《紫外可见吸收光谱》PPT课件

的振-转能级，所以处于紫外-可见光区的电子 跃迁而产生的吸收光谱具有 “带状吸收” 的 特点。
• 分子能量的变化是电子运动能量变化、分子 振动能量变化与分子转动能量变化的总和。 ΔE =Ee +Ev + Er
• 波长200～400nm范围的光称为紫外光。人眼能 感觉到的光的波长大约在400～750nm之间，称 为可见光。
② 红外吸收光谱 在分子内部有时吸收的能量不足以引起电
子跃迁，而仅仅是分子振动或转动能级的变化。 此时，分子只吸收波长较长、频率较低的红外 光波。由此建立的分光光度法叫红外吸收光谱 法。
吸收光谱的应用
■ 原子吸收法主要用于各种元素的检测。 ■ 可见分光光度法主要用于各种无机离子及其络合 物的检测、各种染料分析等。 ■ 紫外吸收光谱法大量在生物化学物质、蛋白质、 各种药物分析中使用。 ■ 红外光谱法广泛应用于有机官能团的鉴定，为有 机结构的研究提供重要信息。
思考题
• CuSO4溶液显蓝色，它吸收（ ）nm范围内的光
2、吸光物质与吸光度 一般来说，吸光物质浓度越大，在一些特
定频率上的光被吸收也越多，颜色看上去也越 深。可见光的吸光光度法就是根据这一定律建 立起来的。
一般来说，不同物质在不同的波长上有最大 吸收。根据这一性质，使用连续变化的单色光 （只含一种频率的光）进行扫描，就可鉴别不 同的化合物。光谱定性就是以此为根据的。
一、 仪器测量误差
• 在吸光光度分析中，除了各种化学条件所引起的 误差外，仪器测量不准确也是误差的主要来源。
• 任何光度计都有一定的测量误差，这种误差可能 来源于光电池不灵敏、光电流测量不准和光源不 稳等。如果测量误差以光电流表示为Δi，相当于 光强的误差ΔI，由此引起透光率的误差为ΔT 。对 于同一光度仪器，ΔT基本上为一常数，一般为0.0 1～0.02 。
§ 2 光度分析法的基本原理
一、光度分析法的特点 1、适用范围：常用于测定试样中１%～10-3 %的微量 组分，甚至可测定低至10-4 %～10-5 %的痕量组份。目 前，随着仪器和方法的改进，有的已达10-9 %。一般 情况下，相对误差为2～5 %，这在微量分析中已是十 分精确的了。 2、特点：灵敏、快速、准确、简便。
四、分子吸收与显色的关系 1． 补色
有色溶液的颜色是由于入射光被选择性吸收 一部分光使透过光的组成发生改变而引起的。有 色溶液的颜色是被吸收光的补色，各种光的颜色 关系如下：
物质颜色和吸收光颜色的关系
物质的颜色
黄绿 黄 橙 红
紫红 紫 蓝
绿蓝 蓝绿
颜色 紫 蓝
绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
吸收光 波长范围／nm 400～450 450～480 480～490 490～500 500～560 560～580 580～600 600～650 650～750
图 双原子分子的三种能级跃迁示意图(实际上电子能级间 隔要比图示大很多，而转动能级间隔要比图示小很多。)
1．分子吸收光谱的产生——由能级间的跃迁引起
E分 E电 E振 E转
能级差 E h h c
▲能级：电子能级、振动能级、转动能级.
