紫外可見分光光度法

1、第五章 紫外可見分光光度法一教學(xué)內(nèi)容1 紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生（分子的能級(jí)及光譜、有機(jī)物及無(wú)機(jī)物電子能級(jí)躍遷的類型和特點(diǎn)）2 吸收定律及其發(fā)射偏差的原因3 儀器類型、各部件的結(jié)構(gòu)、性能以及儀器的校正4 分析條件的選擇5 應(yīng)用（定性及結(jié)構(gòu)分析、定量分析的各種方法、物理化學(xué)常數(shù)的測(cè)定及其它方面的應(yīng)用二重點(diǎn)與難點(diǎn)1 比較有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物各種電子躍遷類型所產(chǎn)生吸收帶的特點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值2 進(jìn)行化合物的定性分析、結(jié)構(gòu)判斷3 定量分析的新技術(shù)（雙波長(zhǎng)法、導(dǎo)數(shù)光譜法、動(dòng)力學(xué)分析法）4 物理化學(xué)常數(shù)的測(cè)定三教學(xué)要求1 較為系統(tǒng)、深入地掌握各種電子躍遷所產(chǎn)生的吸收帶及其特征、應(yīng)用2 熟練掌握吸收定律的應(yīng)用及測(cè)

2、量條件的選擇3 較為熟練儀器的類型、各組件的工作原理4 運(yùn)用各種類型光譜及的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，判斷不同的化合物5 掌握定量分析及測(cè)定物理化學(xué)常數(shù)的常見基本方法6 一般掌握某些新的分析技術(shù)四學(xué)時(shí)安排 5學(xué)時(shí) 研究物質(zhì)在 紫外、可見光區(qū) 的分子吸收光譜 的分析方法稱為紫外-可見分光光度法。紫外可見分光光度法是利用某些物質(zhì)的分子吸收200 800 nm光譜區(qū)的輻射來(lái)進(jìn)行分析測(cè)定的方法。這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價(jià)電子和分子軌道上的電子 在電子能級(jí)間的躍遷，廣泛用于無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定。第一節(jié) 紫外可見吸收光譜一、分子吸收光譜的產(chǎn)生 在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有核間相對(duì)位移引起的振動(dòng)和轉(zhuǎn)

3、動(dòng)。這三種運(yùn)動(dòng)能量都是量子化的，并對(duì)應(yīng)有一定能級(jí)。在每一電子能級(jí)上有許多間距較小的振動(dòng)能級(jí)，在每一振動(dòng)能級(jí)上又有許多更小的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。 若用E電子、 E振動(dòng)、 E轉(zhuǎn)動(dòng)分別表示電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差，即有 E電子 E振動(dòng) E轉(zhuǎn)動(dòng)。處在同一電子能級(jí)的分子，可能因其振動(dòng)能量不同，而處在不同的振動(dòng)能級(jí)上。當(dāng)分子處在同一電子能級(jí)和同一振動(dòng)能級(jí)時(shí)，它的能量還會(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)能量不同，而處在不同的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)上。所以分子的總能量可以認(rèn)為是這三種能量的總和： E分子 = E電子 + E振動(dòng) + E轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)用頻率為n的電磁波照射分子，而該分子的較高能級(jí)與較低能級(jí)之差 E恰好等于該電磁波的能量 hn時(shí)，即有 E = hn

4、 （ h為普朗克常數(shù)） 此時(shí)，在微觀上出現(xiàn)分子由較低的能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)；在宏觀上則透射光的強(qiáng)度變小。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并記錄下來(lái)，然后以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以電信號(hào)（吸光度 A）為縱坐標(biāo)，就可以得到一張光強(qiáng)度變化對(duì)波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖分子吸收光譜圖。二、分子吸收光譜類型 根據(jù)吸收電磁波的范圍不同，可將分子吸收光譜分為遠(yuǎn)紅外光譜、紅外光譜及紫外、可見光譜三類。 分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差一般在0.005 0.05eV。產(chǎn)生此能級(jí)的躍遷，需吸收波長(zhǎng)約為250 25mm的遠(yuǎn)紅外光，因此，形成的光譜稱為轉(zhuǎn)動(dòng)光譜或遠(yuǎn)紅外光譜。 分子的振動(dòng)能級(jí)差一般在0.05 1 eV，

