紫外吸收光譜分析 (3)課件

1、關(guān)于紫外吸收光譜分析 (3)第一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月本次課應(yīng)掌握的重點：1、物質(zhì)對光吸收的本質(zhì)是什么？2、為什么物質(zhì)對光會發(fā)生選擇性吸收？3、各類有機化合物在紫外-可見光區(qū)的特征吸收；4、K、R、E、B 吸收帶分別是由哪些結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生的？哪條吸收帶常用于定量分析？5、溶劑極性及酸度對有機化合物的紫外吸收光譜有何影響？第二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1-1 概述 紫外分子吸收光譜法( UltravioletMolecular Absorption Spectrometry ,UV),又稱紫外分光光度法(Ultraviolet Spectrophotometry

2、)。它是研究分子吸收 190380 nm 波長范圍內(nèi)的吸收光譜。紫外吸收光譜主要產(chǎn)生于分子價電子的躍遷，通過測定分子對紫外光的吸收，可以用于鑒定和定量測定有機化合物。第三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 光是一種電磁輻射（Electromagnetic radiation)或叫電磁波(Electromagnetic wave)能被人們看見的光稱為可見光。 各種看不見的光，如紫外光、紅外光、X-射線、 -射線等，它們也都是某一波長區(qū)域的電磁輻射。第四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月紫外光（ultraviolet light） 紫外光是指波長為 10380 nm 的電磁輻射，它

3、又可分為遠紫外光（Far ultraviolet light）和近紫外光（Near ultraviolet light）。 遠紫外光的波長范圍是10200nm。遠紫外光又有真空紫外光（Vacuum ultraviolet light）之稱.第五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1-2 吸收物質(zhì)及其紫外吸收光譜 第六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一. 吸收的一般性質(zhì) 1. 吸收的本質(zhì) 光被物質(zhì)吸收，實際上就是光的能量轉(zhuǎn)移到了物質(zhì)的原子或分子中去了。光通過物質(zhì)后，某些頻率的光能使物質(zhì)的原子或分子由最低能級（基態(tài)）躍遷到較高的能級（激發(fā)態(tài)）。 第七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于20

4、22年6月 量子化學(xué)表明：原子、分子或離子具有不連續(xù)的、數(shù)目有限的量子化能級，如圖1-2，所以，物質(zhì)只能吸收與兩個能級之差相同的或為其整數(shù)倍的能量。對于光來說，就是只能吸收一定頻率或波長的光。即： （1-1） 第八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 只有當(dāng)照射光光子的能量 hv與被照射物質(zhì)微粒的基態(tài)、某一激發(fā)態(tài)能量之差相當(dāng)時才能發(fā)生吸收。 不同的物質(zhì)微粒由于結(jié)構(gòu)不同，則有不同的量子化能級，其能級之間的能量差是不同的，所以，不同的物質(zhì)可以吸收不同波長的光，即：物質(zhì)對光的吸收具有選擇性。第十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 分子吸

5、收光譜（Molecular Absorption Spectrum） 紫外光的能量與分子中價電子躍遷吸收的能量相適應(yīng)，所以紫外光譜屬于分子吸收光譜。 第十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月分子內(nèi)部的運動可分為價電子運動、分子內(nèi)原子在平衡位置附近的振動和分子繞其重心的轉(zhuǎn)動，則分子中存在三種能量，而三種能量都是量子化的，所以有三種能級存在于分子中，即電子能級Ee (Electronic Level)、振動能級Ev (Vibrational Level)、和轉(zhuǎn)動能級Er (Rotational Level)。 在這三種能量中，電子能級之間能量差最大，振動能級相差次之，轉(zhuǎn)動能級相差最小。即：

6、 Ee Ev Er第十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 電子能級躍遷所需的能量一般在120eV。如果是5eV, 則由式（3-1）可計算相應(yīng)的波長:已知 h6.62410-34Js4.13610-15eVs c（光速）2.9981010s-1故: 可見，電子能級躍遷產(chǎn)生的吸收光譜主要處于紫外及可見光區(qū)（200780nm）。這種分子光譜稱為電子光譜或紫外及可見光譜。第十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月振動能級的能量差一般在 0.0251 eV之間。如果能量差是 0.1eV，則它為 5eV 的電子能級間隔的 2，所以電子躍遷并不