▲跃迁：电子受激发，从低能级转移到高
能级的过程
2．分子吸收光谱的分类： 分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大
根据朗伯-比耳定律
A＝ -logT ＝ abc ＝Ｋ c A＝ -lnT/2.3 ＝ Ｋ c
对T微分，得到 dA＝－0.43dT/T ＝ K d c
仪器测量误差dT引起浓度的相对误差为：
dc dA 0.43dT 0.43dT
cA
TA T log T
作图得：
可见当T＝0.368或者Ｔ＝36.8%时，即：Ａ＝0.4 34 时，仪器的测量误差最小。从上图可知，在Ｔ＝ 15－65% 、或者是：Ａ＝0.2－0.8范围内时，浓度
故在仪器制造厂里总是尽可能使分光光度 计的波长宽度小一点，目前普通仪器是6 nm, 较 好一点为2 nm。
（三） 化学因素引起的偏离 (1)有色物质的离解、缔合、互变异构所引起 的偏离。
由于大多数的有色物质都是弱酸、弱碱或 者是配合物。当浓度 C 改变时，它们的电离 度也会发生改变，从而当 C 增大时，电离度 变小，使有色质点增大过多，从而使吸光度A 也偏大，结果使之偏离比尔定律。
在光度计中，透光率的标尺刻度是均匀的．吸光度与透光率 为负对数关系，故它的标尺刻度是不均匀的．同样大小的ΔT 在不同A时所引起的吸光度误差ΔA是不同的。这种情况可以 清楚地从下图吸光度和透光率的关系标尺看出，A值越大，Δ T引起的ΔA也越大。
通过以下推导可以知道，吸光度在0.2～0.8（透光 率在15～65%）范围内的相对测量误差较小。
一般来说，C 越大，偏离也越大。 所以比尔定律只在浓度小于0.01mol/L稀溶液中成立， 适用。
（二） 非单色光所引起的偏离
在朗伯-比尔定律中A=εbc ，ε是一个与波 长有关的常数，对于同一个有色吸光物质来说， 不同波长的光其吸收大小不同的，即ε是不同的。
如果在分光光度计中使用的光不是单一波 长的光，而是由许多波长的光组成的，那么就 会引起A的数值发生变化，而且波长相差越大、 波长范围越宽误差越大。
电磁波谱可以包括如下种类： 无线电波>微波>远红外>近红外>可见光>近紫外 > 远 紫外>x射线>γ射线
光的波长与频率之间有一定的关系： ν=c/λ
白光与光谱
可见光的波长范围：
光的吸收与发射
三、吸收光谱 1、原子吸收光谱
当原子外层电子有选择地吸收某些波长 的光谱时，通过该原子的光中就缺少了该波 长的光。在光谱上就有若干条黑线，象这样 建立起来的分光光度法叫原子吸收分光光度 法。
但是在实际绘制中却常常出现弯曲情况。如果标 准曲线弯曲，测定数据必带来很大的误差，故应 努力找出原因设法解决之。一般来说引起标准曲 线弯曲的主要原因有如下几种。
（一）比尔定律的局限性
比尔定律为：A=KC即A∝C
这是在溶液很稀的情况下，即各溶质质点互不干 扰时才成立。
当溶液较浓时，溶液中的有色配合物会互相吸引、 排斥，光线在质点之间发生反射，使出射光线发生改 变，从而使比尔定律失效。
粒子性。爱因斯坦用公式表示为：
E= hν= hc/λ
式中 E 为光子能量， h 为普朗克常数， h = 6.626× 10-34J·S
c 为光传播速度，c = 3 × 1010 cm/s
λ 为波长，ν为频率 。
二、光谱的划分 光是电磁波，这些不同颜色的光的频率，波长
是不同的。白光是由许多种颜色的光复合而成。一 种单一频率的光，叫单色光。日光（太阳光）是由 一个连续的光谱系列所组成。它可以被三棱镜分解 成一个连续变化的光谱系列。
解： 根据： A =εbc
cFe 2
500 10 6 55.85
8.9 10 6 mol/L
A bc
0.19 8.9 106
2
1.1104 (L/mol cm)
答：该络合物的摩尔吸光系数为1.1× 104 L/mol·cm。
2.2 比尔定律的局限性和产生偏离的因素 在光度法中有一条标准曲线，应该是直线，
透光率 T 在光度分析中，有时还用透光率来表示光的
吸收程度: T = I／I0 。透光率用百分比形式表 示。它与吸光度A的关系为：
A log 1 log T T
例： 已知Fe2+浓度为500微克/升的溶液，用邻二
氮菲光度法测定铁。比色皿长2cm，在波长508n m处测得吸光度为A=0.19 ，计算摩尔吸光系数ε。
紫外-可见吸收光谱 Ultraviolet visible Spectroscopy
(UV –VIS)
紫外-可见吸收光谱 UV-VIS
§1 定义 §2 可见吸收光谱简介 §3 基本原理 §4 化合物电子光谱 §5 仪器 §6 应用
§1 定义