5、需吸收波長(zhǎng)約為25 1.25mm的紅外光才能產(chǎn)生躍遷。在分子振動(dòng)時(shí)同時(shí)有分子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這樣，分子振動(dòng)產(chǎn)生的吸收光譜中，包括轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，故常稱為振-轉(zhuǎn)光譜。由于它吸收的能量處于紅外光區(qū)，故又稱紅外光譜。電子的躍遷能差約為1 20 eV，比分子振動(dòng)能級(jí)差要大幾十倍，所吸收光的波長(zhǎng)約為12.5 0.06mm，主要在真空紫外到可見光區(qū)，對(duì)應(yīng)形成的光譜，稱為電子光譜或紫外、可見吸收光譜。 通常，分子是處在基態(tài)振動(dòng)能級(jí)上。當(dāng)用紫外、可見光照射分子時(shí)，電子可以從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)的任一振動(dòng)（或不同的轉(zhuǎn)動(dòng)）能級(jí)上。因此，電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的吸收光譜，包括了大量譜線，并由于這些譜線的重疊而成為連續(xù)的吸收帶，這就是為

6、什么分子的紫外、可見光譜不是線狀光譜，而是帶狀光譜的原因。又因?yàn)榻^大多數(shù)的分子光譜分析，都是用液體樣品，加之儀器的分辨率有限，因而使記錄所得電子光譜的譜帶變寬。 由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外區(qū)（60 200 nm）均有吸收，因此在測(cè)定這一范圍的光譜時(shí)，必須將光學(xué)系統(tǒng)抽成真空，然后充以一些惰性氣體，如氦、氖、氬等。鑒于真空紫外吸收光譜的研究需要昂貴的真空紫外分光光度計(jì)，故在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。我們通常所說(shuō)的紫外可見分光光度法，實(shí)際上是指近紫外、可見分光光度法。 第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產(chǎn)生 在紫外和可見光譜區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物的吸收帶主要由ss*、pp*、ns*、np*及電荷遷

7、移躍遷產(chǎn)生。無(wú)機(jī)化合物的吸收帶主要由電荷遷移和配位場(chǎng)躍遷（即dd躍遷和ff躍遷）產(chǎn)生. 由于電子躍遷的類型不同，實(shí)現(xiàn)躍遷需要的能量不同，因此吸收光的波長(zhǎng)范圍也不相同。其中ss*躍遷所需能量最大，np*及配位場(chǎng)躍遷所需能量最小，因此，它們的吸收帶分別落在遠(yuǎn)紫外和可見光區(qū)。從圖中 可知，pp*（電荷遷移）躍遷產(chǎn)生的譜帶強(qiáng)度最大，ss*、np*、ns*躍遷產(chǎn)生的譜帶強(qiáng)度次之，（配位躍遷的譜帶強(qiáng)度最?。?。一、有機(jī)化合物的紫外可見吸收光譜（一）、躍遷類型 基態(tài)有機(jī)化合物的價(jià)電子包括成鍵s電子、成鍵p電子和非鍵電子（以 n表示）。分子的空軌道包括反鍵 s*軌道和反鍵p*軌道，因此，可能的躍遷為ss*、pp

8、*、ns* np*等。 1，ss*躍遷 它需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。飽和烴中的cc鍵屬于這類躍遷，例如乙烷的最大吸收波長(zhǎng)lmax為135nm。 2，ns*躍遷 實(shí)現(xiàn)這類躍遷所需要的能量較高，其吸收光譜落于遠(yuǎn)紫外光區(qū)和近紫外光區(qū)，如CH3OH和CH3NH2的ns*躍遷光譜分別為183nm和213nm。 3，pp*躍遷 它需要的能量低于ss*躍遷，吸收峰一般處于近紫外光區(qū)，在200 nm左右，其特征是摩爾吸光系數(shù)大，一般emax104，為強(qiáng)吸收帶。如乙烯（蒸氣）的最大吸收波長(zhǎng)lmax為162 nm。 4，np*躍遷 這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)。它是簡(jiǎn)單的生色團(tuán)如羰基、硝基等中的孤對(duì)電子

