紫外–可見分光光度法（一）

InstrumentAnalysis儀器分析10十一月202361-2紫外–可見分光光度法UltravioletandVisibleSpectrophotometry10.1基本原理和概念

10.2紫外可見分光光度計

10.3紫外可見分光光度分析方法

10十一月202361-310.1基本原理和概念一、分子軌道中的電子躍遷類型二、UV光譜的常用概念三、吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系四、影響吸收帶的因素五、物質(zhì)對光的吸收與吸收曲線五、朗伯-比爾定律練習(xí)：10十一月202361-4下面五個電磁輻射區(qū)域A：X射線區(qū)B：紅外區(qū)C：無線電波D：可見光區(qū)E：紫外光區(qū)請指出：（1）能量最大者（2）波長最短者（3）波數(shù)最小者（4）頻率最小者（5）紫外可見光區(qū)波長范圍10十一月202361-5紫外可見光區(qū)與紫外可見光譜特征紫外光區(qū)遠紫外區(qū)：5—200nm近紫外區(qū)：200—360nm可見光區(qū)：360—760nm紫外光譜分子光譜、電子光譜、吸收光譜信號強，靈敏度高定量分析、定性鑒別、結(jié)構(gòu)分析10十一月202361-610十一月202361-7能級躍遷種類對應(yīng)光波光譜類型ΔEr0.005～0.05eV25～250μm遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜ΔEv0.05～1eV1250～25000nm紅外光譜或分子振動光譜ΔEe1～20eV60～1250nm紫外-可見光譜或分子的電子光譜一、分子軌道中的電子躍遷類型1、分子軌道的能級躍遷種類及其光譜類型10十一月202361-8紫外可見光輻射下三類躍遷同時發(fā)生10十一月202361-9σ→σ＊＞

n→σ＊

≥

π→π＊＞

n→π＊2、分子軌道中價電子躍遷的種類10十一月202361-103、遠紫外區(qū)的主要躍遷躍遷類型基本波長吸收系數(shù)備注

-

*＜150nm很弱遠紫外n-*～200nm弱或中102～103

-

*～200nm≥200nm強（

>104）

孤立雙鍵共軛雙鍵n-*～300nm很弱＝10～100含雜原子不飽和基團10十一月202361-11練習(xí)：指認(rèn)丙酮的紫外吸收峰10十一月202361-12

-

*156nm，16000n-*194nm，9000n-*279nm，1510十一月202361-13Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h

[Fe3+CNS-]2+h

[Fe2+CNS]2+電子接受體電子給予體Chargetransfertransition5、電荷遷移躍遷

>104，定量靈敏度高10十一月202361-14鄰二氮菲合鐵（II）pH2～9：橘紅色Fe3+→Fe2+鐵含量測定方法過渡元素d、f軌道簡并與配位體配合簡并解除，d

、f

軌道能級分裂。分裂能級躍遷產(chǎn)生可見吸收ε<102，可見光區(qū)，少定量，多研究結(jié)構(gòu)6、配位場躍遷Ligandfieldtransition鑭系元素：f-f躍遷10十一月202361-191、物質(zhì)吸光的選擇性分子軌道包括三種：分子軌道能級的量子化：光吸收具有選擇性電子能級差：約為1～20ev（1250～60nm）二、UV光譜的有關(guān)知識和概念10十一月202361-20輻射功率P：單位時間內(nèi)所傳輸?shù)哪芰?，光度法中用光強I

代替。透過率T：透過光與入射光強度的比值吸光度A

:2、物質(zhì)吸光的程度表達二、UV光譜的有關(guān)知識和概念10十一月202361-213、UV吸收光譜——吸收曲線不同波長的光被物質(zhì)吸收的程度不同；A/T對λ作圖所得吸收曲線即吸收光譜。10十一月202361-22最大吸收波長λmax：以此波長測量最靈敏，用于指導(dǎo)定量分析條件的選擇。吸收曲線形態(tài)：形態(tài)+λmax用于定性分析吸收曲線的特征及其用途:10十一月202361-23吸收帶：吸收峰位置紅移或長移藍移或短移增色效應(yīng)減色效應(yīng)強帶ε≥104

弱帶

ε≤1024、有關(guān)概念：10十一月202361-24生色團（chromophore）：含π→π*、n→π*等躍遷的基團，即能產(chǎn)生UV吸收的基團C=C、N=O、C=O、C=S、N=N、N=O

λmax＞210nm，受相鄰取代基或溶劑效應(yīng)的影響，吸收峰長移或短移。10十一月202361-25助色團（auxochrome）：是指非鍵電子的雜原子飽和基團，當(dāng)其與生色團或飽和烴相連時，使吸收峰長移、吸收強度增大。-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I10十一月202361-26三、吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系各類物質(zhì)紫外可見光譜的特點：吸收帶種類較少，特征性不強按電子和軌道種類，基本分六類R、K、B、E、轉(zhuǎn)、配見下表帶基團躍遷特點Rn–