7、是產(chǎn)生一條波長為 248 nm 的譜線, 而是產(chǎn)生一系列的譜線，其波長間隔約為 248nm 2 5 nm。 在振動能級躍遷時還伴隨著轉(zhuǎn)動能級的躍遷。轉(zhuǎn)動能級的間隔小于0.025eV。如果間隔是 0.005 eV，則它為 5 eV的0.1，相當(dāng)?shù)牟ㄩL間隔是 248 nm0.1 0.25 nm。第十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 紫外及可見吸收光譜，一般包含若干譜帶系，不同譜帶系相當(dāng)于不同的電子能級躍遷，一個譜帶系（即同一電子能級躍遷，如由能級 A 躍遷到能級 B）含有若干譜帶，不同譜帶相當(dāng)于不同的振動能級躍遷。同一譜帶內(nèi)又包含若干光譜線，每一條線相當(dāng)于轉(zhuǎn)動能級的躍遷，它們的間隔如上

8、所述約為 0.25nm。一般分光光度計的分辨率，觀察到的為合并成較寬的譜帶，所以分子光譜是一種帶狀光譜。第十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 與純振動能級之差Ev 相適應(yīng)的輻射是波長約為 0.7850m 的光，這種光在近紅外（包括中紅外）區(qū)，所以，當(dāng)用紅外線照射分子時，則此能量不足以引起電子能級的躍遷，只能引起振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，這樣得到的光譜稱為紅外吸收光譜(Infrared absorption spectrum)。 第十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 如果用能量更低的遠紅外線和微波（50300m）照射分子，則只能

9、引起轉(zhuǎn)動能級的躍遷，這樣得到的光譜稱為遠紅外光譜（Far-infrared spectrum）和微波譜（Microwave spectrum）。 不同波長范圍的電磁波所能激發(fā)的分子和原子的運動情況如下表所示： 第十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 分子的紫外吸收光譜 1.有機化合物的紫外吸收光譜 （1）.有機化合物分子中電子躍遷的類型 在有機化合物分子中有幾種不同性質(zhì)的價電子：形成單鍵的電子稱為鍵電子；形成雙鍵的電子稱為 鍵電子；氧、氮、硫、鹵素等含有未成鍵的孤對電子，稱為 n 電子（或稱 p 電子）。當(dāng)它們吸收一定能量E 后，這

10、些價電子將躍遷到較高能級（激發(fā)態(tài)），此時電子所占的軌道稱為反鍵軌道，而這種躍遷同分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。第二十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 這些躍遷可分成如下三類： . NV 躍遷：由基態(tài)軌道躍遷到反鍵軌道，包括飽和碳氫化合物中的* 躍遷以及不飽和烯烴中的* 躍遷（ *、*分別表示鍵電子、鍵電子的反鍵軌道）。 . NQ 躍遷：是分子中未成鍵的 n 電子激發(fā)到反鍵軌道的躍遷，包括 n*、n* 躍遷。. NR 躍遷：是鍵電子逐步激發(fā)到各個高能級，最后電離成分子離子的躍遷(光致電離)。.電荷遷移躍遷：電子從給予體向接受體躍遷.第二十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 由上述

11、可見，有機化合物價電子可能產(chǎn)生的躍遷主要為*、n*、n*及*。各種躍遷所需能量是不同的，可用下圖表示。由圖可見，各種躍遷所需大小為： * n* * n*第二十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般說來，未成鍵孤對電子較易激發(fā),成鍵電子中電子具有較高的能級, 而反鍵電子卻相反。因此，簡單分子中 n* 躍遷、配位場躍遷需最小的能量，吸收帶出現(xiàn)在長波段方向，n*、* 及電荷遷移躍遷的吸收帶出現(xiàn)在較短波段，而* 躍遷則出現(xiàn)在遠紫外區(qū)。 第二十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）. 有機物分子的紫外吸收光譜 現(xiàn)根據(jù)電子躍遷討論有

