北大儀器分析紫外可見分光光度法1

1、第四章第四章 紫外可見分光光度法紫外可見分光光度法概述概述 分光光度法是分光光度法是以物質(zhì)對(duì)光的選以物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收擇性吸收為基礎(chǔ)的分析方法。根據(jù)為基礎(chǔ)的分析方法。根據(jù)物質(zhì)所吸收光的波長范圍不同，分物質(zhì)所吸收光的波長范圍不同，分光光度法又有紫外、可見及紅外分光光度法又有紫外、可見及紅外分光光度法。光光度法。紫外紫外-可見分光光度法可見分光光度法（Ultraviolet and visible spectrophotometry； UV-vis） 研究物質(zhì)在紫外研究物質(zhì)在紫外-可見光區(qū)（可見光區(qū)（200-800 nm）分子分子吸收光譜的分析方法。吸收光譜的分析方法。屬于屬于電子電子光譜。光譜

2、。紫外紫外- -可見分光光度法的特點(diǎn)可見分光光度法的特點(diǎn) 1. 靈敏度高 可達(dá)10-410-6 g/ml，部分可達(dá)10-7 g/ml，所以它主要用于測定微量組分。 2. 應(yīng)用廣泛 幾乎所有的無機(jī)離子和許多有機(jī)化合物可以用分光光度法進(jìn)行測定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、動(dòng)物體液中各種微量元素的測定。 3. 操作簡便、迅速、儀器設(shè)備不太復(fù)雜 若采用靈敏度高、選擇性好的有機(jī)顯色劑，并加入適當(dāng)?shù)难诒蝿?，一般不?jīng)過分離不經(jīng)過分離即可直接進(jìn)行分光光度法測定，其準(zhǔn)確度雖不及重量分析法和容量法，但對(duì)于微量組分的測定，結(jié)果還是滿意的。 一、一、有機(jī)化合物的有機(jī)化合物的生色原理生色原理 二、二、電子躍遷類型電子躍

3、遷類型 三、紫外三、紫外-可見吸收光譜的可見吸收光譜的常用概念常用概念四、吸收帶四、吸收帶類型及其與類型及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系五、影響吸收帶五、影響吸收帶的因素的因素六、六、朗伯朗伯-比爾定律比爾定律七、七、偏離比爾定律的因素偏離比爾定律的因素第一節(jié)第一節(jié) UV-visUV-vis的基本原理的基本原理和概念和概念 有色物質(zhì)的不同顏色是由于吸收了不同波長的光所致。 溶液能選擇性地吸收某些波長的光，而讓其他波長的光透過，這時(shí)溶液呈現(xiàn)出透過光的顏色。透過光的顏透過光的顏色是溶液吸收光的互補(bǔ)色。色是溶液吸收光的互補(bǔ)色。 有色溶液對(duì)各種波長的光的吸收情況，常用光吸收曲線來描述。 將不同波長的

4、單色光依次通過一定的有色溶液，分別測出對(duì)各種波長的光的吸收程度（用字母A表示）。以波長為橫坐標(biāo)，吸光程度為縱坐標(biāo)作圖，所得的曲線稱為吸收曲線或吸吸收曲線或吸收光譜曲線。收光譜曲線。能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫互補(bǔ)色光?；パa(bǔ)色光。物質(zhì)所顯示的物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補(bǔ)色。顏色是吸收光的互補(bǔ)色。物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色吸收光吸收光 顏色顏色波長范圍波長范圍( l l ,nm)黃綠黃橙紅紫紅紫藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠紫藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠綠黃綠黃橙紅400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-750物質(zhì)顏色和其吸收光關(guān)系

5、物質(zhì)顏色和其吸收光關(guān)系互補(bǔ)色互補(bǔ)色KMnO4的顏色及吸收光譜 分子吸收光譜的產(chǎn)生分子吸收光譜的產(chǎn)生由能級(jí)間的躍遷引起由能級(jí)間的躍遷引起能級(jí)：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)能級(jí)：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí) 若用一連續(xù)的電磁輻射照射樣品分子，將照射前后若用一連續(xù)的電磁輻射照射樣品分子，將照射前后的光強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并記錄下來，就可得到的光強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并記錄下來，就可得到光強(qiáng)度變化對(duì)波長的關(guān)系曲線，即為分子吸收光譜光強(qiáng)度變化對(duì)波長的關(guān)系曲線，即為分子吸收光譜 紫外紫外-可見吸收光譜的產(chǎn)生可見吸收光譜的產(chǎn)生 由于分子吸收紫外由于分子吸收紫外- -可見光區(qū)的電磁輻射，分子中可見光區(qū)的電磁輻射

