第五章紫外-可見(jiàn)分光光度法

1、第五章第五章 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度法可見(jiàn)分光光度法( (Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, UV-Vis) )5.1 5.1 光譜分析概論光譜分析概論 5.2 5.2 紫外紫外- -可見(jiàn)吸收光譜可見(jiàn)吸收光譜 5.3 5.3 光吸收定律光吸收定律5.4 5.4 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)5.5 5.5 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度分析的實(shí)驗(yàn)條件可見(jiàn)分光光度分析的實(shí)驗(yàn)條件5.6 5.6 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度分析的應(yīng)用可見(jiàn)分光光度分析的應(yīng)用5.7 5.7 熒光光譜分析法簡(jiǎn)介熒光光譜分析法簡(jiǎn)介5.1 5.1 光譜分析概論光譜分

2、析概論5.1.1 5.1.1 電磁波譜和物質(zhì)的能級(jí)躍遷電磁波譜和物質(zhì)的能級(jí)躍遷1.1.光的本質(zhì)光的本質(zhì): : 電磁輻射，具有波動(dòng)及粒子的雙重屬性。電磁輻射，具有波動(dòng)及粒子的雙重屬性。波動(dòng)性波動(dòng)性：表現(xiàn)為光在傳播中的折射、衍射、干涉等現(xiàn)象：表現(xiàn)為光在傳播中的折射、衍射、干涉等現(xiàn)象 。粒子性粒子性：表現(xiàn)為光壓效應(yīng)和光電效應(yīng)等。：表現(xiàn)為光壓效應(yīng)和光電效應(yīng)等。2.2.光能量與光頻率光能量與光頻率( (波長(zhǎng)波長(zhǎng)) )的關(guān)系的關(guān)系- -普朗克（普朗克（PlanckPlanck）定律）定律: : E E- -光能量光能量(J(J或或eVeV, 1J=6.241, 1J=6.24110101818eV ) e

3、V ) - -光頻率（光頻率（HzHz）, , - -光波長(zhǎng)（光波長(zhǎng)（m m） c- c-光速光速( (真空中為真空中為2.9982.99810108 8 m ms s-1-1 ) ) h h- -普朗克常數(shù)（普朗克常數(shù)（6.6266.6261010-34-34 J Js s）。）。 chhE3.3.電磁波譜電磁波譜 按波長(zhǎng)或頻率大小順序排列的電磁輻射稱為電磁波譜。按波長(zhǎng)或頻率大小順序排列的電磁輻射稱為電磁波譜。 物質(zhì)與電磁輻射相互作用發(fā)生核能級(jí)、電子能級(jí)、分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)物質(zhì)與電磁輻射相互作用發(fā)生核能級(jí)、電子能級(jí)、分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)、電子和核自旋能級(jí)等多種類型的能級(jí)躍遷。能級(jí)、電子和核自旋能級(jí)

4、等多種類型的能級(jí)躍遷。 儀器分析中應(yīng)用最多的是儀器分析中應(yīng)用最多的是光學(xué)光譜區(qū)（紫外光區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)、紅外光學(xué)光譜區(qū)（紫外光區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)、紅外光區(qū)）光區(qū)）。電磁輻射電磁輻射 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 能量能量/ /eVeV 能級(jí)躍遷類型能級(jí)躍遷類型 射線區(qū)射線區(qū) 0.005 nm 2.5 2.510105 5 核能級(jí)核能級(jí)X X射線區(qū)射線區(qū)0.0050.00510 nm 10 nm 2.52.510105 51.21.210102 2 內(nèi)層電子內(nèi)層電子遠(yuǎn)紫外光區(qū)遠(yuǎn)紫外光區(qū)1010200 nm 200 nm 1.21.210102 26.2 6.2 內(nèi)層電子內(nèi)層電子近紫外光區(qū)近紫外光區(qū)200200400 nm 4

5、00 nm 6.26.23.13.1外層電子外層電子可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)400400750 nm 750 nm 3.13.11.61.6外層電子外層電子近紅外光區(qū)近紅外光區(qū)0.750.752.5 2.5 mm 1.61.60.500.50分子振動(dòng)分子振動(dòng)中紅外光區(qū)中紅外光區(qū)2.52.550 50 mm 0.500.502.52.51010-2-2分子振動(dòng)分子振動(dòng)遠(yuǎn)紅外光區(qū)遠(yuǎn)紅外光區(qū)50501000 1000 mm 2.52.51010-2-21.21.21010-3-3分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)微波區(qū)微波區(qū)1 1300 mm 300 mm 1.21.21010-3-34.14.11010-6-6分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子

6、轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)線電波區(qū)無(wú)線電波區(qū) 300 mm 300 mm 4.1 4.11010-6-6電子和核自旋電子和核自旋5.1.2 5.1.2 物質(zhì)光譜的分類物質(zhì)光譜的分類1. 按光輻射與物質(zhì)相互作用按光輻射與物質(zhì)相互作用 吸收光譜（吸收光譜（absorption spectrum） 光輻射與物質(zhì)作用，光輻射能量恰好等于物質(zhì)粒子運(yùn)動(dòng)光輻射與物質(zhì)作用，光輻射能量恰好等于物質(zhì)粒子運(yùn)動(dòng)兩個(gè)量子化能級(jí)間能量差，物質(zhì)選擇性吸收光輻射而產(chǎn)生兩個(gè)量子化能級(jí)間能量差，物質(zhì)選擇性吸收光輻射而產(chǎn)生吸收光譜。吸收光譜。 發(fā)射光譜（發(fā)射光譜（emission spectrum） 物質(zhì)被熱、光、化學(xué)能等能量激發(fā)躍遷成為不穩(wěn)定的激物

7、質(zhì)被熱、光、化學(xué)能等能量激發(fā)躍遷成為不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)原子或分子，再由激發(fā)態(tài)能級(jí)躍遷到低能級(jí)，多余能發(fā)態(tài)原子或分子，再由激發(fā)態(tài)能級(jí)躍遷到低能級(jí)，多余能量以光輻射的形式釋放而產(chǎn)生發(fā)射光譜。量以光輻射的形式釋放而產(chǎn)生發(fā)射光譜。 散射光譜散射光譜 光輻射到物質(zhì)分子上會(huì)發(fā)生光散射，散射光中除含有與光輻射到物質(zhì)分子上會(huì)發(fā)生光散射，散射光中除含有與入射光波長(zhǎng)相同的成分，還有不同于入射光波長(zhǎng)的新波長(zhǎng)入射光波長(zhǎng)相同的成分，還有不同于入射光波長(zhǎng)的新波長(zhǎng)成分。包括：成分。包括： u瑞利散射光譜（瑞利散射光譜（Rayleigh scattering spectrum） 由與入射光波長(zhǎng)相同的散射光形成，此散射不引起分子由

8、與入射光波長(zhǎng)相同的散射光形成，此散射不引起分子內(nèi)能變化。內(nèi)能變化。 u拉曼散射光譜（拉曼散射光譜（Raman scattering spectrum） 由對(duì)稱分布在入射光波長(zhǎng)兩側(cè)的長(zhǎng)、短波長(zhǎng)的散射光形由對(duì)稱分布在入射光波長(zhǎng)兩側(cè)的長(zhǎng)、短波長(zhǎng)的散射光形成，是因入射光與分子相互作用，使分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)及振成，是因入射光與分子相互作用，使分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)及振動(dòng)能級(jí)發(fā)生變化，導(dǎo)致散射光的波長(zhǎng)改變，這種改變隨不動(dòng)能級(jí)發(fā)生變化，導(dǎo)致散射光的波長(zhǎng)改變，這種改變隨不同的分子結(jié)構(gòu)而異。同的分子結(jié)構(gòu)而異。2.按產(chǎn)生光譜的微觀粒子類別按產(chǎn)生光譜的微觀粒子類別 原子光譜原子光譜: 物質(zhì)的原子（離子）與光輻射作用，或原子（離