12、機化合物中較為重要的一些紫外吸收光譜，由此可以看到紫外吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 第二十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月. 飽和烴及其取代衍生物 飽和單鍵碳氫化合物只有鍵電子， 鍵電子最不易激發(fā)，* 躍遷產(chǎn)生的吸收一般在遠紫外區(qū)（10200nm）。但由于這類化合物在 2001000nm 范圍內(nèi)無吸收帶，在紫外吸收光譜分析中常用作溶劑（如己烷、庚烷、環(huán)己烷等）。第二十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)飽和單鍵碳氫化合物中的氫被氧、氮、鹵素、硫等雜原子取代時，吸收峰向長波長方向移動, 這種現(xiàn)象稱為深色移動或稱紅移（bathochromic shift）, 此時產(chǎn)生 n*

13、躍遷。 例如甲烷一般躍遷的范圍在125135nm，碘甲烷（CH3I）的吸收峰則處在150210nm（*躍遷）及259nm（n*躍遷）：第二十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 CH2I2 及 CHI3 的吸收峰則分別是 292nm 及 349nm (n* 躍遷)。 這種能使吸收峰波長向長波長方向移動的雜原子基團稱為助色團（auxochrome）。 如NH2， NR2 ,OH，OR,SR，Cl，Br，I 等等。 第二十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月.不飽和脂肪烴 這類化合物如乙烯、丁二烯，它們含有鍵電子，吸收能量后產(chǎn)生* 躍遷。 若在飽和碳氫化合物中，引入含有鍵的不飽和基

14、團，將使這一化合物的吸收峰出現(xiàn)在紫外及可見區(qū)范圍內(nèi)，這種基團稱為生色團（chromophore）。 生色團是含有* 或 n* 躍遷的基團, 如:C=C、CC 、C=N、C=O 、N=N等。第三十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 具有共軛雙鍵的化合物如：共軛二烯、,-不飽和酮、,-不飽和酸、多烯、芳香核與雙鍵或羰基的共軛等等，由于-共軛效應(yīng)生成大鍵。使各能級間的距離較近（鍵的平均化），所以吸收峰的波長就增加，生色作用大為加強。 例如乙烯的max為171nm（15530Lmol-1cm-1)； 丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）吸收峰發(fā)生深色移動（max217nm），吸收強度也顯著增加

15、（21000 Lmol-1cm-1）。第三十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 由于共軛雙鍵中* 躍遷所產(chǎn)生的吸收帶稱為K 吸收帶。 特點：1、強度大，摩爾吸光系數(shù)max通常在10000200000（104）L mol-1 cm-1之間； 2、吸收峰位置（max）一般處在近紫外及可見光范圍內(nèi)。 K 吸收帶的波長及強度與共軛體系中共軛雙鍵的數(shù)目等有關(guān)。共軛雙鍵愈多，深色移動愈顯著據(jù)此可以判斷共軛體系的存在情況，這是紫外吸收光譜的重要應(yīng)用。 K 吸收帶還常用于定量分析。第三十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月. 羰基化合物 羰基

16、化合物含有 基團，主要可以產(chǎn)生 n* , n* 及* 三個吸收帶。 n* 吸收帶又稱 R 帶，落于紫外光區(qū)（270 350nm）。它的特點是強度低(max 為1020)，并且譜帶略寬，是羰基化合物的特征吸收帶。 當(dāng)醛、酮的羰基與雙鍵共軛時，形成了，-不飽和醛酮類化合物。由于羰基與乙烯基共軛，即產(chǎn)生共軛作用，使* 和 n* 吸收帶向紅移動，前一吸收帶強度高(max 104)，后一吸收帶強度低(max 102)。這一特征可以用來識別 ，-不飽和醛、酮。 第三十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 乙酰苯的紫外吸收光譜（正庚烷溶劑）：由于乙酰苯中的羰基與苯環(huán)的雙鍵共軛，因此可以看到很強的 K

