紫外可見分光光度法簡介

1、紫外紫外可見分光光度法簡介可見分光光度法簡介紫外紫外可見分光光度法的特點可見分光光度法的特點物質(zhì)對光的選擇性吸收物質(zhì)對光的選擇性吸收影響紫外影響紫外可見吸收光譜的因可見吸收光譜的因素素朗伯朗伯比爾定律比爾定律紫外紫外可見分光光度計可見分光光度計紫外紫外可見吸收光譜的應(yīng)用可見吸收光譜的應(yīng)用紫外可見分光光度法 在儀器分析中紫外在儀器分析中紫外可見分光光度法是歷史悠久、應(yīng)可見分光光度法是歷史悠久、應(yīng)用最為廣泛的一種光學(xué)分析方法。他是利用用最為廣泛的一種光學(xué)分析方法。他是利用物質(zhì)的分子或物質(zhì)的分子或離子對某一波長范圍的光的吸收作用離子對某一波長范圍的光的吸收作用，對物質(zhì)進行定性分，對物質(zhì)進行定性分析、

2、定量分析及結(jié)構(gòu)分析，所依據(jù)的光譜是分子或離子吸析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析，所依據(jù)的光譜是分子或離子吸收入射光中特定波長的光而產(chǎn)生的吸收光譜。按所吸收光收入射光中特定波長的光而產(chǎn)生的吸收光譜。按所吸收光的波長區(qū)域不同，分為紫外分光光度法和可見分光光度法，的波長區(qū)域不同，分為紫外分光光度法和可見分光光度法，合稱為紫外合稱為紫外可見分光光度法?？梢姺止夤舛确ā?分光光度法是在分光光度法是在比色法比色法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者所的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者所依據(jù)的原理基本上是相同的。由于分光光度法采用了更為依據(jù)的原理基本上是相同的。由于分光光度法采用了更為先進的單色系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)，使得分光光度法在靈敏度、先

3、進的單色系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)，使得分光光度法在靈敏度、準確度、精密度及應(yīng)用范圍上都大大的優(yōu)于比色法。準確度、精密度及應(yīng)用范圍上都大大的優(yōu)于比色法。紫外紫外可見分光光度法有如下特點：可見分光光度法有如下特點：相對其他光譜分析方法來說相對其他光譜分析方法來說 相對其他光譜分析方法來說，其相對其他光譜分析方法來說，其儀器設(shè)備和操作都比較簡單，儀器設(shè)備和操作都比較簡單，費用少，分析速度較快費用少，分析速度較快。 靈敏度較高。如在紫外區(qū)直接檢測抗壞血酸時，其最低檢出靈敏度較高。如在紫外區(qū)直接檢測抗壞血酸時，其最低檢出濃度可達到濃度可達到10-6g/mL。 有較好的選擇性有較好的選擇性。通過適當?shù)倪x擇測量條件

4、，一般可在多種。通過適當?shù)倪x擇測量條件，一般可在多種組分共存的體系中，對某一物質(zhì)進行測定。組分共存的體系中，對某一物質(zhì)進行測定。 精密度和準確度較高。在儀器設(shè)備和其他測量條件較好的情精密度和準確度較高。在儀器設(shè)備和其他測量條件較好的情況下，其相對誤差可減小到?jīng)r下，其相對誤差可減小到1%2%。雖然相對誤差比重量。雖然相對誤差比重量法和滴定法大，但對于微量組分的測定已經(jīng)滿足要求。法和滴定法大，但對于微量組分的測定已經(jīng)滿足要求。 用途廣泛用途廣泛。在醫(yī)藥、化工、冶金、環(huán)境保護、地質(zhì)等諸多領(lǐng)。在醫(yī)藥、化工、冶金、環(huán)境保護、地質(zhì)等諸多領(lǐng)域，紫外域，紫外可見分光光度法不但可以進行定量分析，還可以可見分光光