9、向反鍵軌道躍遷。其特點(diǎn)是譜帶強(qiáng)度弱，摩爾吸光系數(shù)小，通常小于100，屬于禁阻躍遷。 5，電荷遷移躍遷 所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時(shí)，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷。因此，電荷遷移躍遷實(shí)質(zhì)是一個(gè)內(nèi)氧化還原的過(guò)程，而相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。例如某些取代芳烴可產(chǎn)生這種分子內(nèi)電荷遷移躍遷吸收帶。 電荷遷移吸收帶的譜帶較寬，吸收強(qiáng)度較大，最大波長(zhǎng)處的摩爾吸光系數(shù)emax可大于104。（二）、常用術(shù)語(yǔ)1，生色團(tuán) 從廣義來(lái)說(shuō)，所謂生色團(tuán)，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)。但是，人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團(tuán)。 2，助色團(tuán) 助色團(tuán)是

10、指帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)，如-OH、 -OR、 -NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，會(huì)使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，并且增加其吸光度。3，紅移與藍(lán)移（紫移） 某些有機(jī)化合物經(jīng)取代反應(yīng)引入含有未共享電子對(duì)的基團(tuán)（ -OH、 -OR、 -NH2、-SH 、-Cl、-Br、-SR、- NR2 ）之后，吸收峰的波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱為紅移效應(yīng)。這種會(huì)使某化合物的最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的基團(tuán)稱為向紅基團(tuán)。 在某些生色團(tuán)如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波長(zhǎng)會(huì)向短波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱為藍(lán)移（紫移）效應(yīng)。這些會(huì)使

11、某化合物的最大吸收波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)的基團(tuán)（如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3）稱為向藍(lán)（紫）基團(tuán)。(三)有機(jī)化合物紫外-可見吸收光譜1，飽和烴及其取代衍生物 飽和烴類分子中只含有s鍵，因此只能產(chǎn)生ss*躍遷，即s電子從成鍵軌道（ s ）躍遷到反鍵軌道（ s *）。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見分光光度計(jì)的測(cè)量范圍。 飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生ns* 的躍遷。 ns* 的能量低于ss*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的ns* 躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。這些數(shù)據(jù)不僅說(shuō)明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收

12、波長(zhǎng)發(fā)生了紅移，顯示了助色團(tuán)的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實(shí)用價(jià)值不大。但是它們是測(cè)定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。2，不飽和烴及共軛烯烴 在不飽和烴類分子中，除含有s鍵外，還含有p鍵，它們可以產(chǎn)生ss*和pp*兩種躍遷。 pp*躍遷的能量小于 ss*躍遷。例如，在乙烯分子中， pp*躍遷最大吸收波長(zhǎng)為180nm 在不飽和烴類分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的雙鍵共軛時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)， pp*躍遷的吸收帶 將明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。在共軛體系中， pp*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。 3，羰基化合物 羰基化合物含有C=O基團(tuán)。 C=O基團(tuán)主要可產(chǎn)生p

13、p*、 ns* 、np*三個(gè)吸收帶， np*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們np*吸收帶的光區(qū)稍有不同。 羧酸及羧酸的衍生物雖然也有np*吸收帶，但是， 羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對(duì)的助色團(tuán)，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的p電子產(chǎn)生np共軛，導(dǎo)致p*軌道的能級(jí)有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級(jí)，因此實(shí)現(xiàn)np* 躍遷所需的能量變大，使np*吸收帶藍(lán)移至210nm左右。4，苯及其衍生物 苯有三個(gè)吸收帶，它

14、們都是由pp*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（eMAX = 60，000）； E2帶出現(xiàn)在204nm（ eMAX = 8，000 ）；B帶出現(xiàn)在255nm （eMAX = 200）。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是由于振動(dòng)躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。當(dāng)苯環(huán)上有取代基時(shí)，苯的三個(gè)特征譜帶都會(huì)發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。5，稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物 稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個(gè)吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個(gè)吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長(zhǎng)紅移越多，吸收強(qiáng)度也

15、相應(yīng)增加。 當(dāng)芳環(huán)上的-CH基團(tuán)被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生np*吸收帶。二、無(wú)機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜 產(chǎn)生無(wú)機(jī)化合物紫外、可見吸收光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場(chǎng)躍遷。（一）電荷遷移躍遷 無(wú)機(jī)配合物有電荷遷移躍遷產(chǎn)生的電荷遷移吸收光譜。 在配合物的中心離子和配位體中，當(dāng)一個(gè)電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時(shí)，可產(chǎn)生電荷遷移吸收光譜。 不少過(guò)度金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng)所生成的配合物以及許多水合無(wú)機(jī)離

