第七章 紫外--可见吸收光谱法

物理意义为当吸光物质的浓度为1mol.L-1，吸收池厚度为1cm时， 吸光物质对某波长光的吸光度 影响因素：入射光的波长 吸光物质的性质（吸光质点的面积、有效跃迁概率） 溶剂 温度等环境因素
max

吸光物质定性的特征参数 吸光物质定量分析的灵敏度参数
3) 检出限与摩尔吸光系数
若可测量的吸光度为0.001
H
*
E
C H O
*
n


E ＜ E ＜ E n＜ E
*
＜ E *
跃迁类型
△E
λmax来自百度文库
结构特征
εmax
* n*
最高 较高
<150 150~250
饱和化合物 含n电子饱和化合物
<150
100~3000
* n*
较低 较低
200~780 200~780
不饱和有机物 含n电子不饱和有机物
在共轭体系中π电子有更大的离域性，π*能量降低，n→ π*和 π → π* 的△E降低。导致
吸收波长增大（红移）；
εmax 增大
εmax 10000 20900 42700
共轭作用对烯烃吸收光谱的影响 烃 己烯 1,3丁二烯 1,3,5己三烯 共轭双键数 1 2 3 溶剂 蒸气 己烷 异辛烷 λmax(nm) 162 217 268
承担60%的定量分析任务（无机离子 一些有机物结构分析的辅助方法
不一定要追求低的检出限
有机物 生化分析）
五、研究工作的现状
• 提高选择性 • 提高灵敏度
第二节 吸收光谱法基本原理
一、物质对光的选择性吸收
单色光
单色光 复合光 光的互补
复合光
单一波长的光
光的互补
由不同波长的光组合而成的光
若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得 到白光（无色的光），那么就称这两种单色光为互 补色光，这种现象称为光的互补。 绿 蓝绿 黄绿
I0
Ix dIx S It db b adn C
-dIx/Ix= k Cdb
b dI x I0 I x k 0 Cdb It
It ln kbC I0 It kbC 物理意义：当一束平行光垂直通过某一均匀非 lg KbC 散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓 I 0 2.303 度C及吸收池厚度b成正比（定量分析的依据）
1）一种为λ１- λ２ 很小，近似的认为ε 1 = ε2 2）另外一种为λ１- λ２ 很大，但在选择的入射光波长附近曲线 比较平坦，ε 1 = ε2
若λ１≠ λ２
ε 1 ≠ ε2
A-C曲线向浓度轴弯曲，偏离beer定律，负偏离
△ ε越大，偏离越严重
**要获得较宽的线性范围
① 适当提高入射光的单色性
εmax
7000 8800 7500
208 nm
NH2
230 nm 203 nm
NH3+
（ 四 ）溶剂效应
1.对吸收波长的影响 在极性溶剂中 -* 跃迁的△E减小，吸收峰红移。 n- * 跃迁△E 增大，吸收峰蓝移
π* n
π
△E 2 △E2′ △E1′
△E1
非极性溶剂
极性溶剂
2.对光谱精细结构的影响
黄 橙
绿蓝 蓝 紫 紫红 红
当溶液中的某种物质选择性地吸收可见 光中某种颜色的光时，溶液就会呈现出对 应的互补色。
吸 收 光
I0 光
L
I
物质外观颜色
吸收光的颜色 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红 波长范围（nm） 400 ~ 450 450 ~ 480 480 ~ 490 490 ~ 500 500 ~ 560 560 ~ 580 580 ~ 610 610 ~ 650 650 ~ 780
阿斯匹林
丙酮
A
末端吸收
最强峰
肩 峰
峰谷
次强峰
max
min