5、度法不但可以進行定量分析，還可以對被測物質(zhì)進行定性分析和結(jié)構(gòu)分析，進行官能團鑒定、相對被測物質(zhì)進行定性分析和結(jié)構(gòu)分析，進行官能團鑒定、相對分子質(zhì)量測定、配合物的組分及穩(wěn)定常數(shù)的測定等等。對分子質(zhì)量測定、配合物的組分及穩(wěn)定常數(shù)的測定等等。物質(zhì)對光的選擇性吸收：物質(zhì)對光的選擇性吸收： 光在與物質(zhì)作用時，物質(zhì)可對光產(chǎn)生不同程度的吸收。光光在與物質(zhì)作用時，物質(zhì)可對光產(chǎn)生不同程度的吸收。光被吸收后，起能量通常以熱的形式釋放出來，這種能量很微小，被吸收后，起能量通常以熱的形式釋放出來，這種能量很微小，一般察覺不到。我們可以利用測量物質(zhì)對某種波長的光的吸收一般察覺不到。我們可以利用測量物質(zhì)對某種波長的光的吸

6、收來了解物質(zhì)的特性。來了解物質(zhì)的特性。 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)在吸收光時只能吸收某些特定波長物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)在吸收光時只能吸收某些特定波長的光，也就是說，物質(zhì)對光的吸收有選擇性。的光，也就是說，物質(zhì)對光的吸收有選擇性。 例如，當一束白光（復(fù)合光）通過硫酸銅溶液時，水合銅例如，當一束白光（復(fù)合光）通過硫酸銅溶液時，水合銅離子中的電子發(fā)生躍遷，選擇性的吸收復(fù)合光中的黃光，其他離子中的電子發(fā)生躍遷，選擇性的吸收復(fù)合光中的黃光，其他顏色的光不被吸收而透過溶液，故溶液呈現(xiàn)出黃色的互補色顏色的光不被吸收而透過溶液，故溶液呈現(xiàn)出黃色的互補色藍色。我們通常見到的有色物質(zhì)，都是由于他們吸收了可見藍色。我們通常

7、見到的有色物質(zhì)，都是由于他們吸收了可見光的部分光，呈現(xiàn)出吸收光顏色的互補色。光的部分光，呈現(xiàn)出吸收光顏色的互補色。 分子中的電子躍遷需要的能量在分子中的電子躍遷需要的能量在 之之間，其對應(yīng)的吸收光的波長范圍大部分處于紫外和可見光區(qū)域，間，其對應(yīng)的吸收光的波長范圍大部分處于紫外和可見光區(qū)域，通常將分子在這一區(qū)域的吸收光譜稱為電子光譜。不同的分子通常將分子在這一區(qū)域的吸收光譜稱為電子光譜。不同的分子中的電子躍遷需要的能量不一樣，吸收光譜也就不同。為了測中的電子躍遷需要的能量不一樣，吸收光譜也就不同。為了測19181.6 103.2 10J 量一種物質(zhì)的吸收光譜，用經(jīng)過分光后的不量一種物質(zhì)的吸收光譜

8、，用經(jīng)過分光后的不同波長的光依次透過該物質(zhì)，這種物質(zhì)可以同波長的光依次透過該物質(zhì)，這種物質(zhì)可以是液體，也可以是固體或氣體，但大多數(shù)情是液體，也可以是固體或氣體，但大多數(shù)情況都是具有一定濃度的溶液。通過測量物質(zhì)況都是具有一定濃度的溶液。通過測量物質(zhì)對不同波長的光的吸收程度（吸光度），以對不同波長的光的吸收程度（吸光度），以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，就可波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，就可以得到該物質(zhì)在測量波長范圍內(nèi)的吸收曲線。以得到該物質(zhì)在測量波長范圍內(nèi)的吸收曲線。這種曲線體現(xiàn)了物質(zhì)對不同波長的光度吸收這種曲線體現(xiàn)了物質(zhì)對不同波長的光度吸收能力，稱為能力，稱為吸收光譜吸收光譜。在分子發(fā)