16、子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。 此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過(guò)度元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色。 電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長(zhǎng)位置，取決于電子給予體和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差。（二）配位場(chǎng)躍遷 配位場(chǎng)躍遷包括d - d 躍遷和f - f 躍遷。元素周期表中第四、五周期的過(guò)度金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。在配體的存在下，過(guò)度元素五 個(gè)能量相等的d軌道和鑭系元素七個(gè)能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。當(dāng)它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道，這兩類躍遷分別

17、稱為d - d 躍遷和f - f 躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場(chǎng)作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場(chǎng)躍遷。三、溶劑對(duì)紫外、可見吸收光譜的影響 溶劑對(duì)紫外可見光譜的影響較為復(fù)雜。改變?nèi)軇┑臉O性，會(huì)引起吸收帶形狀的變化。例如，當(dāng)溶劑的極性由非極性改變到極性時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。 改變?nèi)軇┑臉O性，還會(huì)使吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生變化。下表為溶劑對(duì)亞異丙酮紫外吸收光譜的影響。 正己烷 CHCl3 CH3OH H2O pp* lmax/nm 230 238 237 243 n p*lmax/nm 329 315 309 305 由上表可以看出，當(dāng)溶劑的極性增大時(shí)，由n p* 躍遷產(chǎn)生的吸

18、收帶發(fā)生藍(lán)移，而由pp* 躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。因此，在測(cè)定紫外、可見吸收光譜時(shí)，應(yīng)注明在何種溶劑中測(cè)定。 由于溶劑對(duì)電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表中必須注明所用的溶劑。與已知化合物紫外光譜作對(duì)照時(shí)也應(yīng)注明所用的溶劑是否相同。在進(jìn)行紫外光譜法分析時(shí)，必須正確選擇溶劑。選擇溶劑時(shí)注意下列幾點(diǎn)：（1）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測(cè)試樣，溶劑對(duì)溶質(zhì)應(yīng)該是惰性的。即所成溶液應(yīng)具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性。 （2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無(wú)明顯吸收。第三節(jié) 紫外-可見分光光度計(jì)一、組成部件 紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是由五個(gè)部分組成：

19、即光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器和信號(hào)指示系統(tǒng)。（一）光源 對(duì)光源的基本要求是應(yīng)在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長(zhǎng)的變化應(yīng)盡可能小。 分光光度計(jì)中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類。 熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340 2500nm。這類光源的輻射能量與施加的外加電壓有關(guān)，在可見光區(qū)，輻射的能量與工作電壓4次方成正比。光電流與燈絲電壓的n次方（n1）成正比。因此必須嚴(yán)格控制燈絲電壓，儀器必須配有穩(wěn)壓裝置。 在近紫外區(qū)測(cè)定時(shí)常用氫燈和氘燈。它們可在160

20、 375 nm范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光源。氘燈的燈管內(nèi)充有氫的同位素氘，它是紫外光區(qū)應(yīng)用最廣泛的一種光源，其光譜分布與氫燈類似，但光強(qiáng)度比相同功率的氫燈要大35倍。（二）單色器 單色器是能從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置，其主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長(zhǎng)且波長(zhǎng)在紫外可見區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。 單色器一般由入射狹縫、準(zhǔn)光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。單色器的性能直接影響入射光的單色性，從而也影響到測(cè)定的靈敏度度、選擇性及校準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系等。 能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。 棱鏡有玻璃和石英兩種材料。它們

21、的色散原理是依據(jù)不同的波長(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)有不同的折射率而將不同波長(zhǎng)的光分開。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱鏡只能用于350 3200 nm的波長(zhǎng)范圍，即只能用于可見光域內(nèi)。石英棱鏡可使用的波長(zhǎng)范圍較寬，可從185 4000nm，即可用于紫外、可見和近紅外三 個(gè)光域。 光柵是利用光的衍射與干涉作用制成的，它可用于紫外、可見及紅外光域，而且在整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。它具有色散波長(zhǎng)范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是各級(jí)光譜會(huì)重疊而產(chǎn)生干擾。入射、出射狹縫，透鏡及準(zhǔn)光鏡等光學(xué)元件中狹縫在決定單色器性能上起重要作用。狹縫的大小直接影響單色光純度，但過(guò)小的狹