6、，分子中 價(jià)電子（或外層電子）的能級(jí)躍遷而產(chǎn)生價(jià)電子（或外層電子）的能級(jí)躍遷而產(chǎn)生 （吸收能量（吸收能量= =兩個(gè)躍遷能級(jí)之差）兩個(gè)躍遷能級(jí)之差）a 躍遷類型躍遷類型 價(jià)電子躍遷：價(jià)電子躍遷：*, *; n*, n* E (h ) 順序順序: n* n* 有機(jī)化合物的生色原理有機(jī)化合物的生色原理b 生色團(tuán)和助色團(tuán)生色團(tuán)和助色團(tuán)1. *躍遷：躍遷： 飽和烴飽和烴（甲烷，乙烷）（甲烷，乙烷） E很高，很高， n * * n *續(xù)前注：注：紫外光譜電子躍遷主要類型紫外光譜電子躍遷主要類型 ： n*躍遷躍遷 *躍遷躍遷 飽和化合物無紫外吸收飽和化合物無紫外吸收 電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團(tuán)有密切聯(lián)

7、系電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團(tuán)有密切聯(lián)系 根據(jù)分子結(jié)構(gòu)根據(jù)分子結(jié)構(gòu)推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型；推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型； 根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型 推測分子中可能存在的基團(tuán)（分子結(jié)構(gòu)鑒定）推測分子中可能存在的基團(tuán)（分子結(jié)構(gòu)鑒定）三、三、 紫外紫外-可見吸收光譜中的一些常用概念可見吸收光譜中的一些常用概念吸收曲線吸收曲線: 以波長為橫坐標(biāo)，吸光度以波長為橫坐標(biāo)，吸光度(absorbency)為縱坐為縱坐標(biāo)作圖可得相應(yīng)曲線標(biāo)作圖可得相應(yīng)曲線(如圖如圖25-39所示所示)，稱為光吸收曲線，稱為光吸收曲線不同物質(zhì)(A,B,C)和同一物質(zhì)(B)但濃度不同 (1,

8、2,3,4) 的吸收光譜(濃度: 1 2 3 4) 圖示吸收光譜（吸收曲線）：吸收光譜（吸收曲線）： 不同波長光對(duì)樣品作用不同，不同波長光對(duì)樣品作用不同，吸收強(qiáng)度不同。以吸收強(qiáng)度不同。以A作圖作圖生色團(tuán)生色團(tuán)具有具有不飽和鍵不飽和鍵或或未成對(duì)電子未成對(duì)電子的基團(tuán)；有的基團(tuán)；有 * 或或 n * 躍遷的躍遷的不飽和不飽和基團(tuán)基團(tuán)；如如C=C, C=O, N=N, NO2 , C=S等，等，躍遷躍遷E較低。較低。 能吸收紫外能吸收紫外-可見光。可見光。助色團(tuán)助色團(tuán)含非鍵電子的雜原子飽和含非鍵電子的雜原子飽和基團(tuán)，如基團(tuán)，如OH, NH2 , OR, SH, SR, Cl,Br, I 等。等。當(dāng)與生

9、色團(tuán)相連接時(shí)，使其吸收峰向長波當(dāng)與生色團(tuán)相連接時(shí)，使其吸收峰向長波長方向移動(dòng)（長方向移動(dòng)（紅移紅移），并使吸收強(qiáng)度），并使吸收強(qiáng)度增加增加。 本身無紫外吸收。本身無紫外吸收。（chromophore）（auxochrome）l l nmA吸收峰吸收峰吸收峰吸收峰谷谷末端吸收末端吸收藍(lán)移藍(lán)移紅移紅移紅移（紅移（red shift）和和藍(lán)移（藍(lán)移（blue shift ） ： 由于化合物結(jié)構(gòu)改變（共軛、由于化合物結(jié)構(gòu)改變（共軛、引入助色團(tuán)引入助色團(tuán)取代基）取代基） 或采用不同溶劑后，吸收峰位置向長波方向的移動(dòng)，叫或采用不同溶劑后，吸收峰位置向長波方向的移動(dòng)，叫紅移紅移（長移）（長移）化合物結(jié)構(gòu)改變

10、時(shí)或受溶劑影響使吸收峰位置向短波方向化合物結(jié)構(gòu)改變時(shí)或受溶劑影響使吸收峰位置向短波方向移動(dòng)的現(xiàn)象，叫藍(lán)移（紫移，短移）移動(dòng)的現(xiàn)象，叫藍(lán)移（紫移，短移）增色效應(yīng)和減色效應(yīng)增色效應(yīng)和減色效應(yīng) 增色效應(yīng)：吸收強(qiáng)增色效應(yīng)：吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的效應(yīng)度增強(qiáng)的效應(yīng) 減色效應(yīng)：吸收強(qiáng)減色效應(yīng)：吸收強(qiáng)度減小的效應(yīng)度減小的效應(yīng)強(qiáng)帶和弱帶強(qiáng)帶和弱帶： max 105 強(qiáng)帶強(qiáng)帶 min 103 弱帶弱帶1R帶：由含雜原子的不飽和基團(tuán)帶：由含雜原子的不飽和基團(tuán)n *躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生 CO；CN；NN E小，小，max 250400nm，max200nm，共軛體系增長，共軛體系增長，max紅移紅移 溶劑極性溶劑極性，對(duì)于，對(duì)于