9、生電子能級躍遷的同時，總是伴隨著振在分子發(fā)生電子能級躍遷的同時，總是伴隨著振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷。所以，在分子的電動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷。所以，在分子的電子光譜中，包含有不同振動能級躍遷產(chǎn)生的若子光譜中，包含有不同振動能級躍遷產(chǎn)生的若干吸收譜帶和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的若干吸收譜干吸收譜帶和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的若干吸收譜線。一般情況下由于線。一般情況下由于 ,分辨分辨不出電子光譜中振動能級和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)不出電子光譜中振動能級和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的譜線結(jié)構(gòu)，觀察到的只是這些譜線展寬后生的譜線結(jié)構(gòu)，觀察到的只是這些譜線展寬后合并在一起形成的較寬的吸收帶。所以通常又合并在一起形成的較寬的吸收帶。所以通

10、常又將分子的電子光譜稱為帶狀光譜。將分子的電子光譜稱為帶狀光譜。eVrEEE 有機化合物的紫外有機化合物的紫外可見吸收光譜可見吸收光譜1 有機化合物的電子躍遷有機化合物的電子躍遷 有機化合物的紫外吸收光譜，取決于分子中外層電子有機化合物的紫外吸收光譜，取決于分子中外層電子的性質(zhì)。與紫外的性質(zhì)。與紫外可見吸收光譜有關(guān)的電子有三種，可見吸收光譜有關(guān)的電子有三種，即形成單鍵的即形成單鍵的電子、形成雙鍵的電子、形成雙鍵的電子以及未參與成電子以及未參與成鍵的鍵的n電子（孤對電子）。處于基態(tài)的分子在吸收一定電子（孤對電子）。處于基態(tài)的分子在吸收一定波長的光后，分子中的成鍵電子和非鍵電子可被激發(fā)波長的光后，

11、分子中的成鍵電子和非鍵電子可被激發(fā)躍遷至躍遷至* 和和* 反鍵軌道，其躍遷類型有反鍵軌道，其躍遷類型有*、n*、*和和n *四種，其相對能量大小次序為：四種，其相對能量大小次序為： * n* * n * 有機物最有用的吸收光譜是基于有機物最有用的吸收光譜是基于n *和和*躍遷而躍遷而產(chǎn)生的，這兩類躍遷所需要的輻射能量大多處于波長產(chǎn)生的，這兩類躍遷所需要的輻射能量大多處于波長大于大于200nm的區(qū)域。它們要求分子中含有不飽和鍵，的區(qū)域。它們要求分子中含有不飽和鍵，這種含有不飽和鍵的基團稱為這種含有不飽和鍵的基團稱為生色團生色團。 n *躍遷發(fā)生在含有雜原子的不飽和化合物中，其最大摩躍遷發(fā)生在含有

12、雜原子的不飽和化合物中，其最大摩爾吸光系數(shù)爾吸光系數(shù)max （表示物質(zhì)對光吸收能力大小的參量）比較（表示物質(zhì)對光吸收能力大小的參量）比較小，吸收峰隨溶劑極性增加而向短波方向移動，即產(chǎn)生小，吸收峰隨溶劑極性增加而向短波方向移動，即產(chǎn)生藍藍移移，下表列出了一些常見生色團，下表列出了一些常見生色團n *躍遷的吸收特性。躍遷的吸收特性。生色團生色團化合物化合物溶劑溶劑羰基羰基正己烷正己烷28016羧基羧基乙醇乙醇20441硝基硝基CH3NO2異辛烷異辛烷28022亞硝基亞硝基C4H9NO乙醚乙醚66520max/nmmaxH3CCCH3OH3CCOHO*躍遷可以發(fā)生在任何具有不飽和鍵的有機化合物分子躍