22、縫又會(huì)減弱光強(qiáng)。（三）吸收池 吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃吸收池只能用于可見光區(qū)。為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測(cè)定中（紫外區(qū)尤其重要），吸收池要挑選配對(duì)。因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。（四）檢測(cè)器 檢測(cè)器的功能是檢測(cè)信號(hào)、測(cè)量單色光透過(guò)溶液后光強(qiáng)度變化的一種裝置。 常用的檢測(cè)器有光電池、光電管和光電倍增管等。 硒光電池對(duì)光的敏感范圍為300800nm，其中又以500 600nm最為靈敏。這種光電池的特點(diǎn)是能產(chǎn)生可直接推動(dòng)微安表或檢流計(jì)的光電流，但由于容

23、易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)而只能用于低檔的分光光度計(jì)中。 光電管在紫外-可見分光光度計(jì)上應(yīng)用較為廣泛。 光電倍增管是檢測(cè)微弱光最常用的光電元件，它的靈敏度比一般的光電管要高200倍，因此可使用較窄的單色器狹縫，從而對(duì)光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)有較好的分辨能力。（五）信號(hào)指示系統(tǒng) 它的作用是放大信號(hào)并以適當(dāng)方式指示或記錄下來(lái)。常用的信號(hào)指示裝置有直讀檢流計(jì)、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動(dòng)記錄裝置等。很多型號(hào)的分光光度計(jì)裝配有微處理機(jī)，一方面可對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行操作控制，另一方面可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。二、紫外-可見分光光度計(jì)的類型 紫外-可見分光光度計(jì)的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束分光光度計(jì)、雙光束分光光度計(jì)和雙波

24、長(zhǎng)分光光度計(jì)。1，單光束分光光度計(jì) 經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過(guò)參比溶液和樣品溶液，以進(jìn)行吸光度的測(cè)定。這種簡(jiǎn)易型分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易，適用于常規(guī)分析。2，雙光束分光光度計(jì) 經(jīng)單色器分光后經(jīng)反射鏡分解為強(qiáng)度相等的兩束光，一束通過(guò)參比池，一束通過(guò)樣品池。光度計(jì)能自動(dòng)比較兩束光的強(qiáng)度，此比值即為試樣的透射比，經(jīng)對(duì)數(shù)變換將它轉(zhuǎn)換成吸光度并作為波長(zhǎng)的函數(shù)記錄下來(lái)。 雙光束分光光度計(jì)一般都能自動(dòng)記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時(shí)分別通過(guò)參比池和樣品池，還能自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化所引起的誤差。3，雙波長(zhǎng)分光光度計(jì) 由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)單色器，得到兩束不同波長(zhǎng)（l

25、1和l2）的單色光；利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池，然后經(jīng)過(guò)光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，最后由顯示器顯示出兩個(gè)波長(zhǎng)處的吸光度差值A(chǔ)（A=Al1-Al2）。對(duì)于多組分混合物、混濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長(zhǎng)分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。利用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)，能獲得導(dǎo)數(shù)光譜。 通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，使雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)能很方便地轉(zhuǎn)化為單波長(zhǎng)工作方式。如果能在l1和l2處分別記錄吸光度隨時(shí)間變化的曲線，還能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。三、分光光度計(jì)的校正 通常在實(shí)驗(yàn)室工作中，驗(yàn)收新儀器或?qū)嶒?yàn)室使用過(guò)一段時(shí)間后都要進(jìn)行波長(zhǎng)校正和吸

26、光度校正。 建議采用下述的較為簡(jiǎn)便和實(shí)用的方法來(lái)進(jìn)行校正：鐠銣玻璃或鈥玻璃都有若干特征的吸收峰，可用來(lái)校正分光光度計(jì)的波長(zhǎng)標(biāo)尺，前者用于可見光區(qū)，后者則對(duì)紫外和可見光區(qū)都適用。也可用K2CrO4標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)校正吸光度標(biāo)度。定性分析 紫外可見分光光度法是一種廣泛應(yīng)用的定量分析方法，也是對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析和結(jié)構(gòu)分析的一種手段，同時(shí)還可以測(cè)定某些化合物的物理化學(xué)參數(shù)，例如摩爾質(zhì)量、配合物的配合比和穩(wěn)定常數(shù)、以及酸、堿的離解常數(shù)等。 紫外可見分光光度法在無(wú)機(jī)元素的定性分析應(yīng)用方面是比較少的，無(wú)機(jī)元素的定性分析主要用原子發(fā)射光譜法或化學(xué)分析法。在有機(jī)化合物的定性分析鑒定及結(jié)構(gòu)分析方面，由于紫外可見光譜較為