*不飽和雜原子250～500nm，弱吸收ε

﹤100K

–

*共軛雙鍵210～250nm附近，強吸收ε﹥104B芳香（雜）環(huán)骨架振動和環(huán)內(nèi)

–

*230～270nm

，ε約200。蒸氣狀態(tài)顯精細結(jié)構(gòu)，極性溶劑中振動精細消失，峰變寬。E芳香環(huán)內(nèi)共軛

–

*E1：180nm，ε4.7×104E2：200nm，ε7×103電荷轉(zhuǎn)移電子給予體和電子受體共存紫外和可見光區(qū)，強吸收配位體場d、f軌道電子躍遷可見光區(qū)，弱吸收10十一月202361-28芳香族化合物的紫外吸收帶10十一月202361-29四、影響吸收帶的因素1、共軛：π

共軛：明顯紅移超共軛：微小紅移10十一月202361-302、取代基的影響給電子基：助色基因p-π共軛使吸收帶紅移，如-NH2、-OH、-Cl，吸收強度增加。苯環(huán)或烯烴上的H被各種取代基取代，多產(chǎn)生紅移。10十一月202361-313、位阻效應(yīng)（共軛）：順式位阻大：

max=280nm（ε=10500）反式位阻?。?/p>

max=295.5nm（ε=29000）10十一月202361-324、跨環(huán)效應(yīng)一些β、γ不飽和酮中，雖然無共軛體系，但羰基氧的孤對電子和雙鍵上的π電子發(fā)生作用，以致使相當(dāng)于n→π*越遷的R吸收帶向長波方向移動，同時吸收強度增加。10十一月202361-335、異構(gòu)化作用：異構(gòu)物光譜出現(xiàn)差異如含水CH3CHO有兩種可能的結(jié)構(gòu)：

I.

CH3CHO–H2OII.CH3CH(OH)2

已烷：有醛基吸收帶max=290nm,結(jié)構(gòu)I水溶液：無醛基吸收帶，結(jié)構(gòu)II10十一月202361-34隨溶劑極性增加：n-*躍遷的R吸收峰藍移：

n電子形成氫

鍵的能力增加，使極性基態(tài)能量降低得多；

-

*躍遷的吸收峰紅移。極性激發(fā)態(tài)能量降低得更多。光譜平滑，精細結(jié)構(gòu)消失。溶劑UV吸收峰不干擾待測化合物不與樣品發(fā)生反應(yīng)6、測定條件的影響（1）溶劑的影響：10十一月202361-35溶劑對丙酮紫外光譜的影響10十一月202361-36練習(xí)：10十一月202361-37在下面五種溶劑中測定化合物的n-*躍遷，吸收帶波長最短者是：A：環(huán)已烷B：氯仿C：甲醇D：水E：二氧六環(huán)答案：水（極性最強，短移）10十一月202361-38紫外光譜一般都用樣品的溶液測定，溶劑在所測定的紫外區(qū)必須透明，以下溶劑哪些能適用于210nm以上？A：95％乙醇B：水C：四氯化碳D：正己烷E：乙醚答案：正己烷（最大吸收波長小于200）10十一月202361-39當(dāng)分子中的助色團與生色團直接相連，使吸收帶向＿＿＿＿＿方向移動，這是因為產(chǎn)生＿＿＿＿共軛效應(yīng)。10十一月202361-40（2）pH值影響10十一月202361-41室溫范圍影響不大低溫條件：分子熱運動減弱，分子間能量交換少，導(dǎo)致吸收峰紅移，尖銳，強度增大高溫條件：分子碰撞頻率增加，導(dǎo)致譜帶寬，精細結(jié)構(gòu)消失。（3）溫度的影響10十一月202361-42濃度過高，由于分子的解離、締合、互變異構(gòu)等作用，可使物質(zhì)存在狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致光譜改變。（4）濃度的影響10十一月202361-43五、朗伯-比爾定律布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系:A∝l

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間的關(guān)系:A∝cLambert-Beer定律：

A=－

lgT=－lg(I/I0)=Ecl

10十一月202361-441、A-T-c的關(guān)系曲線A=－

lgT=－lg(I/I0)=Ecl

10十一月202361-452、吸光系數(shù)（1）定義：一定溫度下，物質(zhì)在單位濃度、單位液層厚度下對某一波長光的吸收度。物質(zhì)的量濃度，1mol/L：摩爾吸光系數(shù)百分比濃度，1%，g/100mL：百分吸光系數(shù)（2）表達：二種卡巴克洛藥物分子M=236；試樣濃度每100mL含0.4962mg；l=1cm，λ

=355nm，A=0.557。

求E1%,ε10十一月202361-47（3）吸光系數(shù)的重要特性與應(yīng)用影響因素：溶質(zhì)、溶劑、波長、溫度等特征常數(shù)：一定波長、溶劑和溫度等條件下只與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)。可作為定性鑒定的參數(shù)；吸光能力的度量：最大吸收系數(shù)εmax