13、遷可以發(fā)生在任何具有不飽和鍵的有機化合物分子中，其最大摩爾吸光率很大，吸收峰隨溶劑極性增加向長波中，其最大摩爾吸光率很大，吸收峰隨溶劑極性增加向長波方向移動，即產(chǎn)生方向移動，即產(chǎn)生紅移紅移。下表列出了一些常見生色團。下表列出了一些常見生色團*躍遷的吸收特性。躍遷的吸收特性。生色團生色團 化合物化合物溶劑溶劑羰基羰基正己烷正己烷188900烯烯正庚烷正庚烷17713000炔炔正庚烷正庚烷17810000max/nmmaxH3CCCH3OC6H13CHCH2C5H11CCCH3當一個分子中含有兩個或兩個以上的生色團時，按相互間的位置當一個分子中含有兩個或兩個以上的生色團時，按相互間的位置可以分為可

14、以分為共軛共軛和和非共軛非共軛兩種情況：非共軛時，各個生色團各自獨兩種情況：非共軛時，各個生色團各自獨立吸收，吸收帶由各生色團的立吸收，吸收帶由各生色團的吸收帶疊加吸收帶疊加而成；共軛時，生色團而成；共軛時，生色團原有的原有的吸收峰會發(fā)生改變吸收峰會發(fā)生改變，可產(chǎn)生新的吸收峰。下表列出了一些，可產(chǎn)生新的吸收峰。下表列出了一些有關(guān)共軛結(jié)構(gòu)的化合物的吸收特性。有關(guān)共軛結(jié)構(gòu)的化合物的吸收特性?；衔锘衔锕曹楇p鍵數(shù)共軛雙鍵數(shù)11955000220010000221721000325425000325835000C H3C HC H2C O O HH(CHCH)3HH2CCHCHCH2CH2C H C

15、 O O HCH2CH2max/nmmax另有一些基團，本身并不產(chǎn)生吸收峰，但與生色團共存于同一分另有一些基團，本身并不產(chǎn)生吸收峰，但與生色團共存于同一分子時，可引起吸收峰的位移和吸收強度的改變，這些基團稱為子時，可引起吸收峰的位移和吸收強度的改變，這些基團稱為助助色團色團。如苯環(huán)的一個氫原子被一些基團取代后，苯環(huán)在。如苯環(huán)的一個氫原子被一些基團取代后，苯環(huán)在254nm處處的吸收帶的最大吸收位置和強度就會改變。的吸收帶的最大吸收位置和強度就會改變。化合物化合物取代基取代基苯苯254300氯苯氯苯264320溴苯溴苯262325苯酚苯酚2731780苯甲醚苯甲醚2722240max/nmmaxC

16、lBrOHOCH3有有機化合物的吸收帶機化合物的吸收帶吸收帶吸收帶(absorption band): 在紫外光譜中，在紫外光譜中，吸收峰在光譜中的波帶位置。根據(jù)電子及吸收峰在光譜中的波帶位置。根據(jù)電子及分子軌道的種類，可將吸收帶分為四種類分子軌道的種類，可將吸收帶分為四種類型。型。 R吸收帶吸收帶 K吸收帶吸收帶 B吸收帶吸收帶 E吸收帶吸收帶鑭系和錒系元素的離子對紫外和可見光的鑭系和錒系元素的離子對紫外和可見光的吸收是基于內(nèi)層吸收是基于內(nèi)層f電子的躍遷而產(chǎn)生的。其電子的躍遷而產(chǎn)生的。其紫外可見光譜為一些狹長的特征吸收峰，紫外可見光譜為一些狹長的特征吸收峰，這些峰幾乎不受金屬離子的配位環(huán)境的