27、簡(jiǎn)單，光譜信息少，特征性不強(qiáng)，而且不少簡(jiǎn)單官能團(tuán)在近紫外及可見光區(qū)沒(méi)有吸收或吸收很弱，因此，這種方法的應(yīng)用有較大的局限性。但是它適用于不飽和有機(jī)化合物，尤其是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)。此外，它可配合紅外光譜法、核磁共振波譜法和質(zhì)譜法等常用的結(jié)構(gòu)分析法進(jìn)行定量鑒定和結(jié)構(gòu)分析，是不失為一種有用的輔助方法。一般定性分析方法有如下兩種： 1. 比較吸收光譜曲線法吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目和位置及相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)，是定性分析的光譜依據(jù)，而最大吸收波長(zhǎng)及相應(yīng)的是定性分析的最主要參數(shù)。比較法有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法和標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較法兩種。利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較，在相同的測(cè)量條件下，測(cè)定和比較未知物與已知

28、標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜曲線，如果兩者的光譜完全一致，則可以初步認(rèn)為它們是同一化合物。為了能使分析更準(zhǔn)確可靠，要注意如下幾點(diǎn)：一、是盡量保持光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。為此，應(yīng)采用與吸收物質(zhì)作用力小的非極性溶劑，且采用窄的光譜通帶； 二、是吸收光譜采用對(duì)作圖。這樣如果未知物與標(biāo)準(zhǔn)物的濃度不同，則曲線只是沿軸平移，而不是象曲線那樣以的比例移動(dòng)，更便于比較分析。三、是往往還需要用其它方法進(jìn)行證實(shí)，如紅外光譜等。利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖或光譜數(shù)據(jù)比較。常用的標(biāo)準(zhǔn)譜圖有以下表中的四種：2. 計(jì)算不飽和有機(jī)化合物最大吸收波長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 有伍德沃德（Woodward）規(guī)則和斯科特（Scott）規(guī)則。 當(dāng)采用其它物理或化學(xué)方法推測(cè)未知化合

29、物有幾種可能結(jié)構(gòu)后，可用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算它們最大吸收波長(zhǎng)，然后再與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，以確認(rèn)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。伍德沃德規(guī)則它是計(jì)算共軛二烯、多烯烴及共軛烯酮類化合物*。結(jié)構(gòu)分析 紫外可見分光光度法可以進(jìn)行化合物某些基因的判別、共軛體系及構(gòu)型、構(gòu)象的判斷。 1. 某些特征集團(tuán)的判別有機(jī)物的不少基團(tuán)(生色團(tuán))，如羰基、苯環(huán)、硝基、共軛體系等，都有其特征的紫外或可見吸收帶，紫外可見分光光度法在判別這些基團(tuán)時(shí)，有時(shí)是十分有用的。如在270300nm處有弱的吸收帶，且隨溶劑極性增大而發(fā)生藍(lán)移，就是羰基n*躍遷所產(chǎn)生R吸收帶的有力證據(jù)。在184nm附近有強(qiáng)吸收帶(E1帶)，在204nm附近有中強(qiáng)吸收帶(E2帶)，在26

30、0nm附近有弱吸收帶且有精細(xì)結(jié)構(gòu)(B帶)，是苯環(huán)的特征吸收，等等。可以從有關(guān)資料中查找某些基團(tuán)的特征吸收帶。2. 共軛體系的判斷 共軛體系會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的K吸收帶，通過(guò)繪制吸收光譜，可以判斷化合物是否存在共軛體系或共軛的程度。如果一化合物在210nm以上無(wú)強(qiáng)吸收帶，可以認(rèn)為該化合物不存在共軛體系；若在215250nm區(qū)域有強(qiáng)吸收帶，則該化合物可能有兩至三個(gè)雙鍵的共軛體系，如13丁二烯，為217nm，為21,000；若260350nm區(qū)域有很強(qiáng)的吸收帶，則可能有三至五個(gè)雙鍵的共軛體系，如癸五烯有五個(gè)共軛雙鍵，為335nm，為118,000。3. 異構(gòu)體的判斷 包括順?lè)串悩?gòu)及互變異構(gòu)兩種情況的判斷。

