第二章 紫外可见分光光度法

钨灯（热辐射光源） 氢灯
400
600
800
1000
/nm
氙灯
氢灯 钨灯
2．单色器 单色器是将光源发出的连续光谱分解为单色 光的装臵。单色器由棱镜或光栅等色散元件及狭 缝和透镜等组成。其中色散元件是关键部件。 色散原理：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分
光
800
λ1
白光
600
500
λ2
入射狭缝 准直透镜 棱镜 聚焦透镜 出射狭缝
光率T的方式显示或记录下来。分光光度计常用的显
示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。
二、紫外可见分光光度计类型
1. 单光束分光光度计
2. 双光束分光光度计 3. 双波长分光光度计
721分光光度计
单波长单光束分光光度计
0.575
光源
单色器
吸收池
检测器
显示
简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度， 一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有 很高的稳定性，且操作麻烦，任一波长的光均要用参 比调T=100﹪后，再测样品
分光光度计工作原理： 采用一个可以产生多个波长的装置，通 过系列分光装置，得到一束平行的波长范围 很窄的单色光，透过一定厚度的试样溶液后， 部分光被吸收，剩余的光照射到光电元件上， 产生光电流，在仪器上可读取相应的吸光度 或透光率，完成测定。

一．紫外可见分光光度计的基本组成
读出系统
光源
单色器
A=K· · b c c：物质的量浓度(mol · -1) L b：为液层厚度(cm) K:吸光系数。 应用的条件： 入射光必须是单色光； 吸收发生在稀的均匀的介质中； 吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。
3、吸光系数
其数值的大小，与物质的性质、入射光波长、溶剂种类 及溶液温度等因素有关。当波长等其他因素一定时，只与物 质的性质有关。 两种表示方法： a：质量吸光系数(L·-1· -1) ； g cm ：摩尔吸光系数(L· -1· -1)。 mol cm
溶液的光吸收曲线
最大吸收波长
max
吸 吸 收 收 强 强 度 度
KMnO4溶液的max=525nm
max
/ nm
特点:
① 具有最大吸收波长。 ②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相 似，max不变。但是不同物质，其吸收曲线形状 和max不一样，所以可作为定性分析的依据。 ③ 不同浓度的同一种物质，在max处吸光度随 浓度变化的幅度最大，测定的灵敏度最高，所 以通常选取在max处测量。
I0 ＝ Ia + It
透射光的强度 It与入射光的强度I0的 比值称为透光率(T) It T I0
透光率愈大，溶液对光的吸收愈少。 透光率的负对数称为 吸光度(A) I0 A lg T lg It 吸光度愈大，溶液对光的吸收愈多。
2、光的吸收定律
(Lambert-Beer定律)
1760 年， Lambert 指出：一束平行单色光通过有 色溶液后，光的吸收程度与溶液液层的厚度成正比。 A = k1· b 1852年，Beer 指出：一束平行单色光通过有色溶 液后，光的吸收程度与溶液的浓度成正比。 A = k2 · c 将 Lambert 定律和 Beer 定律合并起来，就得到 Lambert-Beer定律。 A = K· · b c
第三节

紫外可见分光光度法的定量 分析
一、朗伯-比尔定律

朗伯-比尔定律是说明物质对单色光吸收 的强弱与吸光物质的浓度和液层厚度间关系 的定律
1、透光率和吸光度
入射光强度I0，吸收光 强度Ia，透过光强度It， 反 射光强度为Ir
I0 ＝ Ia + It + Ir
被测溶液和参比溶液的 吸收池同样材料和厚度，反 射光强度影响相互抵消，上 式简化为
2
纯度的鉴定 用紫外吸收光谱 确定试样的纯度是比 较方便的。如果一化 合物在紫外区没有吸 收峰，而其杂质有较 强吸收，就可方便的 检出该化合物中的痕 量杂质。
3
结构分析 紫外-可见 吸收光谱一般不用于 化合物的结构分析， 但利用紫外吸收光谱 鉴定化合物中的共轭 结构和芳环结构还是 有一定价值。
5
第一节 紫外可见分光光度计的构造
光电倍增管是由光电管改进而成的，管中有若
干个称为倍增极的附加电极。因此，可使光激发的
电流得以放大，一个光子约产生106～107个电子。
它的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为
160～700 nm。光电倍增管在现代的分光光度计中 被广泛采用。 5．显示装置 显示装置的作用是把放大的信号以吸光度A或透
1.概念：分光光度法是根据物质的吸收光 谱和光的吸收定律，对物质进行定量、定性分 析的一种仪器分析方法。 2.方法分类： 根据测定时所选用的光源： 可见分光光度法(400800nm) 紫外分光光度法(200400 nm) 红外分光光度法(800nm50m)
3.紫外分光光度法的优缺点 优点：⑴灵敏度高,主要用于微量分析；
特点：