紫外可见光谱的特征
1. 吸收峰的形状及所在位置 ——定性的依据 2. 吸收峰的强度——定量的依据 光吸收定律
A

三、光吸收定律
（一）朗伯-比尔定律
入射光 I0 透射光 It
1. 定律
透光率 T，透光光强度与入射光强度的比值 全部吸收 吸光度 A T = 0.0 全部透射 T = 100.0 %
max 1104 ; M 100
Cmin
max
A 1103 7 1 1 10 mol L b 1104 1 1107 100 1108 g mL1 1000
一般 103 ~104；灵敏 的 ＞104；个别的可达 106 增大
104 10~100
（二） 生色团 及共轭作用
1.生色团
含有 键的基团，在吸收外来辐射时可发生-*和 n-*跃迁。
乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基、乙炔基、腈基
生色团 烯 炔 羧基 酰胺基 羰基 偶氮基 硝基 亚硝基 硝酸酯 溶剂 正庚烷 正庚烷 乙醇 水 正己烷 乙醇 异辛酯 乙醚
二氧杂环己烷
1,3,5,7,9癸五烯
5
异辛烷
434
121000
（三）助色团（Auxochromous group） 一些含有n电子的基团 1. 助色机理 2. 效果
－OH －NH2 －X
n-π共轭
降低π*能量使π → π*的△E降低
λmax 红移；εmax增大 λmax
CH3
• n电子增加，助色作用增强；n电子消失，助色作用消失。
溶剂化作用限制了分子的自由转动， 溶剂极性限制了分子的自由振动， 吸收光谱精细结构消失 ，变得平滑。
• 溶剂选择原则
1）绘制吸收光谱（定性），应选用非极性溶剂； 2）比较已知物和未知物的吸收光谱，应选 用 同一溶剂； 3）所用溶剂在测量的光谱范围内无吸收或 少吸收。
二、 无机化合物的紫外-可见吸收光谱
A = A1 + A2 + … + An
条件： 各组分之间无相互作用 用途： 多组分测定及扣除空白方法的理论基础
4. 吸光系数
1) a ( L ·g –1 ·cm-1) 2)ε ( L · mol–1 · cm-1)
A KCb
A aCb A Cb
C: g / L C: mol/ L
It T I0
I0 1 A lg lg T I
(C固定) ( b固定) beer A∝C
1730年 Lamber A ∝ b 1852年
1） 液气固介质均适用 2）入射光是单色光，平行光 3）稀溶液
朗伯-比尔定律
A = Kbc
2 . 朗伯-比尔定律推导 -dIx =k1 Ix adn
dn = CSdb -dIx=k1 IxaCSdb
SO3Na
OH O-Al3+ / 3
λmax = 420 nm λmax = 475 nm
△E ↓ 红移
O
茜素磺酸钠
显色反应 反衬度 △ λ= λ显- λ配 ＞ 60nm
h
hc

Ee： 1 ~ 20 eV Ev： 0.05 ~ 1 eV
Er： 0.05 eV
2. 分子吸收光谱 A（吸光度）-λ（波长）关系图
带光谱
三、紫外-可见吸收光谱 法
定性分析
吸收光谱的位置 (λmax )和形状 A B A
定量分析
在一定的实验条件下， 物质在某波长处的吸 光度与物质的浓度成 正比。 A

② 在吸收光谱的峰值(λ max)处进行测定
2
1

2. 非平行入射光引起的偏离，光程的变化引起信号的变化 若不平行，实际光程比吸收池厚度大，产生正偏离
3. 介质不均匀引起的偏离，如胶体或浑浊溶液
吸收和散射等，使检测到的吸光度偏大，产生正偏离
4. 溶液浓度过高
浓度增高，吸光物质粒子平均距离减小，相互作用增强，电荷分布改变， ε改变。 ε减小，向浓度轴偏离； ε增大，向吸光度轴偏离。
在实际的分析应用中没有价值， 但可以用于配合物结构或无机配位键
合理论方面的研究。
正八面体配合物d－d 配位场跃迁
2.电荷转移跃迁
中心离子和配位体之间，一方的电子向另一方轨道转移跃迁，所产
生的吸收光谱称为荷移光谱。
Mn+-Lb-
h
h
M(n-1) +-L(b-1) [Fe2+CNS]2+
[Fe3+CNS-]2+
第三章
紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis）
基于被测物质的分子对紫外-可见光具有选
择吸收的特性而建立的分析方法。
分子光谱 吸收光谱
第一节 概述 一、紫外-可见光
10 nm
200 nm 400 nm 780 nm
远紫外
紫外光
可见光
（真空紫外）
二、紫外-可见吸收光谱
1. 物质分子对光的吸收 △E = △ Ee + △ Ev + △ Er
/nm 177 178 204 214 186 339，665 280 300，665 270
max
13000 10000 41 60 1000 5 22 100 12
跃迁类型
* * n* n*
n*， n*
n*， n* n* n*
2. 生色团的共轭作用
max ( A) max ( B)
增 大 C