11、(CHCH)n max不變不變 對(duì)于對(duì)于CHCCO max紅移紅移3B帶：由帶：由 *躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生 芳香族化合物的主要特征吸收帶芳香族化合物的主要特征吸收帶 =230-270nm寬帶，具有精細(xì)結(jié)構(gòu)寬帶，具有精細(xì)結(jié)構(gòu) 極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基， 其精細(xì)結(jié)構(gòu)消失其精細(xì)結(jié)構(gòu)消失4E帶：由苯環(huán)帶：由苯環(huán)環(huán)形共軛系統(tǒng)的環(huán)形共軛系統(tǒng)的 *躍遷躍遷產(chǎn)生產(chǎn)生 芳香族化合物的特征吸收帶芳香族化合物的特征吸收帶 E1 180nm 常觀察不到常觀察不到E2 200nm 強(qiáng)吸收強(qiáng)吸收 苯環(huán)有發(fā)色團(tuán)取代且與苯環(huán)共軛苯環(huán)有發(fā)色團(tuán)取代且與苯環(huán)共軛時(shí)，時(shí)，E2帶與帶與K帶合并，一起紅移帶

12、合并，一起紅移（長移）（長移）苯的B帶吸收圖 R帶（帶（ n * ）:含含C=O, -NO, -NO2 ,-N=N- K帶（帶（ * ）:含含C=CC=C B帶帶: 芳香族化合物特征吸收帶芳香族化合物特征吸收帶 E帶帶:芳香族化合物特征吸收芳香族化合物特征吸收位阻位阻 若有共軛效應(yīng)若有共軛效應(yīng)長移，位阻影響長移，位阻影響 跨環(huán)效應(yīng)跨環(huán)效應(yīng) b b 、g g不飽和酮的雙鍵和酮基不飽和酮的雙鍵和酮基pH值影響：值影響：溶劑效應(yīng)：溶劑效應(yīng)：影響峰位、峰強(qiáng)度及光譜形狀影響峰位、峰強(qiáng)度及光譜形狀五、影響吸收帶的因素五、影響吸收帶的因素溶劑對(duì)紫外吸收光譜的影響溶劑對(duì)紫外吸收光譜的影響 溶劑極性的影響溶劑極

13、性的影響對(duì)對(duì)maxmax影響：影響：n-n-* *躍遷：溶劑極性躍遷：溶劑極性，maxmax藍(lán)移；藍(lán)移；-* *躍遷：溶劑極性躍遷：溶劑極性 ，maxmax紅移紅移對(duì)吸收光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)影響：對(duì)吸收光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)影響： 溶劑極性溶劑極性，苯環(huán)精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，苯環(huán)精細(xì)結(jié)構(gòu)消失溶劑影響吸收波長，吸收強(qiáng)度及精細(xì)結(jié)構(gòu)（溶劑影響吸收波長，吸收強(qiáng)度及精細(xì)結(jié)構(gòu)（fine structure）苯和N-亞硝基二甲胺的紫外吸收光譜圖 描述物質(zhì)對(duì)單色光吸收強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度和厚度描述物質(zhì)對(duì)單色光吸收強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度和厚度間關(guān)系的定律間關(guān)系的定律假設(shè)一束平行單色光通過一個(gè)吸光物體假設(shè)一束平行單色光通過一個(gè)吸光物體 CA

14、BeerlALamber定律：定律：nlSII吸光質(zhì)點(diǎn)數(shù)為厚度為物體截面為透過光強(qiáng)為入射光強(qiáng)為0 1760年德國人 Lambert, 1850年德國數(shù)學(xué)家 Beer,0lglgIITEClA摩爾吸光系數(shù)%11cmE百分吸光系數(shù)lCETAIITlg0吸光度透光率lECAT1010或討論：討論：1 1Lamber-Beer定律的適用條件（前提）定律的適用條件（前提） 入射光為入射光為單色光單色光； 溶液是溶液是稀溶液稀溶液2 2該定律適用于該定律適用于固體、液體和氣體樣品固體、液體和氣體樣品3 3在同一波長下，在同一波長下，各組分吸光度具有加和性各組分吸光度具有加和性 應(yīng)用：多組分測定應(yīng)用：多組分