不随浓度和液层厚度的改变而改变，作为定性鉴别的参数； 在max处的摩尔吸光系数，常用max表示，。不同物质的 λmax有时可能相同，但εmax不一定相同，作为定性的依据；

max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
例：Cd2+浓度为140 umol · -1 ，双硫腙法显 L 色测定波长为520nm，液层厚度2cm，吸光度 为0.22，求 和T。 解： (1) A = b c 0.22 = 2 140 10-6 = 785.7 L · -1 · -1 mol cm (2) A =－lgT = 0.22 lgT = －0.22 T = 10－0.22 = 0.60 = 60%
1．分子吸收光谱的产生 当一束光照射到某物质或某溶液时，组 成该物质的分子、原子或离子等粒子与吸 光子作用，光子的能量发生转移，使这些 粒子由低能量轨道跃迁到高能量轨道，即 由基态转变为激发态。 M(基态) + h M*(激发态)
M(基态) + h
M*(激发态)
这个过程即是物质对光的吸收。由于分子、 原子或离子的能级是量子化的，不连续的，只有 光子的能量(h)与被照射物质粒子的基态和激发 态能量之差(E)相等时，才能被吸收。 不同物质的基态和激发态的能量差不同，选 择吸收光子的能量也不同，即吸收的波长不同。
2、光的种类
具有单一波长的光叫单色光，比如红光，蓝 光等。 由不同波长的光组成的光叫复色光。比如日 光等 如果两种适当颜色的单色光按适当的强度比 例混合能得到白光，则这两种颜色的光叫做 互补色光。
互补色光
紫 红 橙
蓝
白光
黄
青蓝
青
绿
溶液的颜色 ⑴溶液为什么会有颜色？ 溶液之所以呈现不同的颜色，是由于溶液中 的质点选择性地吸收某种颜色的光所引起的。 ⑵ 吸收光与溶液颜色的关系： 当白光通过某一均匀溶液时： ①如溶液对其全不吸收，光全透过，溶液为无色； ②如溶液对其全部吸收，无光透过，溶液呈黑色； ③如溶液对其部分吸收，其余光透过，溶液 呈透过光的颜色。
4、常见有机化合物的紫外可见吸收光谱
（1）270-750nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。
（2） 270-350 nm有吸收峰（ε=10-100L/（mol*cm））， n→π* 跃迁，含有一个简单的非共轭且含有n电子的生色团
（3） 250-300 nm 有中等强度的吸收峰, （ε=200-2000L /（mol*cm ），如苯环。 （4） 210-250 nm有强吸收峰，表明可能含有2个共轭双键； 在260nm,300 nm,330 nm有强吸收峰，说明是3个或3个以上双 键的共轭体系。 （5)若吸收峰延伸至可见光区，则可能是长链共轭或稠环化 合物

3、常用术语
1）生色团：含有π键的不饱和基团，简单的生色团 由双键或三键组成（如乙烯基、乙炔基等） 2）助色团：本身没有生色功能（不能吸收波长大于 200nm的光），但当与生色团连接时，有增强生色 团生色能力的基团（如—OH，—NH2，—NHR等）