四、紫外-可见吸收光谱 法的特点( 定量分析 ) 1. 精密度较高 2. 准确度较高 RSD<1% 相对误差 ±1~3%
选择性一般比较好。条件适当，可不经分离进行单组分或多组分测定。 主要干扰： 共存组分与被侧组分的光谱重叠
3. 检出限低 DL 10-7 10-8 10-9 g / ml 4. 仪器比较简单 操作比较简便 5.应用广泛
黑色-全吸收；白色-全反射；无色-全投射
二、吸收光谱
如果让不同波长的单色 光依次照射某一吸光物 质，并测量改物质在每 一波长处对光吸收程度 的大小（吸光度，A）， 然后以波长为横坐标， 吸光度为纵坐标作图， 即得到一条吸光度随波 长变化的曲线，称之为 吸收曲线谱图也称为吸 收光谱。
-胡罗卜素
咖啡因
M R C R K R MR C (1 )
为C的量度，A=KbC 成立。
α恒定[MR]才能作
为C的量度
**加入过量显色剂 ，可使 [R]保持不变，α为定值，[MR]才能作
第三节
紫外可见吸收光谱
一、有机物的紫外可见吸收光谱 （一）电子跃迁类型
max
是提高方法灵敏度的重要途径
提高跃迁几率
增大截面积
(二) 导致 A-C 关系偏离朗伯－比尔定律的原因
1. 入射光的单色性不好
设入射光由λ 1 和 λ 2 两种波长组成， 偏离 减小校准曲线的线性范围
I 0 I 01 I 02
对于λ 1 对于λ 2 总吸光度
I 02 2bc I I 10 A2 lg 2bc 2 02 I2 I 01 I 02 A lg I1 I 2 I0 lg I 01 101bc I 02 10 2bc
稀溶液定律
5. 溶液中发生了化学反应（吸光物质
① 聚合-离解 Cr2O72- + H2O λ 350
离解度不同
离解 缔合 异构互变 生成新物质 ）
2CrO42- + 2H+ λ 375
A-C 关系偏离beer定律
Cr2O72- 浓度不同
② 络合-离解
MR
C (1-α)
M
Cα
+
Cα
R
C——M的初始浓度 [MR] ——M的测定浓度
A lg
I A1 lg 01 1bc I1
I1 I 01 10
1bc
I01 I02
I1 I2
若 λ１ ＝ λ ２
ε 1 = ε2= ε
I0 I 01 101bc I 02 10 2bc
I0 = lg = bc bc （I 01 I 02） 10 在一定的浓度范围内 A= εb C
电子接受体
电子给予体
λmax 在可见区； εmax >104
3. 中心离子影响下配位体 的-* 跃迁
当金属离子与含有生色团及助色团的配位体配合后，受到金属离子的作
用，配位体所含的共轭结构发生了变化，导致其吸收光谱蓝移或红移。
π→π* △E 改变 △E↑ 蓝移 ； △E ↓ 红移
O OH OH
例：茜素磺酸钠在pH4~5时与Al3+的显色反应
1. d－d 配位场跃迁
E dz2 , dx2-y2,
在配体的作用下过渡金属离子的d 轨道裂分，吸收辐射后，产生 d－d 跃 迁。
d－d 跃迁概率较小，摩尔吸收系 数一般只有 0.1－100 L•mol-1•cm-1
△E
dxy , dxz, dyz dz2 , dx2-y2, dxy , dxz, dyz
A lg T KbC
吸光度 与透光率
A lg T KCb T 10 A 10 KbC
T = 0.0 %
1.0 100
T
A
50
A=∞ T = 100.0 % T%
A
0.5
A = 0.0 T = 36.8 %
0
0
C
A = 0.434
3. 吸光度的加合性
在某一波长处