17、 吸收帶（lg4）。另外，還出現(xiàn)R 吸收帶及苯環(huán)的 B 吸收帶。第三十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月.苯及其衍生物 苯在 185nm（= 47000）和204nm (= 7900)處有兩個強吸收帶，分別稱為 E1和 E2 吸收帶，是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中的環(huán)狀共軛系統(tǒng)的躍遷所產(chǎn)生的。 若苯環(huán)上有助色團如 OH、Cl 等取代，由于 n- 共軛，使 E2 吸收帶向長波方向移動，一般在 210nm 左右； 若有生色團取代而且與苯環(huán)共軛（共軛），則 E2 吸收帶與 K 吸收帶合并且發(fā)生深色移動。 除此之外，在230270nm處（256nm處= 20

18、0 ）還有較弱的一系列精細結(jié)構(gòu)吸收帶，稱為B吸收帶，這是由于* 躍遷和苯環(huán)的振動的重疊引起的。 第三十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 如果對位二取代苯的一個取代基是推電子基團，而另一個是拉電子基團，深色移動就非常大。例如：第三十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月.稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物 稠環(huán)芳烴，如萘、蒽、菲等，均顯示苯的三個吸收帶，但這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目增多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應(yīng)增加。 當(dāng)芳環(huán)上的 CH 基團被氮原子取代后，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

19、碳環(huán)化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與萘相似。 此外，由于引入含有 n 電子的 N 原子，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生 n * 吸收帶，如吡啶在非極性溶劑的相應(yīng)吸收帶出現(xiàn)在270 nm 處(max = 450 L mol-1 cm-1 )。第四十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月. 吸收光譜的應(yīng)用 官能團的檢出及同分異構(gòu)體的判別 根據(jù)化合物的紫外及可見區(qū)吸收光譜可以推測化合物所含的官能團。例如一化合物在220800nm范圍內(nèi)無吸收峰，它可能是脂肪族碳氫化合物，不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系，沒有醛、酮或溴、碘等基團。第四十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 如果在 210250nm

20、有強吸收帶，可能含有二個雙鍵的共軛單位；在 260350nm 有強吸收帶，表示有35個共軛單位。 如化合物在 270350nm 范圍內(nèi)出現(xiàn)的吸收峰很弱（=10100 ）而無其它強吸收峰，則說明只含非共軛的，具有 n 電子的生色團，如 。 如在 250300nm 有中等強度吸收帶且有一定的精細結(jié)構(gòu)，則表示有苯環(huán)的特征吸收。第四十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 判別同分異構(gòu)體: 例如乙酰乙酸乙酯存在下述酮-烯醇互變異構(gòu)體： 第四十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 又如1,2-二苯乙烯具有順式和反式兩種異構(gòu)體：反式：max=295nm max=27000順式：max=280

21、nm max=10500第四十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月例1.苯酰丙酮在乙醚和在水中的 UV 光譜圖如下圖所示，解釋該化合物在不同溶劑中的主要存在形式及吸收峰歸屬。 第四十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月解：由圖可知：苯酰丙酮在乙醚中(1)主要以烯醇式存在，因為在 300nm 處存在強的 K 吸收帶（紅移），前一吸收帶屬苯環(huán)的 B 吸收帶。在水中(2)主要以酮式存在，在 250nm 處也有較強的 K 吸收帶，300nm 處的吸收是其中烯醇式的 K 吸收帶（紅移）。 第四十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月

22、例2. 由紅外光譜得知某化合物含苯環(huán)、酮羰基、甲基、亞甲基。分子式為 C9H10O，UV數(shù)據(jù)為：245nm(lg=4.1)，280nm(lg=3.1)，320nm(lg=1.9)， 確定化合物結(jié)構(gòu)并說明吸收峰屬于什么吸收帶？第四十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 由 UV 數(shù)據(jù)可進一步確定其結(jié)構(gòu)：245nm處強吸收峰屬于*躍遷（共軛體系）的K吸收帶與 E2 帶合并的吸收帶。 280nm 處的中等強度吸收屬于苯環(huán)的 B 吸收帶。320nm 處的弱吸收屬于羰基結(jié)構(gòu)的 R 吸收帶（n*）解：由紅外官能團的確定，可知其結(jié)構(gòu)應(yīng)為：第四十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月. 溶劑對有