17、影這些峰幾乎不受金屬離子的配位環(huán)境的影響。響。 1. f電子躍遷吸收光譜電子躍遷吸收光譜過渡金屬的電子躍遷類型為過渡金屬的電子躍遷類型為d電子在不同電子在不同d軌軌道間的躍遷，吸收紫外或可見光譜。這些峰道間的躍遷，吸收紫外或可見光譜。這些峰強烈受配位環(huán)境的影響。強烈受配位環(huán)境的影響。 例如例如 cu2+以水為配位體，吸收峰在以水為配位體，吸收峰在794nm處，而以氨為配位體，吸收峰在處，而以氨為配位體，吸收峰在663nm處。處。此類光譜吸收強度弱，較少用于定量分析。此類光譜吸收強度弱，較少用于定量分析。2. d電子躍遷吸收光譜電子躍遷吸收光譜3. 電荷遷移光譜電荷遷移光譜 某些分子既是電子給某

18、些分子既是電子給體，又是電子受體，當電子受輻射能激發(fā)體，又是電子受體，當電子受輻射能激發(fā)從給體外層軌道向受體躍遷時，就會產(chǎn)生從給體外層軌道向受體躍遷時，就會產(chǎn)生較強的吸收，這種光譜稱為電荷遷移光譜。較強的吸收，這種光譜稱為電荷遷移光譜。如如 苯?；〈镌诠庾饔孟碌漠悩?gòu)反應(yīng)。苯?；〈镌诠庾饔孟碌漠悩?gòu)反應(yīng)。CROhvCRO-影響紫外影響紫外-可見吸收光譜的因素可見吸收光譜的因素 物質(zhì)的吸收光譜與測定條件有密切的關(guān)系。物質(zhì)的吸收光譜與測定條件有密切的關(guān)系。測定條件（溫度、溶劑極性、測定條件（溫度、溶劑極性、pH等）不同，等）不同，吸收光譜的吸收光譜的形狀形狀、吸收峰的位置吸收峰的位置、吸收強度

19、吸收強度等都可能發(fā)生變化。等都可能發(fā)生變化。1.溫度溫度 在室溫范圍內(nèi)，溫度對吸收光譜的影在室溫范圍內(nèi)，溫度對吸收光譜的影響不大。響不大。 2. 溶劑溶劑 注意如下幾點：注意如下幾點： （1）同一種物質(zhì)由于使用的溶劑不同，得）同一種物質(zhì)由于使用的溶劑不同，得到的紫外到的紫外可見吸收光譜的峰形和最大吸收可見吸收光譜的峰形和最大吸收位置可能不一樣，所以在測定物質(zhì)的吸收光位置可能不一樣，所以在測定物質(zhì)的吸收光譜時，一定要注明所使用的溶劑譜時，一定要注明所使用的溶劑（2）盡量選用低極性溶劑；）盡量選用低極性溶劑；（3）能很好地溶解被測物，并且形成的溶）能很好地溶解被測物，并且形成的溶液具有良好的化學(xué)和

20、光化學(xué)穩(wěn)定性；液具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性；（4）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收。）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收。3.PH 設(shè)入射光強度為設(shè)入射光強度為I0，吸收光強度為，吸收光強度為Ia,透透射光強度為射光強度為 It，反射光強度為，反射光強度為Ir，則，則 I0= Ia+ It+ Ir由于反射光強度基本相同，其影響可相互由于反射光強度基本相同，其影響可相互抵消，上式可簡化為：抵消，上式可簡化為： I0= Ia+ It一、吸光度和透光度一、吸光度和透光度吸光度吸光度: 為透光度倒數(shù)的對數(shù)，用為透光度倒數(shù)的對數(shù)，用A表示，表示，即即 A=lg1/T=lgI0/It透光度透光度：透光度為

21、透過光的強度：透光度為透過光的強度It與入射與入射光強度光強度I0之比，用之比，用T表示：表示： 即即 T= It/I0二、朗伯二、朗伯-比爾定律比爾定律朗伯朗伯-比爾定律比爾定律：當一束平行單色光通過含有當一束平行單色光通過含有吸光物質(zhì)的稀溶液時，溶液的吸光度與吸光吸光物質(zhì)的稀溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)濃度、液層厚度乘積成正比物質(zhì)濃度、液層厚度乘積成正比，即，即 A= cl 式中比例常數(shù)式中比例常數(shù)與與吸光物質(zhì)的本性吸光物質(zhì)的本性，入射，入射光光波長波長及及溫度溫度等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。c為吸光物質(zhì)濃度，為吸光物質(zhì)濃度，l為為透光液層厚度透光液層厚度。 朗伯朗伯-比爾定律是紫外比爾定律