物质吸收了外来辐射的能量， 分子中的电子从低能级跃迁到较高能级 。同时产生分子的振动与转动。
• 朗伯-比耳定律
在一定的条件下待测溶液的吸光度与 溶液浓度呈线性关系
此为光度法中最基本的吸收定律，光度法 的理论基础。
当规定c单位为 mol/L, b为cm时，K用ε 代表（称摩尔吸光系数）,此ε值手册上有许
多数据可参考。
ε值还与温度、光的波长有关，与吸光物
质的本性有关。
吸收度的加和性 A总λ＝A1λ+ A2λ + A3λ +----+ Anλ
2、分子吸收光谱
①电子光谱 在多原子分子中，分子轨道中有许多电子能级，
平时各电子都尽先进入低能级，处于基态。当有光 波照射这些分子时，轨道中的电子会吸收光波中的 某些波长的光，使这束光中缺少某些波长的光。电 子本身将从低能级跃迁到高能级上。
象这样的情况下，被吸收的光往往波长较短， 在紫外和可见光范围。本章主要讨论这一部分内容。
(2) 介质不均匀性引起的偏离 朗伯-比尔定律在均匀、非散射时可成立，
当介质不均匀，或有胶体、乳浊、பைடு நூலகம்浮体存 在时，入射光除了被吸收外，还有反射、折 射损失，故所测A值比实际吸收要大许多，导 致偏离比尔定律。
引起工作曲线弯曲的原因还有一些，如： 溶质的性质变化、操作不当等等。
§ 2.3 影响显色反应的若干因素
• 利用分子吸收200～750nm（紫外-可见光谱区） 的辐射来进行分析测试的方法称为分子紫外-可 见吸收光谱分析。
§ 2 吸光光度法简介
在分析化学中，利用有色溶液颜色的深度 测定有色溶液的浓度的方法，叫吸光光度法。 它包括比色法、可见及紫外分光光度法。
§ 2.1 一、光的两象性
光与吸收光谱
光是电磁波的一种，因其波长很短，故又有
(一) 吸光光度法对显色反应的要求 对于可见光吸光光度法的显色反应来说，一般应
该满足下列要求。 1、选择性好，干扰少，或者干扰容易除去。 2、灵敏度高 3、有色络合物组成恒定，符合确定的化学式 4、有色络合物组成稳定，不易受光、热、空气、 时间等因素的影响。 5、有色络合物与显色剂，被测液之间的色差要大。 一般Δλ≧60nm 为好。 所谓 即： Δλ＝∣λMR－λR ∣
可以有1﹕1（pH 1.8～2.5 紫红色），1﹕2（pH 4～ 8 红色）， 1﹕3（pH 8～11.5 黄色，最稳定）三种 不同颜色的络合物生成。
3、温度的影响：一般在室温．有些需加热． 4、显色时间的影响
5、溶剂的影响：可提高显色反应的灵敏度． 6、共存离子的影响：
§ 2.4 光度测量误差和测量条件的选择
§ 2 基本原理
§ 2.1 光吸收定律： 朗伯-比耳定律（Lamber-Beer’s Law）
吸光度 A = lg ( 1 / T ) = lg ( I0 / I ) = a b c
A 为吸光度，I0 为入射光，I 为出射光，b 为溶液厚度，
a 为比例常数，吸光系数。 质量吸光系数 K — 浓度 c 单位为 g/L ； 摩尔吸光系数ε —浓度 c 单位为 mol/L。
显色剂的用量
显色剂的用量对显色反应是否完全和测定结果的 准确度有很大影响。
M R MR R：显色剂
显色剂的用量要通过实验确定，也就是作A-R曲线来确定。
A
A
A
吸 光 度
吸 光 度
吸 光 度
ab
显色剂浓度 R
ab
显色剂浓度 R
显色剂浓度 R
（3）影响络合物的组成 如：磺基水杨酸与Fe3+的显色反应在不同酸度时
小顺序 E电 E振 E转
E电 1 ~ 20ev 0.06 ~ 1.25m 紫外 可见吸收光谱 E振 0.05 ~ 1ev 25 ~ 1.25m 红外吸收光谱
E转 0.005 ~ 0.05ev 250 ~ 25m 远红外吸收光谱
3．紫外-可见吸收光谱的产生 由于分子吸收中每个电子能级上耦合有许多
(二) 影响显色反应的因素
1、显色剂的用量 一般，显色反应可用下式表示： M ＋Ｒ ＝ ＭＲ 通常有如下几种情况：( 见下图）
2、溶液的酸度 （1）影响有色络合物的离解
Ｍ ＋ ＨＲ ＝ ＭＲ ＋ Ｈ+ 酸度增大，离解也增大。
（2）影响被测离子的存在形态 Al(H2O)63+ ＝ [Al(H2O)3(OH)3]↓ ＋ 3Ｈ+
测量的相对误差较小。
二、测量条件的选择
为了使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必 须注意选择最适合的测量条件 （一）入射光波长的选择
为使测定结果有较高的灵敏度，在一般情 况下，入射光应选择被测物质溶液的最大吸收 波长。如遇干扰时，则可选另一灵敏度稍低， 但能避免干扰的入射光。因此，选择适当的波 长不仅能提高分析的灵敏度，还能提高分析的 准确度。