9、子）受能物質(zhì)的原子（離子）與光輻射作用，或原子（離子）受能量激發(fā)后由電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的光譜稱為原子光譜量激發(fā)后由電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的光譜稱為原子光譜,光譜光譜的形貌特征是一組狹窄譜線間隔排列的線狀光譜。可分為：的形貌特征是一組狹窄譜線間隔排列的線狀光譜。可分為：u原子發(fā)射光譜（原子發(fā)射光譜（atomic emission spectrum）u原子吸收光譜（原子吸收光譜（atomic absorption spectrum）u原子熒光光譜（原子熒光光譜（atomic fluorescence spectrum） 分子光譜分子光譜: : 物質(zhì)分子與光輻射作用物質(zhì)分子與光輻射作用或分子受激發(fā)后，由

10、分子或分子受激發(fā)后，由分子的價(jià)電子能級(jí)、分子內(nèi)原的價(jià)電子能級(jí)、分子內(nèi)原子間振動(dòng)能級(jí)、分子整體子間振動(dòng)能級(jí)、分子整體轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的光轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的光譜稱為分子光譜，光譜形譜稱為分子光譜，光譜形貌表現(xiàn)為帶狀光譜。貌表現(xiàn)為帶狀光譜。 右圖為右圖為分子中電子能級(jí)、分子中電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)示意振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)示意圖圖。 u紫外紫外-可見(jiàn)吸收光譜（可見(jiàn)吸收光譜（ultraviolet and visible absorption spectrum）：）： 用用200780 nm的紫外、可見(jiàn)光照射分子，在分子的電子的紫外、可見(jiàn)光照射分子，在分子的電子能級(jí)發(fā)生躍遷的同時(shí)，伴隨分子的振動(dòng)

11、和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷，能級(jí)發(fā)生躍遷的同時(shí)，伴隨分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷，產(chǎn)生分子的紫外產(chǎn)生分子的紫外-可見(jiàn)吸收光譜?？梢?jiàn)吸收光譜。u紅外吸收光譜（紅外吸收光譜（infrared absorption spectrum）：）： 用用0.7550 m的紅外光照射分子，在使分子的振動(dòng)能級(jí)的紅外光照射分子，在使分子的振動(dòng)能級(jí)發(fā)生躍遷的同時(shí)，伴隨分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)生分子的發(fā)生躍遷的同時(shí)，伴隨分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)生分子的紅外吸收光譜。紅外吸收光譜。 5.1.3 5.1.3 光譜分析法的分類光譜分析法的分類 常按照與光輻射作用的物質(zhì)微觀粒子，結(jié)合產(chǎn)生的光常按照與光輻射作用的物質(zhì)微觀粒子，結(jié)合產(chǎn)生的光譜類型進(jìn)

12、行分類，一些常見(jiàn)的光譜分析方法如下表：譜類型進(jìn)行分類，一些常見(jiàn)的光譜分析方法如下表： 分析方法分析方法光譜類型光譜類型主要用途主要用途原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法無(wú)機(jī)元素定性、定量無(wú)機(jī)元素定性、定量原子吸收光譜法原子吸收光譜法原子光譜原子光譜金屬元素定量金屬元素定量原子熒光光譜法原子熒光光譜法無(wú)機(jī)元素定量無(wú)機(jī)元素定量射線熒光光譜法射線熒光光譜法無(wú)機(jī)元素定性、定量無(wú)機(jī)元素定性、定量熒光光譜法熒光光譜法無(wú)機(jī)和有機(jī)物定性、定量無(wú)機(jī)和有機(jī)物定性、定量磷光光譜法磷光光譜法無(wú)機(jī)和有機(jī)物定性、定量無(wú)機(jī)和有機(jī)物定性、定量化學(xué)發(fā)光分析法化學(xué)發(fā)光分析法分子光譜分子光譜無(wú)機(jī)和有機(jī)物定量無(wú)機(jī)和有機(jī)物定量紫外紫外- -

13、可見(jiàn)吸收光譜法可見(jiàn)吸收光譜法無(wú)機(jī)和有機(jī)物定性、定量無(wú)機(jī)和有機(jī)物定性、定量紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法有機(jī)物結(jié)構(gòu)、定量有機(jī)物結(jié)構(gòu)、定量拉曼散射光譜法拉曼散射光譜法有機(jī)物結(jié)構(gòu)有機(jī)物結(jié)構(gòu)5.2 5.2 紫外紫外- -可見(jiàn)吸收光譜可見(jiàn)吸收光譜 發(fā)展簡(jiǎn)史：發(fā)展簡(jiǎn)史：目視比色法：用比色管通過(guò)肉眼比較顏色深淺估測(cè)物質(zhì)目視比色法：用比色管通過(guò)肉眼比較顏色深淺估測(cè)物質(zhì)濃度（源于濃度（源于18世紀(jì)）。世紀(jì)）。光電比色法：用光電比色計(jì)（由光源、濾光片、比色池光電比色法：用光電比色計(jì)（由光源、濾光片、比色池、硒光電池、檢流計(jì)構(gòu)成）定量測(cè)定物質(zhì)濃度（、硒光電池、檢流計(jì)構(gòu)成）定量測(cè)定物質(zhì)濃度（20世紀(jì)世紀(jì)40年代前）。年

14、代前）。紫外紫外-可見(jiàn)分光光度法（可見(jiàn)分光光度法（ultraviolet and visible spectrophotometry, UV-Vis）又稱紫外）又稱紫外-可見(jiàn)吸收光譜法可見(jiàn)吸收光譜法（ultraviolet and visible absorption spectrometry）：用）：用紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)物質(zhì)定性及定量分析（可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)物質(zhì)定性及定量分析（20世紀(jì)世紀(jì)40年代后至今年代后至今)。方法特點(diǎn)和應(yīng)用：方法特點(diǎn)和應(yīng)用：靈敏度高（檢測(cè)下限可達(dá)靈敏度高（檢測(cè)下限可達(dá)10-4 -10-6 molL-1）。）。準(zhǔn)確度高（相對(duì)誤差準(zhǔn)確度高（相對(duì)誤差2%5%）。）。穩(wěn)

15、定性好。穩(wěn)定性好。儀器設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單、易于普及。儀器設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單、易于普及。用于無(wú)機(jī)、有機(jī)及生化物質(zhì)的微量組份定量分析。用于無(wú)機(jī)、有機(jī)及生化物質(zhì)的微量組份定量分析。測(cè)定配合物組成及穩(wěn)定常數(shù)、弱酸解離常數(shù)、化學(xué)反測(cè)定配合物組成及穩(wěn)定常數(shù)、弱酸解離常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)、催化反應(yīng)活化能等。應(yīng)速率常數(shù)、催化反應(yīng)活化能等。根據(jù)分子的紫外光譜判斷有機(jī)化合物分子的空間構(gòu)型，根據(jù)分子的紫外光譜判斷有機(jī)化合物分子的空間構(gòu)型，確定分子結(jié)構(gòu)。確定分子結(jié)構(gòu)。5.2.1吸收曲線吸收曲線 1.溶液顏色與光吸收的關(guān)系溶液顏色與光吸收的關(guān)系單色光：?jiǎn)紊猓簡(jiǎn)我徊ㄩL(zhǎng)（顏色）的光。單一波長(zhǎng)（顏色）的光。白光：白光：由不同