23、機物紫外吸收光譜的影響a.極限波長 極限波長即溶劑在紫外光區(qū)產(chǎn)生吸收的最大波長。如果我們的測定在溶劑的極限波長以下（小于極限波長），則溶劑本身的吸收將影響測定，所以測定只能在極限波長以上進行。第五十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 b. 溶劑極性的影響 極性溶劑往往對吸收峰的波長、強度及形狀產(chǎn)生影響。比如，對于 n* 躍遷來說，溶劑極性增大，溶質(zhì)吸收峰產(chǎn)生藍移，而* 躍遷吸收峰產(chǎn)生紅移。第五十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 c . 溶劑酸度的影響 對于具有酸堿性的被測物質(zhì)，溶劑的 pH 變化，則溶質(zhì)的存在形式發(fā)生變化，使

24、 分子中共軛效應(yīng)發(fā)生變化，則使吸收紅移 或藍移。 如酚酞指示劑 ： 第五十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 以上結(jié)構(gòu)變化也可以簡單地表示為：無色分子 無色離子 紅色離子 無色離子 根據(jù)測定，當(dāng) pH8 時，呈無色 pH10 時，呈紅色 pH12 時，呈無色第五十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月13 吸收定律 1.朗伯比耳定律（the Beer-Lambert Law） 光吸收的基本定律是朗伯-比耳定律，這個定律是比色分析和分光光度法的定量依據(jù)。 第五十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）.溶液對光的形為及有

25、關(guān)術(shù)語 溶液對光的形為是一部分光被吸收，一部分光被界面反射，其余的光則透過溶液。 即入射光強度 I0 可表示為：I0 = I t + I a + I r 上式中， I a 為吸收光的強度， I t 為透射光的強度， I r 為反射光的強度。 第五十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 溶液對光的反射損失很小，可以忽略不計，則當(dāng)一束平行單色光照射溶液時，一部分光被溶液吸收,其余的光透過溶液。 我們把透射光強度與入射光強度的比值稱為透光度或透光率(Transmittance)，用“T ”表示。 則： TIt/I0 T 還常用百分透光率表示：TT100第五十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于20

26、22年6月 溶液對光的吸收程度常用吸光度（Absorbance）表示，符號為“A ”。 A 的定義為：吸光度等于透光度的負對數(shù)或透光度倒數(shù)的對數(shù)。即： A = -lgT = lg = lg T 和 A 都是用來表征入射光被吸收程度的一種量度。第五十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 溶液的吸光程度與該溶液的濃度、液層厚度以及入射光的強度有關(guān)，如果保持入射光強度不變，則光吸收程度就只與溶液濃度和液層厚度有關(guān)。 描述它們之間定量關(guān)系的定律稱為朗伯比耳定律，這個定律是由朗伯定律和比耳定律兩個定律組成的。 第六十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）.朗伯定律（Lamberts L

27、aw） 朗伯定律是德國物理學(xué)家 J.H.Lambert 于1760年提出的。 朗伯定律：如果溶液的濃度一定，則光的吸收程度與液層的厚度成正比。 即： A = lg = k1b (濃度 c 一定) 式中： k1比例系數(shù) b液層厚度或叫光程長度 D第六十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）.比耳定律（Beers Law） 比耳定律是由德國物理學(xué)家 A. Beer 于1852年研究發(fā)現(xiàn)的，比耳研究了各種無機鹽水溶液對紅光的吸收，從而得出這樣一個結(jié)論： 當(dāng)單色光通過液層厚度一定的溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比。這就是比耳定律的內(nèi)容。表示式為： A = lg = k2c （b 一定

28、） 式中： c溶液濃度 k2比例常數(shù) D 第六十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 從上面兩個定律的表示式可以知道，當(dāng)c、b 變化時，A將與兩者乘積成正比，即朗伯比耳定律的數(shù)學(xué)表示式為： A = abc (1) a 稱為吸光系數(shù)（Absorptivity）。如果液層厚度用“”表示，濃度以“ gL-1 ”為單位，則 a 的單位是“ Lg-1-1 ”。 通常濃度以“ molL-1 ”為單位,此時的吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)（Molar absorptivity), 用“”表示,單位：“ Lmol-1-1 ”，所以朗伯比耳定律也可以表示為： A =bc (2)第六十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)