15、測定cbaAAAA總（一）（一）Lambert-beer定律定律葉綠素的結(jié)構(gòu)和吸收光譜吸光度的加和性吸光度的加和性A1 = 1bc1A2 = 2bc2A = 1bc1+ 2bc2 根據(jù)吸光度的加和性可以進(jìn)行多組分的測定以及根據(jù)吸光度的加和性可以進(jìn)行多組分的測定以及某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測定某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測定在某一波長，溶液中含有對(duì)該波長的光產(chǎn)生吸收在某一波長，溶液中含有對(duì)該波長的光產(chǎn)生吸收的多種物質(zhì)，那么溶液的總吸光度等于溶液中各的多種物質(zhì)，那么溶液的總吸光度等于溶液中各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和 例 有一單色光通過厚度為1cm的有色溶液,其強(qiáng)度減弱20%。若通過5c

16、m厚度的相同溶液, 其強(qiáng)度減弱百分之幾? 解： lgT1 c1 = , lgT2 5c1 lglgT T2 2 = 5lg= 5lgT T1 1= 5= 5lg0.80 = - 0.485lg0.80 = - 0.485 T2= 32.7% , 即減弱67.3% 1吸光系數(shù)的物理意義：吸光系數(shù)的物理意義： 吸光物質(zhì)在單位濃度、單位厚度時(shí)的吸光度吸光物質(zhì)在單位濃度、單位厚度時(shí)的吸光度E = A/CL 討論：討論： 1）當(dāng)給定單色光）當(dāng)給定單色光、T 和溶劑等時(shí)，和溶劑等時(shí)，E由組分性質(zhì)決定由組分性質(zhì)決定 2）不同物質(zhì)在同一波長下）不同物質(zhì)在同一波長下E可能不同（選擇性吸收）可能不同（選擇性吸收）

17、 同一物質(zhì)在不同波長下同一物質(zhì)在不同波長下E一定不同一定不同 3）E，物質(zhì)對(duì)光吸收能力，物質(zhì)對(duì)光吸收能力, 定量測定靈敏度定量測定靈敏度 定性、定量依據(jù)定性、定量依據(jù)續(xù)前2吸光系數(shù)兩種表示法：吸光系數(shù)兩種表示法： 1）摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)： 在一定在一定下，下，C=1mol/L，L=1cm時(shí)的吸光度時(shí)的吸光度 2）百分含量吸光系數(shù)百分含量吸光系數(shù) / 比吸光系數(shù)比吸光系數(shù)E1%1cm： 在一定在一定下，下，C=1 g/100ml，L=1cm時(shí)的吸光度時(shí)的吸光度 3） =（M/10）E1%1cm3吸收光譜（吸收曲線）：吸收光譜（吸收曲線）：A續(xù)前4吸光度測量的條件選擇：吸光度測量的條件選擇：

18、1）測量波長的選擇：）測量波長的選擇：2）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：3）參比溶液）參比溶液(空白溶液空白溶液)的選擇：的選擇：下測定須在較小的左右測定靈敏度高maxmaxmaxmaxllllCAEAA選選A=0.20.7 （ 書書p194）樣參調(diào)節(jié)光路光學(xué)性質(zhì)和厚度相同樣品池樣品溶液，參比池空白溶液樣品池參比池配制樣品的溶劑空白溶液ATA%1000 注：采用空白對(duì)比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和注：采用空白對(duì)比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素對(duì)透光率的干擾界面反射等因素對(duì)透光率的干擾 依據(jù)依據(jù)BeerBeer定律，定律，A A與與C C關(guān)系應(yīng)為關(guān)系應(yīng)為

19、經(jīng)過原點(diǎn)的直線經(jīng)過原點(diǎn)的直線 偏離偏離BeerBeer定律的主要因素表現(xiàn)定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面為以下兩個(gè)方面lCEA 光學(xué)因素光學(xué)因素: 非單色光非單色光 雜散光（相隔較遠(yuǎn)的光）雜散光（相隔較遠(yuǎn)的光） 散射光和反射光（散射光和反射光（T） 非平行光（使非平行光（使l）化學(xué)因素化學(xué)因素樣品吸光度樣品吸光度 A 與光程與光程 l 總是成正比。但當(dāng)總是成正比。但當(dāng) l 一定時(shí)，一定時(shí)，A 與與 c 并不總是成正比，即偏離并不總是成正比，即偏離 L-B 定律！這種偏離由樣品性定律！這種偏離由樣品性質(zhì)和儀器決定。質(zhì)和儀器決定。1. 樣品性質(zhì)影響（化學(xué)因素）樣品性質(zhì)影響（化學(xué)因素）a）待測物高濃度）待測物高濃度-吸收質(zhì)點(diǎn)間隔變小吸收質(zhì)點(diǎn)間隔變小質(zhì)點(diǎn)間相互作用質(zhì)