3）蓝移（或紫移）：指吸收峰向短波长方向移动， 红移：指吸收峰向长波长方向移动。 吸收峰强度变化包括增色效应和减色效应。前 者指吸收强度增加，后者指吸收强度减小。各种因素 对吸收谱带的影响结果下图
CuSO4溶液：之所以呈蓝色，是因为吸收了白光中的 黄光，透过其黄光的互补光蓝光。
又例如： KMnO4溶液，吸收了白光中
的绿光，透过的为其互补光紫色，故其溶 液呈紫色。
再例如：NaCl、KNO3溶液，对其射入
的可见光全不吸收，光全透过，因此溶液 为无色。
2、吸收光谱曲线
某一溶液对何种波长的光吸收？吸收的程度 如何？ 这可通过使不同波长的光通过某一固定浓度 的有色溶液，分别测量每一波长下对应的光的 吸收程度[吸光度 A]，作A-λ曲线，即吸收光谱 曲线。
检测器的作用是接受从比色皿发出的透射光并转
换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。
4．检测器
光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极管。
阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质，阳极
为一金属丝。光电管依其对光敏感的波长范围不同分
为红敏和紫敏两种。红敏光电管是在阴极表面涂银和 氧化铯，适用波长范围为625—1 000nm；紫敏光电管 是阴极表面涂锑和铯，适用波长范围为200—625nm。
400
棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散为不
同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个
很窄的狭缝照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。
玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可 见光范围均可使用。
光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度
等间距条痕(600、1200、2400条/mm )。 原理： 利用光通过光栅时
平面透 射光栅 透 镜
光屏
M1
发生衍射和干涉现象而 分光.
M2
光栅衍射示意图
出 射 狭 缝
光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不
同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝
照射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波
长范围也较宽。

入射狭缝：光源的光由此进入单色器，用于限制杂 散光进入单色器 准直镜：透镜或凹面反射镜，使入射光成为平行光 束 色散元件：棱镜或光栅，将复合光分解成单色光 准直镜：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光 聚焦至出射狭缝 出射狭缝：用于限制通带宽度
3．吸收池
吸收池也称比色皿，用于盛放参比溶液或待测 溶液。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、 厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5 cm， 1 cm，2 cm，3 cm和5 cm。在可见光区测量吸 光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收 池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免 磨损透光面。 使用时注意点
仪器
可见分光光度计
双光束分光光度计
裂
光束分器 光源
比值
单色器
显示 吸收池 检测器
自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵 敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂， 价格较高。
仪器
紫外-可见分光光度计

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双波长分光光度计
单色器
光源 单色器
切 光 源
吸 收 池
检 测 器
不需要参比溶液；可以消除背景吸收干扰；适合多组分混 合物、浑浊试样的定量分析，可进行导数光谱分析。价格 昂贵
⑵准确度高,浓度测量相对误差仅有1~3%；
⑶操作简便、迅速，所需设备并不复杂；
⑷应用广泛。
缺点： ⑴仅适合微量分析； ⑵所需仪器相对昂贵。
应用
1
1.定性分析 各种物质具有各自不 同的分子、原子和不 同的分子空间结构， 其吸收光能量的情况 也就不会相同，因此， 每种物质就有其特有 的、固定的吸收光谱 曲线
三、仪器使用基本流程
紫外可见分光光度计
1、分光光度计的保养与维护 2、操作的注意事项 3、定性分析依据？？？ 定量依据？？？
B
A A
物质对光的选择性吸收
max ( A) max ( B)
定性分析基础
A
c
增 大
在一定实验条件下, A∝c

定量分析基础
第二节
紫外可见分光光度法的定性 分析
紫 外 可 见 分 光 光 度 法
刘晓燕
第一章 分光光度分析 第二章 紫外可见分光光度法
(Vis-UV Spectrophotometry)
主要内容：
q 紫外可见分光光度计的基本构造和使用流程 q 紫外可见分光光度分析的基本原理 q 紫外可见分光光度分析的条件选择
重点难点：
q 重点 q 难点 朗伯－比耳定律、分光光度分析的条件选择。 朗伯－比耳定律。
吸收池
检测器
1．光源
在所需光谱区域内发射连续的、足够强度、稳 定的辐射光。 可见区：钨灯；紫外区：氢灯、氘灯 通常用6～12 V钨丝灯作可见光区的光源，最 适宜的使用范围在360—800nm。光源应该稳定， 即要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同 时配有电源稳压器。
强度
氙灯（气体放电光源）