29、作于2022年6月 （1）、（2）兩式是朗伯比耳定律的數(shù)學(xué)表示式。它的物理意義是：當(dāng)一束平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質(zhì)溶液時，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。 稱為摩爾吸光系數(shù)，它表示物質(zhì)的量濃度為 1 molL-1,液層厚度為1 時溶液的吸光度。 反映吸光物質(zhì)對光的吸收能力，也反映用吸光光度法測定該吸光物質(zhì)的靈敏度,是選擇顯色反應(yīng)的重要依據(jù)。 從和 a 的單位可看出，兩者的換算關(guān)系為： = M a （ M 是摩爾質(zhì)量）第六十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月例：已知含Cd2+濃度為 140gL-1 的溶液，用雙硫腙比色法測定 Cd,比色皿厚度為 2，在=

30、520nm 處測得的吸光度為 A= 0.220，計算該配合物的 a 和。 解：根據(jù)定律： a = A/(bc) = 0.220/(214010-6) =786 (Lg-1-1) Cd 的原子量為 112，則： =Ma =112786=8.80104 (Lmol-1-1)第六十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 在多組分體系中，如果各組分對光都有吸收，并且它們之間無相互作用，這時體系的總吸光度等于各組分吸光度之和，也就是說，吸光度具有加和性： A總=A1+A2+An =1bc1+2bc2+nbcn 第六十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 1-4 分析儀器的基本部件 光度分析

31、所用的儀器叫光度計，因為光度分析包括光電比色法和分光光度法兩種方法，這兩種方法所用的儀器分別稱為光電比色計和分光光度計。第六十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 分光光度計有 72、721型等，這些都是用于可見光區(qū)的，波長范圍為 400800nm，另外，751型、751G型分光光度計可用于紫外和可見光區(qū)，波長：2001000nm。 希爾格Hilger H700， Unicam SP500型，島津QR50型等。WFD-G型紫外可見光度計是采用光柵單色器。第六十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月儀器第六十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一. 光源（Source） 光

32、源是提供符合要求的入射光的裝置，作為光源必須滿足三個條件： 1.必須能夠產(chǎn)生具有足夠強度的光束。 2.發(fā)出光的強度要穩(wěn)定。 3.光源提供的波長范圍應(yīng)能滿足分析的要求； 常用的可見光光源是鎢絲燈，它可發(fā)射 3202500nm 范圍的連續(xù)光譜，包括了可見光區(qū)和近紅外光區(qū)。 常用的紫外光源是氫燈或氘燈，它可發(fā)射的波長范圍是 180375nm。第七十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 單色器（Monochromater） 將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置，稱為單色器。單色器由棱鏡或光柵等色散元件及狹縫和透鏡等組成。此外，常用的濾光片也起單色器的作用。第七十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作

33、于2022年6月 棱鏡單色器的原理： 光通過入射狹縫，經(jīng)透鏡以一定角度射到棱鏡上，在棱鏡的兩界面上發(fā)生折射而色散，后被聚焦在一個帶有出射狹縫的表面上，移動棱鏡或移動出射狹縫的位置，就可使所需波長的光通過狹縫照射到試液上。使用棱鏡等單色器可以獲得純度較高的單色光(半寬度 5lOnm)。 第七十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三. 吸收池（Absorption cell） 吸收池也稱比色皿，是用于盛裝試液并決定溶液液層厚度的器皿。比色皿一般是長方體形，有兩個側(cè)面是光學(xué)玻璃制成的透光面，這兩個透光面之間的距離就是光程長度。另兩個側(cè)面是毛玻璃面。第七十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022