22、是紫外-可見分光光度法的可見分光光度法的理論基礎(chǔ)。理論基礎(chǔ)。三、吸光系數(shù)三、吸光系數(shù)當當l以以cm，c以以g/L為單位，為單位，稱為吸光稱為吸光系數(shù)，用系數(shù)，用 a表示。表示。A= a cla的單位為的單位為L/(g.cm) 當當l以以cm，c以以mol/L為單位，為單位，稱為摩稱為摩爾吸光系數(shù)，用爾吸光系數(shù)，用 表示。表示。 的單位為的單位為L/mol.cm，它表示物質(zhì)的濃度，它表示物質(zhì)的濃度為為1mol/L，液層厚度為，液層厚度為1cm時，溶液的吸光時，溶液的吸光度。度。摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)比吸光系數(shù)比吸光系數(shù)比吸光系數(shù)是指百分含量為比吸光系數(shù)是指百分含量為1%， l為為1cm時的吸光

23、度值，用時的吸光度值，用 表示。表示。%11cmE%111 . 0cmrEM四、偏離朗伯四、偏離朗伯-比耳定律的因素比耳定律的因素（1）入射光為非單色光）入射光為非單色光（3）光程的不一致性。）光程的不一致性。 光源不是點光源，比色皿光徑長度不一光源不是點光源，比色皿光徑長度不一致，光學(xué)元件的缺陷引起的多次反射等，致，光學(xué)元件的缺陷引起的多次反射等，均造成光徑不一致，從而與定律偏離。均造成光徑不一致，從而與定律偏離。（2）溶液的不均性。）溶液的不均性。 實際樣品的混濁，加入的保護膠體，實際樣品的混濁，加入的保護膠體，蒸餾水中的微生物，存在散射以及共振發(fā)蒸餾水中的微生物，存在散射以及共振發(fā)射等，

24、均可吸光質(zhì)點的吸光特性變化大。射等，均可吸光質(zhì)點的吸光特性變化大。紫外紫外-可見分光光度計可見分光光度計一、主要部件的性能與作用一、主要部件的性能與作用基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu):光源光源單色器單色器吸收池吸收池檢測器檢測器信號顯示系統(tǒng)信號顯示系統(tǒng) 樣品樣品 在紫外可見分光光度計中，常用的光源在紫外可見分光光度計中，常用的光源有兩類：熱輻射光源和氣體放電光源有兩類：熱輻射光源和氣體放電光源 1 光源光源 熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢燈和熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢燈和鹵鎢燈；氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如鹵鎢燈；氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。氫燈和氘燈。單色器的主要組成：入射狹縫、出射單色器的主要組成：入射狹縫、出射狹縫、色散元件和準直鏡等部分。狹縫、色散元件和準直鏡等部分。 2 單色器單色器 單色器質(zhì)量的優(yōu)劣，主要決定于單色器質(zhì)量的優(yōu)劣，主要決定于色散元件的質(zhì)量。色散元件常用棱鏡色散元件的質(zhì)量。色散元件常用棱鏡和光柵。和光柵。 吸收池又稱比色皿或比色杯，按材吸收池又稱比色皿或比色杯，按材料可分為玻璃吸收池和石英吸收池，前料可分為玻璃吸收池和石英吸收池，前者不能用于紫外區(qū)。者不能用于紫外區(qū)。 3 吸收池吸收池 吸收池的種類很多，其光徑可在吸收池的種類很多，其光徑可在0.110cm之間，其中以之間，其中以1cm