31、順?lè)串悩?gòu)體的判斷生色團(tuán)和助色團(tuán)處在同一平面上時(shí)，才產(chǎn)生最大的共軛效應(yīng)。由于反式異構(gòu)體的空間位阻效應(yīng)小，分子的平面性能較好，共軛效應(yīng)強(qiáng)。因此，及都大于順式異構(gòu)體。例如，肉桂酸的順、反式的吸收如下： 280nm =13500 295nm =27000同一化學(xué)式的多環(huán)二烯，可能有兩種異構(gòu)體：一種是順式異構(gòu)體；另一種是異環(huán)二烯，是反式異構(gòu)體。一般來(lái)說(shuō)，異環(huán)二烯的吸收帶強(qiáng)度總是比同環(huán)二烯來(lái)的大?；プ儺悩?gòu)體的判斷某些有機(jī)化合物在溶液中可能有兩種以上的互變異構(gòu)體處于動(dòng)態(tài)平衡中，這種異構(gòu)體的互變過(guò)程常伴隨有雙鍵的移動(dòng)及共軛體系的變化，因此也產(chǎn)生吸收光譜的變化。最常見的是某些含氧化合物的酮式與烯醇式異構(gòu)體之間的

32、互變。例如乙酰乙酸乙酯就是和烯醇式兩種互變異構(gòu)體：它們的吸收特性不同：酮式異構(gòu)體在近紫外光區(qū)的為272nm(為16)，是n*躍遷所產(chǎn)生R吸收帶。烯醇式異構(gòu)體的為243nm(為16000)，是*躍遷出共軛體系的K吸收帶。兩種異構(gòu)體的互變平衡與溶劑有密切關(guān)系。在象水這樣的極性溶劑中，由于 可能與H2O形成氫鍵而降低能量以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以酮式異構(gòu)體占優(yōu)勢(shì):而象乙烷這樣的非極性溶劑中，由于形成分子內(nèi)的氫鍵，且形成共軛體系，使能量降低以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以烯醇式異構(gòu)體比率上升:此外，紫外可見分光光度法還可以判斷某些化合物的構(gòu)象(如取代基是平伏鍵還是直平鍵)及旋光異構(gòu)體等。定量分析紫外可見分光光度法定量分

33、析的方法常見到的有如下幾種 ： 1. 單組分的定量分析如果在一個(gè)試樣中只要測(cè)定一種組分，且在選定的測(cè)量波長(zhǎng)下，試樣中其它組分對(duì)該組分不干擾，這種單組分的定量分析較簡(jiǎn)單。一般有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法兩種。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法在相同條件下，平行測(cè)定試樣溶液和某一濃度Cs（應(yīng)與試液濃度接近）的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度Ax和As則由Cs可計(jì)算試樣溶液中被測(cè)物質(zhì)的濃度Cx標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法因知使用單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，引起誤差的偶然因素較多，故往往較不可靠。標(biāo)準(zhǔn)曲線法這是實(shí)際分析工作中最常用的一種方法。配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不含被測(cè)組分的空白溶液作參比，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度，繪制吸光度濃度曲線，稱為校正曲線（也叫標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作

34、曲線）。在相同條件下測(cè)定試樣溶液的吸光度，從校正曲線上找出與之對(duì)應(yīng)的未知組分的濃度。此外，有時(shí)還可以采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。2. 多組分的定量分析 根據(jù)吸光度具有加和性的特點(diǎn)，在同一試樣中可以同時(shí)測(cè)定兩個(gè)或兩個(gè)以上組分。假設(shè)要測(cè)定試樣中的兩個(gè)組分A、B，如果分別繪制A、B兩純物資的吸收光譜，繪出三種情況，如圖13.20所示。 （a） 情況表明兩組分互不干擾，可以用測(cè)定單組分的方法分別在1、2測(cè)定A、B兩組分；（b）情況表明A組分對(duì)B組分的測(cè)定有干擾，而B組分對(duì)A組分的測(cè)定無(wú)干擾，則可以在1處單獨(dú)測(cè)量A組分，求得A組分的濃度CA。然后在2處測(cè)量溶液的吸光度及A、B純物質(zhì)的和值，根據(jù)吸光度的加和性，即得則