34、年6月四. 信號檢測器（Signal detector） 測量吸光度時，由于 A=lg（I0/It）, 入射光強度 I0 是一定的，則 A 與 It 之間有固定的函數(shù)關(guān)系。 但在測量吸光度時，并不是直接測量透過吸收池的光強度，而是把光強度轉(zhuǎn)化成電信號進行測量，這種光電轉(zhuǎn)換器件就稱為檢測器。 第七十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 實際上廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器是光電管（Phototube）、或光電倍增管（Photomultiplier tube）。它們作為光電轉(zhuǎn)換器的原理都是：當(dāng)光子照射時，可以發(fā)射電子而產(chǎn)生電流，電流的大小與照射光強度成正比。第七十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于202

35、2年6月第七十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 光電管響應(yīng)的光譜范圍和靈敏度取決于沉積在陰極上材料的性質(zhì)。例如：氧化銫-銀對近紅外光區(qū)敏感，氧化鉀-銀和銫-銀最敏感的范圍在紫外和可見光區(qū)。由于熱電子發(fā)射，光電管會產(chǎn)生暗電流。第七十八張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月五. 信號顯示器（Signal display system） 信號顯示器是將光電轉(zhuǎn)換器輸出的信號顯示出來的裝置。 1.直讀式 通常是一個檢流計（微安表或毫安表），由它來測量光電流的大小，測出的光電流再以吸光度 A 或 T% 的形式反映到表盤上。 2.電位調(diào)節(jié)指零

36、型裝置 3 .數(shù)字顯示型第七十九張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月美國 HACH 公司的 DR/4000 UV-VIS 分光光度計第八十張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1-5 光度分析法的誤差 吸光光度法的誤差主要來自兩方面:一是偏離朗伯-比爾定律；二是吸光度測量引起的誤差。 第八十一張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一. 對朗伯-比爾定律的偏離 在固定液層厚度及入射光的波長和強度的情況下，測定一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)作圖，應(yīng)得到一條通過原點的直線，該直線稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線。在相同情況下測得試液的吸光度，從工作曲線上就可以查得

37、試液的濃度，這就是工作曲線法。 第八十二張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 偏離比爾定律的主要原因是目前儀器不能提供真正的單色光（由同一波長的光子組成的光），目前儀器所提供的入射光實際上是由波長范圍較窄的光帶組成的復(fù)合光。由于物質(zhì)對不同波長光的吸收程度不同，因而引起了對比爾定律的偏離。 第八十三張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 假設(shè)入射光由兩種波長1和2的光組成，比爾定律分別在這兩種波長下是適用的。對1（入射光強為I0）吸光度為 A ,摩爾吸光系數(shù)為1，則：A=lg(I0/It1)1bc ， It1 =I010-1bc 對于2 （入射光強為I0），吸光度為 A,摩爾吸光系數(shù)為

38、2，則 Alg(I0/It2) , It2 =I010-2bc 測定時入射光強度為（I0I0），透射光強度為（It1 + It2）,則所得吸光度值為： 或 ：第八十四張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗證明，若能選用一束吸光度隨波長變化不大的復(fù)合光作入射光來進行測定，由于變化不大，所引起的偏離就小，可得到較好的線性關(guān)系。第八十五張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 吸光度測量的誤差 在分光光度計中，透光度的刻度是均勻的，吸光度刻度是不均勻的。因此對于同一臺儀器，讀數(shù)的波動對吸光度來說不是定值。由光度計讀數(shù)標(biāo)尺上吸光度與透光度的關(guān)系可以看出，吸光度越大，讀數(shù)波動引起的吸光度誤差也越大。檢流計標(biāo)尺上 A 與 T 的關(guān)系第八十六張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 透光度(或吸光度)在什么范圍內(nèi)具有較小的濃度測量誤差呢？ 若在測量吸光度 A 時產(chǎn)生了一個微小的絕對誤差 dA，則測量 A 的相對誤差(Er)為: 根據(jù)朗伯比爾定律: A=bc當(dāng) b為定值時，兩邊微分得到: dA=bdc dc 就是測量濃度 c 的微小的絕對誤差。二式相除得到: 第八十七張，PPT共九十九頁，創(chuàng)作于2022年6月A與 T 的測量誤差之間的關(guān)系如下:A= - lgT = - 0.434lnT微分： 兩式相除： 可見，由于 A 與 T 不是正比關(guān)系，則它們的測量相對誤差并不相等。第八十