16、波長(zhǎng)（顏色）可見(jiàn)光按一定比例混合而成的由不同波長(zhǎng)（顏色）可見(jiàn)光按一定比例混合而成的復(fù)合光復(fù)合光 ?；パa(bǔ)光：互補(bǔ)光：按一定比例混合能得到白光的兩種特定波長(zhǎng)的可按一定比例混合能得到白光的兩種特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。見(jiàn)光。用白光照射溶液：用白光照射溶液：u若溶液對(duì)各種波長(zhǎng)的光都不吸收，則溶液透明無(wú)色。若溶液對(duì)各種波長(zhǎng)的光都不吸收，則溶液透明無(wú)色。u若溶液對(duì)各種波長(zhǎng)的光全部吸收，則溶液呈黑色。若溶液對(duì)各種波長(zhǎng)的光全部吸收，則溶液呈黑色。u若溶液吸收了白光中的某一部分波長(zhǎng)的光，則溶液呈若溶液吸收了白光中的某一部分波長(zhǎng)的光，則溶液呈現(xiàn)被吸收波長(zhǎng)光的互補(bǔ)光顏色現(xiàn)被吸收波長(zhǎng)光的互補(bǔ)光顏色（如：（如：CuSO4溶液吸

17、收白溶液吸收白光中的黃色光而呈現(xiàn)與黃色互補(bǔ)的藍(lán)色；光中的黃色光而呈現(xiàn)與黃色互補(bǔ)的藍(lán)色；KMnO4溶液溶液吸收白光中的綠色光而呈現(xiàn)與綠色互補(bǔ)的紫紅色）。吸收白光中的綠色光而呈現(xiàn)與綠色互補(bǔ)的紫紅色）。 可見(jiàn)光范圍內(nèi)的互補(bǔ)色關(guān)系可見(jiàn)光范圍內(nèi)的互補(bǔ)色關(guān)系 吸收光顏色吸收光顏色吸收光波長(zhǎng)吸收光波長(zhǎng)/ nm/ nm物質(zhì)顏色物質(zhì)顏色紫紫400400450450黃綠黃綠藍(lán)藍(lán)450450480480黃黃綠藍(lán)綠藍(lán)480480490490橙橙藍(lán)綠藍(lán)綠490490500500紅紅綠綠500500560560紅紫紅紫黃綠黃綠560560580580紫紫黃黃580580610610藍(lán)藍(lán)橙橙610610650650綠藍(lán)綠藍(lán)

18、紅紅650650750750藍(lán)綠藍(lán)綠 2. 吸收曲線（吸收曲線（absorption spectrum ） 測(cè)量物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度，測(cè)量物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度，以波長(zhǎng)以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)、透過(guò)光強(qiáng)為橫坐標(biāo)、透過(guò)光強(qiáng)T（或或吸光度吸光度）為縱坐標(biāo)，繪制的）為縱坐標(biāo)，繪制的-T（或（或-）曲線，又稱）曲線，又稱吸收光譜吸收光譜。 光吸收程度最大處的波長(zhǎng)叫做光吸收程度最大處的波長(zhǎng)叫做最大最大吸收波長(zhǎng)吸收波長(zhǎng) max。 不同物質(zhì)其吸收曲線不同，是物質(zhì)不同物質(zhì)其吸收曲線不同，是物質(zhì)定性分析的依據(jù)。定性分析的依據(jù)。 同一物質(zhì)不同濃度的溶液所得的吸同一物質(zhì)不同濃度的溶液所得的吸收曲線都相似，其最大吸收

19、波長(zhǎng)不收曲線都相似，其最大吸收波長(zhǎng)不變，只是相應(yīng)的吸收程度不同，濃變，只是相應(yīng)的吸收程度不同，濃度越大，吸收越強(qiáng)度越大，吸收越強(qiáng)。 1.有機(jī)化合物的電子能級(jí)躍遷類型有機(jī)化合物的電子能級(jí)躍遷類型 有機(jī)化合物分子吸收紫外有機(jī)化合物分子吸收紫外-可見(jiàn)光后，可見(jiàn)光后，其外層電子（其外層電子（、n電子）發(fā)生電子）發(fā)生*、*、n*、n* 4類類躍遷，產(chǎn)生紫外躍遷，產(chǎn)生紫外-可見(jiàn)吸收光譜。各可見(jiàn)吸收光譜。各躍遷所需能量大小為躍遷所需能量大小為En* E * En* E*。 右圖表示了分子的這右圖表示了分子的這4類電子能級(jí)類電子能級(jí)躍遷過(guò)程。躍遷過(guò)程。5.2.2 5.2.2 有機(jī)化合物吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系有

20、機(jī)化合物吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系 *躍遷躍遷 躍遷所需能量很大，吸收波長(zhǎng)很短（多小于躍遷所需能量很大，吸收波長(zhǎng)很短（多小于150 nm），），處于遠(yuǎn)紫外光區(qū)。飽和烷烴中的處于遠(yuǎn)紫外光區(qū)。飽和烷烴中的C-C鍵和鍵和C-H鍵只含有鍵只含有電子，因而只能產(chǎn)生此類躍遷而吸收遠(yuǎn)紫外光，如甲烷的電子，因而只能產(chǎn)生此類躍遷而吸收遠(yuǎn)紫外光，如甲烷的max為為125 nm。 n*躍遷躍遷 躍遷所需能量略低于躍遷所需能量略低于*躍遷，吸收波長(zhǎng)在近紫外光躍遷，吸收波長(zhǎng)在近紫外光區(qū)的區(qū)的200 nm附近，且吸收強(qiáng)度很小。飽和烷烴附近，且吸收強(qiáng)度很小。飽和烷烴C-H鍵的鍵的H被被O、N、S、Cl等含孤對(duì)電子的雜原子取代后

21、，可產(chǎn)生此等含孤對(duì)電子的雜原子取代后，可產(chǎn)生此類躍遷吸收，如甲醇羥基的類躍遷吸收，如甲醇羥基的 n*躍遷躍遷max為為183 nm。 *躍遷躍遷 躍遷所需能量較低，吸收譜帶位于小于躍遷所需能量較低，吸收譜帶位于小于200 nm的近紫的近紫外光區(qū)，吸收強(qiáng)度較大（外光區(qū)，吸收強(qiáng)度較大（一般在一般在103105 Lmol-1cm-1）。不飽和烴、共軛烯烴、芳香烴等均可產(chǎn)生此類躍）。不飽和烴、共軛烯烴、芳香烴等均可產(chǎn)生此類躍遷吸收，遷吸收， 分子中幾個(gè)不飽和鍵相互共軛，隨共軛程度增加，分子中幾個(gè)不飽和鍵相互共軛，隨共軛程度增加，*躍遷的吸收帶明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，且吸收強(qiáng)度躍遷的吸收帶明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)

22、，且吸收強(qiáng)度增大，如乙烯的增大，如乙烯的*躍遷吸收峰為躍遷吸收峰為185 nm，為為10000 Lmol-1cm-1，而丁二烯的，而丁二烯的*躍遷吸收峰為躍遷吸收峰為217 nm，增大到增大到21000 Lmol-1cm-1。 n*躍遷躍遷 躍遷所需能量最低，吸收譜帶大多位于躍遷所需能量最低，吸收譜帶大多位于200700 nm的近的近紫外至可見(jiàn)光區(qū)，但吸收強(qiáng)度很小，通常只有紫外至可見(jiàn)光區(qū)，但吸收強(qiáng)度很小，通常只有* 躍遷躍遷吸收強(qiáng)度的吸收強(qiáng)度的1/1001/1000， 基團(tuán)中同時(shí)存在含孤對(duì)電子的雜原子（基團(tuán)中同時(shí)存在含孤對(duì)電子的雜原子（N、O、S等）以等）以及不飽和鍵時(shí)，即可在產(chǎn)生及不飽和鍵時(shí)