，即一定條件下λmax處的某物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)。與靈敏度直接相關(guān)：

10十一月202361-48εmax

：表明物質(zhì)最大吸光能力、靈敏度ε>105

：超強吸收、超高靈敏、躍遷完全允許

ε=105～104：強吸收、高靈敏、躍遷允許

ε<104～102

：中吸收、靈敏、躍遷可以ε<102

：弱吸收、不靈敏、躍遷幾率低※吸收系數(shù)是定性與定量分析的主要依據(jù)（4）物質(zhì)吸光強度的等級劃分計算說明10十一月202361-49前提：共存物質(zhì)互不影響性質(zhì)各組分的吸光度由各自的濃度與吸光系數(shù)決定公式：

A總＝Aa＋Ab＋Ac＋…應(yīng)用：計算分光光度法測定測定混合組分3、吸光度具有加合性10十一月202361-504、朗伯-比耳定律的適用前提前提條件之一：入射光為單色光前提條件之二：溶液中吸光質(zhì)點間不發(fā)生相互作用，無其他能量損失。稀真溶液(c<10－2

mol/L)保證吸光系數(shù)的不變濃度與活度一致保證能量（光強）無損失A=－

lgT=－lg(I/I0)=Ecl

入射光與透過光的光強差

一定等于吸收光的光強嗎？光在輻射物質(zhì)時存在其他損失：散射(Scattering)、反射(Reflection)等能量損失有時可達10%：

IO=Ip+Is+Ir誤差校正：采用參比池和參比溶液扣除法10十一月202361-52濃度因素：造成質(zhì)點間相互作用，使

發(fā)生變化；粒徑因素：膠體、乳狀液或懸浮液對光的散射化學(xué)因素：如締合、離解、光化反應(yīng)、異構(gòu)化、配體數(shù)目改變等，引起吸收曲線變化；溶劑因素：對待測物生色團吸收峰強度及位置產(chǎn)生影響；偏離：吸光度A與濃度c的非線性表現(xiàn)（1）樣品因素：六、偏離比爾定律的因素10十一月202361-5310十一月202361-54（2）光學(xué)因素入射光的單色性：決定于分光器雜散光散射光和反射光非平行光10十一月202361-55單色光純度的影響假設(shè)入射光由測量波長

1和干擾波長

2組成，其光強分別為I01和I02，吸收系數(shù)分別為E1和E2，據(jù)I=I0·10－Ecl，則混合光的透射率為：當(dāng)λ1=λ2,E1=E2，則A=E1cl，符合L-B定律；當(dāng)λ1≠λ2

,E1≠

E2，則A≠

Ecl，A與c非線性。二者差別越大，則偏離L-B定律越大.

10十一月202361-57影響單色光的因素：譜帶寬度：分光器性能，嚴(yán)重影響吸光系數(shù)和吸收光譜形狀。狹縫寬度：越窄單色性越好。光強度、光對檢測器靈敏度：影響單色光純度的影響程度。半峰寬S10十一月202361-58雜散光：不在譜帶寬度范圍內(nèi)與所需波長相隔較遠的光。來源：儀器制造、塵染或霉蝕結(jié)果：在透射光很弱時，可使光譜明顯變形、變值。在接近末端吸收處有時會有假峰。消除：提高制作工藝，防塵防潮。雜散光的影響不吸收雜散光：A變小，負偏離；吸收雜散光：A變大，正偏離。10十一月202361-59來源：散射源于吸光質(zhì)點；反射源于入射光在吸收池內(nèi)外界面之間通過。結(jié)果：發(fā)射率大，透射光強度減弱，使A偏高。消除：可空白補償，但混濁液或空白液與試液的折射率相差較大則不能完全補償。其依據(jù)是菲涅耳定律：反射光和散射光的影響反射率：10十一月202361-60非平行光的影響通過吸收池的光為傾斜光：實際光程l變長，導(dǎo)致A值計算偏差。現(xiàn)有儀器一般都不能真正實現(xiàn)通過吸收池的光為真正的平行光。光程的變異：是同一樣品在不同儀器上測量吸收系數(shù)產(chǎn)生差異的主要原因之一。要求比色皿要成對使用10十一月202361-61暗噪音（darknoise）：與光信號無關(guān)，由檢測器、信號放大電路等儀器部件產(chǎn)生，同臺儀器ΔT可視為常量。散粒噪音（signalshotnoise）：與光信號強弱變化有關(guān)，也稱信號噪音。由光敏元件在每單位時間內(nèi)電子遷移數(shù)量的不確定性引起。（3）儀器因素：透光率測定誤差ΔT

10十一月202361-62測定結(jié)果的相對誤差ΔC與透光率測定誤差ΔT的關(guān)系：微積分并除以上式，得：10十一月202361-63當(dāng)ΔT=±0.01，即透射率測量誤差為1%時：ΔC/Cmin