35、可以求出CB；（c）情況表明兩組分彼此互相干擾，此時(shí)，在1、2處分別測(cè)定溶液的吸光度及，而且同時(shí)測(cè)定A、B純物質(zhì)的、及、。然后列出聯(lián)立方程 解得CA、CB。顯然，如果有n個(gè)組分的光譜互相干擾，就必須在n個(gè)波長(zhǎng)處分別測(cè)定吸光度的加和值，然后解n元一次方程以求出各組分的濃度。應(yīng)該指出，這將是繁瑣的數(shù)學(xué)處理，且n越多，結(jié)果的準(zhǔn)確性越差。用計(jì)算機(jī)處理測(cè)定結(jié)果將使運(yùn)算大為方便。3. 雙波長(zhǎng)分光光度法 當(dāng)試樣中兩組分的吸收光譜較為嚴(yán)重時(shí)，用解聯(lián)立方程的方法測(cè)定兩組分的含量可能誤差較大，這時(shí)可以用雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定。它可以進(jìn)行一組分在其它組分干擾下，測(cè)定該組分的含量，也可以同時(shí)測(cè)定兩組分的含量。雙波長(zhǎng)分光

36、光度法定量測(cè)定兩混合物組分的主要方法有等吸收波長(zhǎng)法和系數(shù)倍率法兩種。等吸收波長(zhǎng)法試樣中含有A、B兩組分，若要測(cè)定B組分，A組分有干擾，采用雙波長(zhǎng)法進(jìn)行B組分測(cè)量時(shí)方法如下：為了要能消除A組分的吸收干擾，一般首先選擇待測(cè)組分B的最大吸收波長(zhǎng)2為測(cè)量波長(zhǎng)，然后用作圖法選擇參比波長(zhǎng)1，作法如圖所示。在2處作一波長(zhǎng)軸的垂直線，交于組分B吸收曲線的另某一點(diǎn)，再?gòu)倪@點(diǎn)作一條平行于波長(zhǎng)軸的直線，交于組分B吸收曲線的另一點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波成為參比波長(zhǎng)1?？梢娊M分A在2和1處是等吸收點(diǎn)，由吸光度的加和性可見，混合試樣在2和1處的吸光度可表示為雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)的輸出信號(hào)為A，可見儀器的輸出訊號(hào)A與干擾組分A無(wú)關(guān)，

37、它只正比于待測(cè)組分B的濃度，即消除了B的干擾。系數(shù)倍率法當(dāng)干擾組分A的吸收光譜曲線不呈峰狀，僅是陡坡狀時(shí)，不存在兩個(gè)波長(zhǎng)處的等吸收點(diǎn)時(shí)，如圖所示。在這種 情況下，可采用系數(shù)倍率法測(cè)定B組分，并采用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)來(lái)完成。選擇兩個(gè)波長(zhǎng)1、2，分別測(cè)量A、B混合液的吸光度、，利用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)中差分函數(shù)放大器，把、分別放大k1、k2倍，獲得、兩波長(zhǎng)處測(cè)得的差示信號(hào)S：調(diào)節(jié)放大器，選取和，使之滿足得到系數(shù)倍率K為差示信號(hào)S與待測(cè)組分B的濃度CB成正比，與干擾組分A無(wú)關(guān)，即消除了A的干擾。4. 導(dǎo)數(shù)分光光度計(jì)法 采用不同的實(shí)驗(yàn)方法可以獲得各種導(dǎo)數(shù)光譜曲線。不同的實(shí)驗(yàn)方法包括雙波長(zhǎng)法、電子微分法和數(shù)值微分法。 將對(duì)波長(zhǎng)求導(dǎo): 在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)可控制在恒定值，則上式表明，第一，導(dǎo)數(shù)分光光度法的一階導(dǎo)數(shù)信號(hào)與濃度成正比例，不需要通過(guò)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換為吸光度