23、，即可在產(chǎn)生*躍遷吸收的同時(shí)，伴隨躍遷吸收的同時(shí)，伴隨產(chǎn)生產(chǎn)生n*躍遷吸收。如偶氮基躍遷吸收。如偶氮基CH3N=N中中CH3的的n*躍躍遷吸收峰為遷吸收峰為339 nm，其，其只有只有5 Lmol-1cm-1。u* 和和n*躍遷吸收處在或接近紫外區(qū)，特別是躍遷吸收處在或接近紫外區(qū)，特別是*躍遷，其吸收強(qiáng)度很大，是有機(jī)化合物紫外躍遷，其吸收強(qiáng)度很大，是有機(jī)化合物紫外-可可見(jiàn)吸收光譜的主要吸收類型。見(jiàn)吸收光譜的主要吸收類型。 2.生色團(tuán)和助色團(tuán)的概念生色團(tuán)和助色團(tuán)的概念 生色團(tuán)（生色團(tuán)（chromophores）：）： 含含電子和電子和n電子的不飽和基團(tuán)受光輻射后就會(huì)引起電子的不飽和基團(tuán)受光輻射后

24、就會(huì)引起* 和和n*躍遷，從而產(chǎn)生紫外躍遷，從而產(chǎn)生紫外-可見(jiàn)光的吸收，這類可見(jiàn)光的吸收，這類基團(tuán)稱為生色團(tuán)，又叫基團(tuán)稱為生色團(tuán)，又叫發(fā)色團(tuán)發(fā)色團(tuán) 。 生色團(tuán)往往由雙鍵和三鍵體系構(gòu)成（如乙烯基、羰基、生色團(tuán)往往由雙鍵和三鍵體系構(gòu)成（如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基等）。亞硝基、偶氮基等）。 助色團(tuán)（助色團(tuán)（auxochrome）：）： 含含n電子的基團(tuán)（如電子的基團(tuán)（如-OH、-NH2、-SH、鹵素等）可與生、鹵素等）可與生色團(tuán)中電子相互作用形成色團(tuán)中電子相互作用形成n-共軛，降低共軛，降低*躍遷能量，躍遷能量，使吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)（使吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)（紅移紅移），且吸收強(qiáng)度增加，），

25、且吸收強(qiáng)度增加，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力，這類基團(tuán)稱為助色團(tuán)。增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力，這類基團(tuán)稱為助色團(tuán)。3.有機(jī)化合物的重要紫外有機(jī)化合物的重要紫外-可見(jiàn)吸收帶可見(jiàn)吸收帶 R吸收帶（基團(tuán)吸收帶）：吸收帶（基團(tuán)吸收帶）： 由由n-共軛基團(tuán)共軛基團(tuán)n*躍遷形成，吸收帶最大吸收波長(zhǎng)一躍遷形成，吸收帶最大吸收波長(zhǎng)一般大于般大于270 nm，但吸收強(qiáng)度較弱，可判斷分子中是否具，但吸收強(qiáng)度較弱，可判斷分子中是否具有羰基、羧基、偶氮基、硝基等。如丙酮分子在有羰基、羧基、偶氮基、硝基等。如丙酮分子在280 nm處的一個(gè)弱吸收峰（處的一個(gè)弱吸收峰（ =16 Lmol-1cm-1）就屬于）就屬于R吸收帶。吸收帶。 K

26、吸收帶（共軛吸收帶）：吸收帶（共軛吸收帶）： 由共軛由共軛鍵鍵*躍遷形成，吸收帶最大吸收波長(zhǎng)一般小躍遷形成，吸收帶最大吸收波長(zhǎng)一般小于于R吸收帶（約在吸收帶（約在220280 nm），但吸收強(qiáng)度大，是共），但吸收強(qiáng)度大，是共軛分子的特征吸收帶，可據(jù)此判斷分子中是否存在共軛軛分子的特征吸收帶，可據(jù)此判斷分子中是否存在共軛結(jié)構(gòu)。如己三烯分子在結(jié)構(gòu)。如己三烯分子在268 nm處的強(qiáng)吸收峰（處的強(qiáng)吸收峰（ =43000 Lmol-1cm-1）就屬）就屬K吸收帶。吸收帶。 B吸收帶（苯系吸收帶）：吸收帶（苯系吸收帶）： 由由*躍遷與苯環(huán)振動(dòng)重疊引起的躍遷與苯環(huán)振動(dòng)重疊引起的分布于分布于230270 nm

27、寬峰，譜帶上疊加寬峰，譜帶上疊加有分子振動(dòng)產(chǎn)生的精細(xì)結(jié)構(gòu)。是芳香有分子振動(dòng)產(chǎn)生的精細(xì)結(jié)構(gòu)。是芳香化合物的特征吸收帶，化合物的特征吸收帶，B帶可用來(lái)辨別帶可用來(lái)辨別芳香族化合物。芳香族化合物。 E吸收帶：吸收帶： 由苯環(huán)內(nèi)共軛大由苯環(huán)內(nèi)共軛大鍵鍵* 躍遷形成，躍遷形成，常分常分max為為180 nm左右的左右的E1帶和帶和max為為200 nm左右的左右的E2帶，吸收強(qiáng)度均大于帶，吸收強(qiáng)度均大于B吸收帶，吸收帶， 接近或大于接近或大于104 Lmol-1cm-1。 右圖是苯在乙醇溶劑中的紫外吸收光右圖是苯在乙醇溶劑中的紫外吸收光譜，可見(jiàn)其中的譜，可見(jiàn)其中的B、E1、E2帶。帶。4.影響有機(jī)化合物

28、紫外影響有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜的因素可見(jiàn)吸收光譜的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 分子中分子中含助色團(tuán)會(huì)使吸收峰發(fā)生紅移，且吸收強(qiáng)度增加含助色團(tuán)會(huì)使吸收峰發(fā)生紅移，且吸收強(qiáng)度增加。如苯環(huán)上有助色團(tuán)取代，會(huì)使如苯環(huán)上有助色團(tuán)取代，會(huì)使E帶和帶和B帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收強(qiáng)度增加（見(jiàn)下表）。吸收強(qiáng)度增加（見(jiàn)下表）。助色團(tuán)助色團(tuán) E E2 2 帶帶 B B 帶帶 maxmax/nm /nm / /L Lmolmol-1-1cmcm-1 -1 maxmax/nm/nm / /L Lmolmol-1-1cmcm- -1 1-H-H20320374007400255255230230-F-F2

29、0420480008000-CI-CI20920974007400263263190190-Br-Br21021079007900261261192192-OH-OH2112116200620027027014501450-NH-NH2 22302308600860028028014301430-PH-PH2 223423435003500-SH-SH23623680008000外部環(huán)境外部環(huán)境u 溶劑化效應(yīng)溶劑化效應(yīng) 溶劑極性增加，溶劑極性增加， *躍遷吸收峰發(fā)生躍遷吸收峰發(fā)生紅紅移，移， n*躍遷吸收峰發(fā)生躍遷吸收峰發(fā)生藍(lán)藍(lán)移；移； 振動(dòng)引起的精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。振動(dòng)引起的精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。u pH

30、 含有酸堿基團(tuán)的有機(jī)化合物，在含有酸堿基團(tuán)的有機(jī)化合物，在不同不同pH條件下解離平衡發(fā)生改變，條件下解離平衡發(fā)生改變，引起紫外吸收光譜變化。引起紫外吸收光譜變化。 如苯酚在酸性環(huán)境中有如苯酚在酸性環(huán)境中有210 nm和和270 nm兩個(gè)吸收峰，而在堿性環(huán)境兩個(gè)吸收峰，而在堿性環(huán)境中變化為中變化為235 nm和和287 nm兩個(gè)吸收兩個(gè)吸收峰。峰。對(duì)稱四嗪在氣態(tài)、非極性溶劑對(duì)稱四嗪在氣態(tài)、非極性溶劑和極性溶劑中可見(jiàn)吸收光譜的和極性溶劑中可見(jiàn)吸收光譜的比較。比較。5.3 5.3 光吸收定律光吸收定律5.3.1 透過(guò)率和吸光度透過(guò)率和吸光度 一束強(qiáng)度為一束強(qiáng)度為I0的平行單色光入射到試樣溶液的平行單

