需能量较大。 • 饱和碳氢化合物中氢被氧、氮、硫、卤素等取代后(单
3、比尔定律的局限性引起偏离
• 严格地说,比尔定律是一个有限定律,它只适用于浓度小 于0.01mol/L的稀溶液。因为浓度高时,吸光粒子间平均 距离减小,以致每个粒子都会影响其邻近粒子的电荷分布。 这种相互作用使它们的摩尔吸光系数ε发生改变,因而导 致偏离比尔定律。为此,在实际工作中,待测溶液的浓度 应控制在0.01mol/L以下。
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。 • 如—OH、—OR、—NH2、—NHR、—X等
3、红移与蓝移
• 有机化合物的吸收谱带常常因引入 取代基或改变溶剂使最大吸收波长 λmax和吸收强度发生变化:
• λmax向长波方向移动称为红移,向 短波方向移动称为蓝移。吸收强度 即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象 分别称为增色效应或减色效应,如 图所示。
• 利用比较待测溶液本身的颜色或加入试剂后呈现的颜色的 深浅来测定溶液中待测物质的浓度的方法就称为比色分析 法。比色分析中根据所用检测器的不同分为目视比色法和 光电比色法。
• 应用分光光度计,根据物质对不同波长的单色光的吸收程 度不同而对物质进行定性和定量分析的方法称分光光度法 (又称吸光光度法)。
• 4、溶剂效应 • 由于溶剂的极性不同引起某些化合物的吸收峰的波长、强
度及形状产生变化,这种现象称为溶剂效应。一般溶剂效 应有以下规则:当溶剂由非极性变为极性时,对于n→π* 跃迁类型化合物,吸收产生蓝移,并且吸收强度增大,对 于π→π*跃迁类型的化合物,吸收产生红移,并且吸收强 度减弱。
第三节 光的吸收定律
• 当溶液的浓度为质量浓度单位g/L时,其数学表达式为 • A=abc • 式中:a为质量吸光系数,L/(g·cm),相当于浓度为1g/L、液层厚度为1cm
时该溶液在某一波长下的吸光度。 • 当溶液的浓度单位为mol/L时,其数学表达式为 • A=εbc • 式中:ε为摩尔吸光系数,L/(mol·cm),相当于浓度为1mol/L,液层厚度
第二节 物质对光的选择性吸收
• 一、光的基本性质 • 光是一种电磁波,具有波粒二象性。光既是一种波,因而它具有波长(λ)
和频率(ν),光也是一种粒子,它具有能量(E)。它们之间的关系为:
E hν hλc
• 式中:E——能量,eV(电子伏特);

h——普朗克常数,6.626×10-34J·S;

ν——频率,Hz;
要用于多组分同时测定。
二、影响光吸收定律的主要因素
• 根据吸收定律,在理论上,吸光度对溶液浓度作图所得的 直线的截距为零,斜率为εb。实际上吸光度与浓度关系有 时是非线性的,或者不通过零点,这种现象称为偏离光吸 收定律。
• 如果溶液的实际吸光度比理论值大,则为正偏离吸收定律; 吸光度比理论值小,为负偏离吸收定律。
• 如果把适当颜色的两种光按一定强度比例混合,也可成为 白光,这两种颜色的光称为互补色光。
红 紫


青蓝 青
橙 黄
绿
三、溶液颜色的产生
• 溶液颜色是基于物质对光有选择性吸收的结果。
光谱示意
表观现象示意
完全吸收
完全透过
吸收黄色光
四、溶液的吸收光谱曲线
• 吸收光谱曲线是通过实验获得的,具体方法是:将不同波 长的光依次通过某一固定浓度和厚度的有色溶液,分别测 出它们对各种波长光的吸收程度(用吸光度A表示),以 波长为横坐标,以吸光度为纵坐标作图,画出曲线,此曲 线即称为该物质的光吸收曲线(或吸收光谱曲线),它描 述了物质对不同波长光的吸收程度。
• 例2:铁(Ⅱ)浓度为2.5×10-4g/L的溶液,与邻菲罗啉反 应,生成橙红色络合物。该络合物在波长508nm,比色皿 厚度为2cm时,测得 A=0.15。计算邻菲罗啉亚铁的 a及ε, 铁的相对原子质量为55.85g/mol。
ab Ac 220 .5 .115 0 430L0 /g (cm ) 5.5 8 5300 1.671 640 L/m ( o cm l)

C——光速,3×1010cm·s-1;

λ——波长,nm。

二、光的种类
• 1、单色光和复合光 • 具有同一种波长的光,称为单色光。激光接近单色光。 • 含有多种波长的光称为复合光,例如日光、白炽灯光等。 • 2、可见光和互补光 • 凡是能被肉眼感觉到的光称为可见光,其波长范围为
400~780 nm。
与溶液的浓度成正比,这个关系称为比耳定律,用下式表
示:
• A=k2c • 式中:c——溶液浓度,g/L或mol/L;

k2——比例系数。
4、朗伯-比耳定律
• 当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光 度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比,这就是朗伯-比耳定律。这个定律是 各类吸光光度法定量分析的基础。
2、紫外吸收光谱中常用的术语
• 1、生色团(或发色团) • 分子中含有不饱和键,能吸收外来辐射时并引起n-*和-*跃迁,可
产生此类跃迁或吸收的结构单元,称为生色团。 • 如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N=N—、乙炔基、腈基—CN。 • 2、助色团 • 含有未成键n电子,本身不产生吸收峰,但与生色团相连时,能使生
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