《环境仪器分析》第五章 外-可见吸收光谱法

ΔE = ΔEe + ΔEv + ΔEr
∆Ee > ∆Ev > ∆Er
18:04:29
8
当能量为hv的入射光照射分子 时，若电磁波能量等于分子中 两个能级之间的能量差hv =hc/λ= ΔE时，分子吸收此入射 光，由较低能级跃入较高能级 ，从而产生分子吸收光谱。
转动光谱：远红外光谱
波长范围：1.5～400 µm
18:04:29
2
Introduction
• Probably the first physical method used in analytical chemistry was based on the quality of the color in colored solutions.
• The first things we observe regarding colored solutions are their hue, or color, and color’s depth, or intensity. These observations led to the technique historically called colorimetry.
Polychromatic light: consists of more than one wavelength. 互补光：物质有色是因其分子对不同波长的
光选择性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ收而产生。下表列出颜 色与吸收光之间的关系。其中对应 颜色的光称互补色光。
Complementary light
18:04:29
13
不同颜色的可见光波长及其互补光
20
光吸收定律
透射比或透光率： T It
I0
百分透射比：T％；
百分吸光率：1－T％；
吸光度：
1 A lg
lg I0
T
It
18:04:29
21
紫外-可见光谱中的一些常见术语
1、吸收光谱（Absorption Spectrum）又称吸收曲线，是 以波长λ（nm）为横坐标，以吸光度（Absorbance, A） 或透射比（Transmittance, T）为纵坐标所绘制的曲线。
Unit Angstrom Nanometer Micrometer Millimeter Centimeter
Meter
Symbol Å nm µm mm cm m
Length/m 10-10 10-9 10-6 10-3 10-2 1
Types of radiation X-ray
UV, Visible IR IR
吸光度：表示物质对光的吸收程度。
1 A lg
lg I0
T
It
A值越大，对光的吸收愈大。
18:04:29
17
光吸收定律 郎伯-比尔定律 重要
1 A lg
lg I0
Kcb
T
It
其中：b－液层厚度(cm);
c－被测物质浓度（mol/L）；
K－摩尔吸光系数(L/mol·cm)（ ε ）
UV-Vis
18:04:29
Infrared
Radio
Micro wave
wave
Radio Frequency
Wavelength (nm)
10
Table 1 The electromagnetic spectrum. The visible light region is expanded to show the colors associated with wavelength ranges
/nm 400 ～ 450 450 ～ 480 480 ～ 490 490 ～ 500 500 ～ 560 560 ～ 580 580 ～ 610 610 ～ 650 650 ～ 760
18:04:29
颜色 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
14
互补光 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
18:04:29
3
Introduction of UV-Vis
又叫紫外-可见分光光度法，是利用某些 物质的分子吸收200 ~ 800 nm光谱区的辐射 来进行分析测定的方法。
Known as ultraviolet visible spectrophotometry, is a method for the analysis and determination of certain substances by absorbing radiation from 200 to 800 nm spectral region.
18:04:29
6
分子吸收光谱的形成
The energy states associated with molecules, like those of atoms, are also quantized, There are very powerful spectroscopic methods for studying transitions between permitted states in molecules using radiation from the radio-wave region to the UV region. These method provide qualitative and quantitative information about molecules, including detailed information about molecular structure
Microwave Radio
18:04:29
11
紫外-可见吸收光谱的分区
远紫外区
近紫外区
可见光区
blue yellow
Violet
red green orange
Purple
18:04:29
12
光的吸收
单色光：同一波长的光；
Monochromatic light: only a single wavelength, light of only one wavelength 复合光：由不同波长组成的光；
K: 摩尔吸光系数，表示物质的浓度为1 mol/L，液层厚度 为1 cm时溶液的吸光度，它表明物质对某一特定吸收波 长的能力。K值越大，表示该物质对某一波长光的吸收能 力愈强。K是与入射波长、物质的性质和溶液的温度等因 素有关的比例常数。
18:04:29
18
• 摩尔吸光系数的物理意义：
• 溶液浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm时物质对光 的吸收程度
18:04:29
1
Introduction
• Ultraviolet and visible absorption measurements are widely used for the identification and determination of many different inorganic and organic species. In fact, UV-Vis absorption methods are probably the most widely used of all quantitative analysis techniques in chemical, environmental, and clinical laboratories throughout world.
18:04:29
19
光吸收定律 郎伯-比尔定律
1 A lg
lg I0
T
It
此定律使用的前提条件是：
Kcb
(1) 入射光为单色光； (2) 吸收过程中各物质无相互作用；
(3) 辐射与物质的作用仅限于吸收过程，没有荧光、散 射和光化学现象；
(4) 吸收物是一种均匀分布的连续体系。
18:04:29
18:04:29
7
Electronic excited states Vibrational states
Rotational states Electronic ground states
分子的能量和能级图
分子中的电子总是处在某一 运动状态中，每种状态都具 有一定的能量，属于一定的 能级。电子由于受到光、热 、电等的激发，从一个能级 转移到另一个能级。一个分 子吸收外来辐射之后，它的 能量变化ΔE为电子运动能量 ΔEe，振动能变化ΔEv和转动 能变化ΔEr之总和。
Ia
均匀、非 It
散射介质
I0 = Ia + It + Ir
在吸收光谱分析中，试液和参比液都是采用同样材料和厚 度的比色皿，因此，反射光的影响可以互相抵消，则：
I0 = Ia + It
18:04:29
16
光吸收定律 透光率和吸光度 重要
透光率：透过光强度It与入射光强度I0之比
T It I0
溶液的透光率愈大，说明对光的吸收愈小；反之，透 光率越小，则溶液对光的吸收愈大。
2、吸收峰（Absorption Peak）是吸收曲线上吸光度最 大的地方，它所对应的波长称为最大吸收波长（λmax） 3、谷（Valley）是峰与峰之间的最低部位，其对应的波 长称最小吸收波长（λmin）。
4、肩缝（Shoulder peak），在一个峰旁边产生的曲折。
5、末端吸收（End absorption），在谱图短波端呈现强 吸收但不成峰行的部分，称为末端吸收。
18:04:29
22
吸光度的加和性
当溶液中含有多种对光产生吸收的物质，且各组分间不存 在相互作用时，则该溶液对波长为λ的总吸光度等于溶液 中每一成分的吸光度之和，即吸光度具有加和性。用以下 公式表示：