31、色光入射到試樣溶液時(shí)，因溶液中存在吸收該單色光的吸光質(zhì)點(diǎn)時(shí)，因溶液中存在吸收該單色光的吸光質(zhì)點(diǎn)，使透過(guò)溶液后的該單色光強(qiáng)度減弱為，使透過(guò)溶液后的該單色光強(qiáng)度減弱為 It ，則定義：則定義： 透過(guò)率（透過(guò)率（transmittance）T： (T常用百分比表示，稱為百分透過(guò)率常用百分比表示，稱為百分透過(guò)率T%，其取值范圍為其取值范圍為0100%) 吸光度（吸光度（absorbance)A: （A值越大表明溶液對(duì)光的吸收越強(qiáng)）值越大表明溶液對(duì)光的吸收越強(qiáng)） 吸光度吸光度A與透過(guò)率與透過(guò)率T的關(guān)系：的關(guān)系：0IITttIIA0lgTAlg5.3.2 朗伯朗伯-比爾定律比爾定律 1.朗伯朗伯-比爾定律

32、（比爾定律（Lambert-Beers law）：）： 又稱又稱光吸收定律光吸收定律。即。即當(dāng)一束平行單色光垂直當(dāng)一束平行單色光垂直射入溶液射入溶液時(shí)，時(shí)，溶液產(chǎn)生的吸光度溶液產(chǎn)生的吸光度A與溶液濃度與溶液濃度c及溶液厚度及溶液厚度b 成正比關(guān)系：成正比關(guān)系： （A-吸光度；吸光度；a-比例系數(shù)；比例系數(shù)；b-吸收介質(zhì)厚度，稱為吸收介質(zhì)厚度，稱為吸收光程吸收光程；c-吸收介質(zhì)濃度）吸收介質(zhì)濃度）朗伯朗伯-比爾定律適用條件：比爾定律適用條件：u入射光為單一波長(zhǎng)的單色光入射光為單一波長(zhǎng)的單色光u吸光物質(zhì)濃度較?。ㄒ话阄馕镔|(zhì)濃度較?。ㄒ话鉩 0.01 molL-1 ） abcIIAt0lg 吸光系

33、數(shù)吸光系數(shù)a ： 吸收光程用吸收光程用cm，吸光物質(zhì)濃度用，吸光物質(zhì)濃度用gL-1表示時(shí)，比例表示時(shí)，比例系數(shù)系數(shù)稱為吸光系數(shù)稱為吸光系數(shù)a ，其單位為，其單位為L(zhǎng)g-1cm-1。 摩爾吸光系數(shù)（摩爾吸光系數(shù)（molar absorptivity） ： 吸收光程用吸收光程用cm，吸光物質(zhì)濃度用吸光物質(zhì)濃度用molL-1表示時(shí)，表示時(shí)， 比比例系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)例系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為，其單位為L(zhǎng)mol-1cm-1。u 是吸光物質(zhì)吸光能力的量度是吸光物質(zhì)吸光能力的量度， 越大表明分析方越大表明分析方法越靈敏。法越靈敏。u不同的物質(zhì)在同一吸收波長(zhǎng)處的不同的物質(zhì)在同一吸收波長(zhǎng)處的 往往不同

34、，而同往往不同，而同一物質(zhì)的一物質(zhì)的 隨吸收波長(zhǎng)的改變而改變。隨吸收波長(zhǎng)的改變而改變。u物質(zhì)的物質(zhì)的 和和a 與該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量與該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量M 有關(guān)。有關(guān)。aM解解 已知已知T=0.501，則，則A=lgT=0.300，b=2.0cm,則根據(jù)朗伯則根據(jù)朗伯比爾定律比爾定律 A=abc，而而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1 =1.92104 Lmol-1cm-11436Lg1000. 5L100 .50g100 .25c11 -2-14.L.g103.001000. 50 . 2300. 0cmLgcmbcAa例：濃度為例：濃度為25.0g/50m

35、L的的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測(cè)定，于波長(zhǎng)腙分光光度法測(cè)定，于波長(zhǎng)600nm處用處用2.0cm比色池測(cè)比色池測(cè)得得T=50.1%，求吸光系數(shù)，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)和摩爾吸光系數(shù) 。（M(Cu)=64.0gmol-1）2. 偏離朗伯偏離朗伯-比爾定律的現(xiàn)象和原因：比爾定律的現(xiàn)象和原因： 吸光度與溶液中待測(cè)物濃度之間吸光度與溶液中待測(cè)物濃度之間偏離朗伯偏離朗伯-比爾定律描述的線性關(guān)系比爾定律描述的線性關(guān)系的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 引起偏離朗伯引起偏離朗伯-比爾定律的主要原比爾定律的主要原因有：因有：入射的單色光不純?nèi)肷涞膯紊獠患?實(shí)際測(cè)定中，紫外實(shí)際測(cè)定中，

36、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)提供的入射光并非完全純的單色光，提供的入射光并非完全純的單色光，而是具有一定波長(zhǎng)范圍（一般在而是具有一定波長(zhǎng)范圍（一般在25 nm之間之間）的復(fù)合光，而物質(zhì)對(duì)不同）的復(fù)合光，而物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光吸收能力不同，這是導(dǎo)致偏離波長(zhǎng)光吸收能力不同，這是導(dǎo)致偏離朗伯朗伯-比爾定律的主要原因之一。比爾定律的主要原因之一。 試液濃度過(guò)高試液濃度過(guò)高 試液濃度高，吸光質(zhì)點(diǎn)間平均距離減小，每個(gè)粒子試液濃度高，吸光質(zhì)點(diǎn)間平均距離減小，每個(gè)粒子都可能影響其鄰近粒子的電荷分布，從而影響它們都可能影響其鄰近粒子的電荷分布，從而影響它們的吸光能力，濃度越高，粒子間相互作用越大，偏的吸光能力

37、，濃度越高，粒子間相互作用越大，偏離朗伯離朗伯-比爾定律越嚴(yán)重。比爾定律越嚴(yán)重。吸光物質(zhì)的存在形式發(fā)生改變吸光物質(zhì)的存在形式發(fā)生改變 溶液中的吸光物質(zhì)因溶液中的吸光物質(zhì)因pH、離子強(qiáng)度等環(huán)境、離子強(qiáng)度等環(huán)境或自或自身濃度變化而發(fā)生離解、締合、互變異構(gòu)等反應(yīng)，身濃度變化而發(fā)生離解、締合、互變異構(gòu)等反應(yīng)，使部分吸光物質(zhì)的形體發(fā)生改變，導(dǎo)致吸光物質(zhì)使部分吸光物質(zhì)的形體發(fā)生改變，導(dǎo)致吸光物質(zhì)的濃度變化，也會(huì)導(dǎo)致偏離朗伯的濃度變化，也會(huì)導(dǎo)致偏離朗伯-比爾定律。比爾定律。 5.3.3 吸光度的加和性吸光度的加和性 在某一波長(zhǎng)，溶液中含有在某一波長(zhǎng)，溶液中含有對(duì)該波長(zhǎng)的光產(chǎn)生吸收的多種對(duì)該波長(zhǎng)的光產(chǎn)生吸收的

38、多種物質(zhì)，則溶液的總吸光度等于物質(zhì)，則溶液的總吸光度等于溶液中各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度溶液中各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和。之和。 A總總：多組分溶液在：多組分溶液在 波長(zhǎng)下的總波長(zhǎng)下的總吸光度，吸光度， A1、A2、A3、.An：分別是：分別是在該波長(zhǎng)下組分在該波長(zhǎng)下組分1、組分、組分2、組、組分分3、組分組分n單獨(dú)存在時(shí)的單獨(dú)存在時(shí)的吸光度。吸光度。niinAAAAAA1321.總5.4 5.4 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)5.4.1 5.4.1 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度計(jì)的基本組成部件可見(jiàn)分光光度計(jì)的基本組成部件 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度計(jì)通?？梢?jiàn)分光光度計(jì)通常由光源、分光器、吸

39、收由光源、分光器、吸收池、檢測(cè)器、信號(hào)處理和讀出裝置五大部件組成池、檢測(cè)器、信號(hào)處理和讀出裝置五大部件組成（見(jiàn)（見(jiàn)下圖）。下圖）。 以單光路儀器為例，其光路結(jié)構(gòu)和光束的傳播途徑以單光路儀器為例，其光路結(jié)構(gòu)和光束的傳播途徑見(jiàn)下圖。見(jiàn)下圖。1. 光源光源(Light source)： 發(fā)出測(cè)定所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強(qiáng)度，發(fā)出測(cè)定所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強(qiáng)度，穩(wěn)定。穩(wěn)定。紫外區(qū)：氫燈，氘燈紫外區(qū)：氫燈，氘燈(160380 nm)可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈，鹵鎢燈可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈，鹵鎢燈(3202500 nm)2. 分光器：分光器： 將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光，有單色器和多色器將光源

40、發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光，有單色器和多色器之分。之分。單色器（單色器（monochromator）：）： 分光后只截取某一波長(zhǎng)的單色光，是分光光度計(jì)中最分光后只截取某一波長(zhǎng)的單色光，是分光光度計(jì)中最常用的分光器。由入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件和出射常用的分光器。由入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件和出射狹縫等組成，其中狹縫等組成，其中色散元件是關(guān)鍵部件，有棱鏡和光柵色散元件是關(guān)鍵部件，有棱鏡和光柵兩類兩類。u棱鏡：構(gòu)造簡(jiǎn)單（見(jiàn)下圖），但色散能力較差。棱鏡：構(gòu)造簡(jiǎn)單（見(jiàn)下圖），但色散能力較差。 適用波長(zhǎng)范圍：玻璃適用波長(zhǎng)范圍：玻璃 3503200 nm, 石英石英 1854000 nm。 入射狹縫入射狹

41、縫準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直透鏡棱鏡棱鏡聚焦透鏡聚焦透鏡出射狹縫出射狹縫白光白光紅紅紫紫1 12 2u 光柵光柵:在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕痕(600、1200、2400條條/mm )。 利用光通過(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光，利用光通過(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光，工作波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)范圍寬范圍寬,色散均勻色散均勻,分辨性能好分辨性能好,能得到均勻排列的光譜，光能能得到均勻排列的光譜，光能量衰減小量衰減小，現(xiàn)代分光光度計(jì)基本都使用光柵作為色散元件。，現(xiàn)代分光光度計(jì)基本都使用光柵作為色散元件。多色器：多色器： 分光后將得到的各單色光按波長(zhǎng)順序會(huì)

42、聚于一平面，分光后將得到的各單色光按波長(zhǎng)順序會(huì)聚于一平面，與陣與陣列檢測(cè)器配合，用于光學(xué)多道型分光光度計(jì)列檢測(cè)器配合，用于光學(xué)多道型分光光度計(jì)。3.吸收池吸收池(cell): 又稱又稱比色池比色池或或比色皿比色皿，用于盛放試樣溶液。用于盛放試樣溶液。要求：匹配性（一臺(tái)儀器中使用的各個(gè)吸收池對(duì)光的吸要求：匹配性（一臺(tái)儀器中使用的各個(gè)吸收池對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）。收和反射應(yīng)一致）。材質(zhì)：玻璃材質(zhì)：玻璃 會(huì)吸收紫外光，僅適用于可見(jiàn)光區(qū)，會(huì)吸收紫外光，僅適用于可見(jiàn)光區(qū)， 石英石英 不吸收紫外光，適用于紫外及可見(jiàn)光區(qū)。不吸收紫外光，適用于紫外及可見(jiàn)光區(qū)。4.檢測(cè)器檢測(cè)器(detector)： 作用是將

43、透過(guò)吸收池的光能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，作用是將透過(guò)吸收池的光能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，其關(guān)鍵部件是光電轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)代紫外其關(guān)鍵部件是光電轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)代紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)中可見(jiàn)分光光度計(jì)中常用的光電轉(zhuǎn)換器有光電管、光電倍增管和半導(dǎo)體光電二常用的光電轉(zhuǎn)換器有光電管、光電倍增管和半導(dǎo)體光電二極管陣列等極管陣列等。光電管光電管： 通過(guò)光電效應(yīng)將光子流轉(zhuǎn)通過(guò)光電效應(yīng)將光子流轉(zhuǎn)換為電子流（見(jiàn)右圖），構(gòu)造換為電子流（見(jiàn)右圖），構(gòu)造簡(jiǎn)單，但靈敏度較低，用于低簡(jiǎn)單，但靈敏度較低，用于低檔儀器。檔儀器。光電倍增管（光電倍增管（photomultiplier tube，PMT）：）： 由光電管改進(jìn)發(fā)展而來(lái)，陰極由光

44、電管改進(jìn)發(fā)展而來(lái)，陰極C的結(jié)構(gòu)與光電管相的結(jié)構(gòu)與光電管相同，但陽(yáng)極同，但陽(yáng)極A是一金屬柵網(wǎng)，且在陰極與陽(yáng)極之間排是一金屬柵網(wǎng)，且在陰極與陽(yáng)極之間排布一組倍增極布一組倍增極D（911個(gè)），通過(guò)電子倍增（見(jiàn)下個(gè)），通過(guò)電子倍增（見(jiàn)下圖），圖），1個(gè)光子可產(chǎn)生個(gè)光子可產(chǎn)生105108個(gè)電子。個(gè)電子。 光電倍增管靈敏度高、響應(yīng)快、光譜范圍寬，是光電倍增管靈敏度高、響應(yīng)快、光譜范圍寬，是目前各類光譜分析儀器中最常用的光電轉(zhuǎn)換器。目前各類光譜分析儀器中最常用的光電轉(zhuǎn)換器。 半導(dǎo)體光電二極管陣列（半導(dǎo)體光電二極管陣列（photo diode array，PDA）：）： 采用集成電路技術(shù)將多個(gè)光電二極管單元規(guī)

45、則排列制作采用集成電路技術(shù)將多個(gè)光電二極管單元規(guī)則排列制作在一個(gè)硅片上在一個(gè)硅片上,構(gòu)成線或面陣列器件構(gòu)成線或面陣列器件,其體積小，例如集成其體積小，例如集成了了5124096個(gè)單元的線陣列個(gè)單元的線陣列 器件其感光面僅為器件其感光面僅為2 mm 20 mm 左右，易與全息光柵多色器配合組左右，易與全息光柵多色器配合組 成光學(xué)多道型分光光度計(jì)。與光電成光學(xué)多道型分光光度計(jì)。與光電 倍增管相比，半導(dǎo)體光電二極管陣倍增管相比，半導(dǎo)體光電二極管陣 列還有工作電壓低、壽命長(zhǎng)、堅(jiān)固列還有工作電壓低、壽命長(zhǎng)、堅(jiān)固 耐用等優(yōu)點(diǎn)。耐用等優(yōu)點(diǎn)。 5. 信號(hào)處理和讀出裝置信號(hào)處理和讀出裝置(display) 信號(hào)

46、處理裝置將檢測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大和對(duì)數(shù)信號(hào)處理裝置將檢測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大和對(duì)數(shù)變換等處理，并由讀出裝置輸出顯示。變換等處理，并由讀出裝置輸出顯示。 低檔分光光度計(jì)低檔分光光度計(jì): 一般采用電流計(jì)、數(shù)字電壓表直接顯示透過(guò)率或吸光一般采用電流計(jì)、數(shù)字電壓表直接顯示透過(guò)率或吸光度值。度值。 中高檔分光光度計(jì)：中高檔分光光度計(jì)： 多用微型計(jì)算機(jī)作為信號(hào)處理和讀出裝置，可方便準(zhǔn)多用微型計(jì)算機(jī)作為信號(hào)處理和讀出裝置，可方便準(zhǔn)確地對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理變換和記錄儲(chǔ)存，并以圖形、表確地對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理變換和記錄儲(chǔ)存，并以圖形、表格、文字、數(shù)字等多種方式顯示分析結(jié)果。格、文字、數(shù)字等多種方式顯示分析結(jié)果

47、。5.4.2 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)主要類型可見(jiàn)分光光度計(jì)主要類型 1.單光束分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì) 多為簡(jiǎn)易的可見(jiàn)分光光度計(jì)，其基本結(jié)構(gòu)如下圖。多為簡(jiǎn)易的可見(jiàn)分光光度計(jì)，其基本結(jié)構(gòu)如下圖。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于普及，可以勝任一般的定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于普及，可以勝任一般的定量分析。量分析。 操作比較麻煩，不具備操作比較麻煩，不具備 自動(dòng)波長(zhǎng)掃描功能。自動(dòng)波長(zhǎng)掃描功能。無(wú)法自動(dòng)校正因光源發(fā)無(wú)法自動(dòng)校正因光源發(fā) 光強(qiáng)度變化等環(huán)境因素光強(qiáng)度變化等環(huán)境因素 引起的波動(dòng)。引起的波動(dòng)。2.雙光束分光光度計(jì)雙光束分光光度計(jì) 現(xiàn)代紫外現(xiàn)代紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)大多為雙光束型，結(jié)構(gòu)如圖所可見(jiàn)分光光度

48、計(jì)大多為雙光束型，結(jié)構(gòu)如圖所示。示?？勺詣?dòng)扣除參比。可自動(dòng)扣除參比?？勺詣?dòng)掃描得到吸收光譜。可自動(dòng)掃描得到吸收光譜。自動(dòng)消除光源強(qiáng)度等波動(dòng)自動(dòng)消除光源強(qiáng)度等波動(dòng)引起的誤差，工作穩(wěn)定性好。引起的誤差，工作穩(wěn)定性好。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。3.光學(xué)多道型分光光度計(jì)光學(xué)多道型分光光度計(jì) 儀器結(jié)構(gòu)如圖所示。儀器結(jié)構(gòu)如圖所示。采用半導(dǎo)體光電二極管陣列同時(shí)檢測(cè)所有波長(zhǎng)的光吸采用半導(dǎo)體光電二極管陣列同時(shí)檢測(cè)所有波長(zhǎng)的光吸收信號(hào)。收信號(hào)。無(wú)需掃描即可同時(shí)無(wú)需掃描即可同時(shí) 測(cè)得各波長(zhǎng)的光吸測(cè)得各波長(zhǎng)的光吸 收，給出完整的吸收，給出完整的吸 收光譜，特別適用收光譜，特別適用 于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)于

49、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 研究及多組分分析。研究及多組分分析。5.5 5.5 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度分析的實(shí)驗(yàn)條件可見(jiàn)分光光度分析的實(shí)驗(yàn)條件 5.5.1顯色反應(yīng)及其影響因素顯色反應(yīng)及其影響因素1.顯色反應(yīng)和顯色劑顯色反應(yīng)和顯色劑 被測(cè)物質(zhì)在某種試劑的作用下，轉(zhuǎn)變成有色化合物的被測(cè)物質(zhì)在某種試劑的作用下，轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)稱為反應(yīng)稱為色反應(yīng)（色反應(yīng)（color-forming reaction），所加入試，所加入試劑稱為劑稱為顯色劑顯色劑(color-forming reagent)。常見(jiàn)的顯色反應(yīng)常見(jiàn)的顯色反應(yīng):u大多是生成穩(wěn)定有色螯合物的大多是生成穩(wěn)定有色螯合物的配位反應(yīng)配位反應(yīng)。u少數(shù)少數(shù)氧

50、化氧化-還原反應(yīng)還原反應(yīng)和增加吸光能力的和增加吸光能力的生化反應(yīng)生化反應(yīng)。對(duì)顯色反應(yīng)的要求對(duì)顯色反應(yīng)的要求u靈敏度高靈敏度高：一般要求生成的有色化合物：一般要求生成的有色化合物 達(dá)達(dá)104105 Lmol-1cm-1水平。水平。u選擇性好選擇性好：所用的顯色劑僅與被測(cè)組分顯色，而與：所用的顯色劑僅與被測(cè)組分顯色，而與其它共存組分不其它共存組分不（或少）（或少）顯色。顯色。u有色化合物組成恒定有色化合物組成恒定：顯色劑與被測(cè)物質(zhì)的：顯色劑與被測(cè)物質(zhì)的顯色反顯色反應(yīng)應(yīng)要定量進(jìn)行，生成有色化合物組成要恒定。要定量進(jìn)行，生成有色化合物組成要恒定。u有色化合物穩(wěn)定有色化合物穩(wěn)定：有色化合物的：有色化合物

51、的化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，不易受溶液中其它化學(xué)因素及外界環(huán)境條件影響。不易受溶液中其它化學(xué)因素及外界環(huán)境條件影響。u色差大色差大：有色化合物與顯色劑的吸收在測(cè)定波長(zhǎng)處有色化合物與顯色劑的吸收在測(cè)定波長(zhǎng)處有明顯區(qū)別，以降低測(cè)定的空白值。有明顯區(qū)別，以降低測(cè)定的空白值。常用顯色劑常用顯色劑u無(wú)機(jī)顯色劑無(wú)機(jī)顯色劑: : 過(guò)氧化氫、硫氰酸銨、碘化鉀等。過(guò)氧化氫、硫氰酸銨、碘化鉀等。u有機(jī)顯色劑：有機(jī)顯色劑：l 偶氮類：偶氮胂偶氮類：偶氮胂IIIIIIl 三苯甲烷類：鉻天菁三苯甲烷類：鉻天菁S SNNNNSO3HHO3SOHOHAsO H32H O As32OCH3COOHHOCClClSO3HC

52、H3COOHl二甲酚橙類：二甲酚橙二甲酚橙類：二甲酚橙 l 鄰菲羅啉類：新亞銅靈鄰菲羅啉類：新亞銅靈l 肟類：丁二肟類：丁二酮酮肟肟NNCH3CH3CCCH3NNOHHOCH32.影響顯色反應(yīng)的因素影響顯色反應(yīng)的因素 顯色劑用量顯色劑用量 通過(guò)實(shí)驗(yàn)做出在固定待測(cè)物濃度條件下，顯色反應(yīng)的通過(guò)實(shí)驗(yàn)做出在固定待測(cè)物濃度條件下，顯色反應(yīng)的吸光度隨顯色劑濃度的變化曲線（見(jiàn)下圖），找到吸吸光度隨顯色劑濃度的變化曲線（見(jiàn)下圖），找到吸光度恒定不變（即平臺(tái)區(qū)）（曲線光度恒定不變（即平臺(tái)區(qū)）（曲線a的情況）或達(dá)最大的情況）或達(dá)最大值值(曲線曲線b的情況的情況)時(shí)的顯色劑用量，再適當(dāng)過(guò)量即可。時(shí)的顯色劑用量，再適

53、當(dāng)過(guò)量即可。溶液酸度溶液酸度 u酸度影響顯色劑的酸效應(yīng)系數(shù)（許多顯色劑都是有酸度影響顯色劑的酸效應(yīng)系數(shù)（許多顯色劑都是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿），影響其與金屬離子反應(yīng)條件穩(wěn)機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿），影響其與金屬離子反應(yīng)條件穩(wěn)定常數(shù)。定常數(shù)。u金屬離子會(huì)隨溶液酸度降低而生成羥基配合物甚至金屬離子會(huì)隨溶液酸度降低而生成羥基配合物甚至水解產(chǎn)生沉淀。水解產(chǎn)生沉淀。u酸度會(huì)影響有色配合物組成。酸度會(huì)影響有色配合物組成。 因此，顯色反應(yīng)中須控制合適的反應(yīng)酸度，通過(guò)實(shí)因此，顯色反應(yīng)中須控制合適的反應(yīng)酸度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，固定顯色劑及金屬離子濃度，改變?nèi)芤核岫?，測(cè)驗(yàn)，固定顯色劑及金屬離子濃度，改變?nèi)芤核岫?，測(cè)得吸光度得吸光度A

54、與與pH的變化曲線，選擇吸光度大且恒定時(shí)的變化曲線，選擇吸光度大且恒定時(shí)的的pH。反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、溶劑等其他實(shí)驗(yàn)條件反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、溶劑等其他實(shí)驗(yàn)條件u有些顯色反應(yīng)速度較慢，而有些有色化合物容易褪有些顯色反應(yīng)速度較慢，而有些有色化合物容易褪色（空氣氧化、光照、試劑分解或揮發(fā)等），因此色（空氣氧化、光照、試劑分解或揮發(fā)等），因此不同的顯色反應(yīng)有不同的最佳反應(yīng)時(shí)間范圍，可通不同的顯色反應(yīng)有不同的最佳反應(yīng)時(shí)間范圍，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，并在該時(shí)間范圍內(nèi)完成測(cè)定。過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，并在該時(shí)間范圍內(nèi)完成測(cè)定。u有些顯色反應(yīng)需要加熱提高反應(yīng)速度，有些顯色劑有些顯色反應(yīng)需要加熱提高反應(yīng)速度，有些顯色劑或有色

55、化合物在較高溫度下易分解褪色，溫度對(duì)光或有色化合物在較高溫度下易分解褪色，溫度對(duì)光吸收程度也有影響。因此應(yīng)保持標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶吸收程度也有影響。因此應(yīng)保持標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液在測(cè)定過(guò)程中溫度一致。液在測(cè)定過(guò)程中溫度一致。u溶劑會(huì)影響有色化合物（如配合物）的生成及其吸溶劑會(huì)影響有色化合物（如配合物）的生成及其吸光特性等，從而影響顯色反應(yīng)的靈敏度。光特性等，從而影響顯色反應(yīng)的靈敏度。5.5.2 吸光度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)條件吸光度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)條件1. 入射光波長(zhǎng)入射光波長(zhǎng) 基本原則：基本原則：“吸收最大，干吸收最大，干擾最小擾最小”一般選擇被測(cè)組分的一般選擇被測(cè)組分的max為為測(cè)量波長(zhǎng)，此處測(cè)定吸收測(cè)量波長(zhǎng)，此

56、處測(cè)定吸收最大，靈敏度最高（右上最大，靈敏度最高（右上圖）。圖）。若干擾組分在若干擾組分在max處有明顯處有明顯吸收，則可選擇干擾組份吸收，則可選擇干擾組份無(wú)吸收、測(cè)定組份吸收相無(wú)吸收、測(cè)定組份吸收相對(duì)較大的其他波長(zhǎng)，此處對(duì)較大的其他波長(zhǎng)，此處測(cè)定干擾最?。ㄓ蚁聢D）。測(cè)定干擾最?。ㄓ蚁聢D）。2.參比溶液（參比溶液（reference solution）作用和目的作用和目的: 用參比溶液調(diào)節(jié)儀器的用參比溶液調(diào)節(jié)儀器的A值為零（或值為零（或T為為100%），以），以扣除試液中溶劑和其他共存組分的吸收扣除試液中溶劑和其他共存組分的吸收(空白吸收空白吸收)，得，得到被測(cè)組分的凈吸收。到被測(cè)組分的凈吸收

57、。根據(jù)顯色劑及待測(cè)試液組成性質(zhì)，參比溶液可按三種根據(jù)顯色劑及待測(cè)試液組成性質(zhì)，參比溶液可按三種情況選擇：情況選擇：u 溶劑參比溶劑參比: 試樣溶液、顯色劑及其他試劑（酸堿緩沖劑、掩試樣溶液、顯色劑及其他試劑（酸堿緩沖劑、掩蔽劑等）均無(wú)吸收，僅生成的有色化合物有吸收蔽劑等）均無(wú)吸收，僅生成的有色化合物有吸收,則則直接用純?nèi)軇┲苯佑眉內(nèi)軇?或去離子水或去離子水)作參比。作參比。u試劑參比試劑參比: 試樣溶液無(wú)吸收，但顯色劑或其他試劑有明顯吸試樣溶液無(wú)吸收，但顯色劑或其他試劑有明顯吸收時(shí)，則用加顯色劑和其他試劑的溶液收時(shí)，則用加顯色劑和其他試劑的溶液(稱為稱為空白試空白試劑劑)作參比。作參比。 u試

58、樣參比試樣參比: 顯色劑和其他試劑均無(wú)吸收，但試樣溶液中所含顯色劑和其他試劑均無(wú)吸收，但試樣溶液中所含共存組分有吸收時(shí)，則使用不加顯色劑，只加其他共存組分有吸收時(shí)，則使用不加顯色劑，只加其他試劑（如緩沖液）的試樣溶液作參比。試劑（如緩沖液）的試樣溶液作參比。 例如例如:用用(NH4)2S2O8氧化顯色測(cè)定氧化顯色測(cè)定Mn2+，若試樣含，若試樣含紅色紅色Co2+，會(huì)干擾，會(huì)干擾MnO4-的測(cè)定，則可用不加的測(cè)定，則可用不加(NH4)2 S2O8的試樣做參比扣除試樣中的試樣做參比扣除試樣中Co2+的吸收。的吸收。3. 吸光度測(cè)量范圍吸光度測(cè)量范圍 待測(cè)物濃度測(cè)定的相對(duì)誤差待測(cè)物濃度測(cè)定的相對(duì)誤差,

59、除取決于除取決于儀器測(cè)定透過(guò)率儀器測(cè)定透過(guò)率 T 的固有測(cè)定誤差的固有測(cè)定誤差T (與儀器精度有關(guān)與儀器精度有關(guān),基本固定基本固定)外，還與外，還與T 值有關(guān)值有關(guān),右圖顯示了吸光度測(cè)定所得右圖顯示了吸光度測(cè)定所得濃度相對(duì)誤差的大小與透過(guò)率（吸光濃度相對(duì)誤差的大小與透過(guò)率（吸光度）的關(guān)系。度）的關(guān)系。為提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，為提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，被測(cè)溶液吸被測(cè)溶液吸光度應(yīng)盡量接近光度應(yīng)盡量接近0.434，一般控制，一般控制A值在值在0.20.8（T為為65%15%）范）范圍內(nèi)。圍內(nèi)。通過(guò)改變稱樣量、調(diào)整溶液稀釋倍通過(guò)改變稱樣量、調(diào)整溶液稀釋倍率、使用不同厚度吸收池等方法來(lái)率、使用不同厚度吸收池等方法

60、來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。5.6 5.6 紫外紫外- -可見(jiàn)分光光度分析的應(yīng)用可見(jiàn)分光光度分析的應(yīng)用5.6.1定量分析定量分析 定量分析是紫外定量分析是紫外-可見(jiàn)分光光度法的最主要的應(yīng)用。一般可見(jiàn)分光光度法的最主要的應(yīng)用。一般可分為單組分和多組分測(cè)定?？煞譃閱谓M分和多組分測(cè)定。 1.單組分測(cè)定單組分測(cè)定 通常采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。通常采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。方法簡(jiǎn)單、方便，適合于分析大批的同類試樣。方法簡(jiǎn)單、方便，適合于分析大批的同類試樣。 如：鄰二氮菲與如：鄰二氮菲與Fe2+形成形成3:1的紅色配離子，的紅色配離子， max=512nm， =1.1104Lmol-1cm-1。在。在pH為為3 9范圍內(nèi)顯色迅速穩(wěn)范圍內(nèi)