儀器分析課件-第3章-紫外分光光度法

第三章紫外-可見分光光度法第一節(jié)概述紫外--可見光在電磁波譜中的位置γ射線→X射線→紫外光→可見光→紅外光→微波→無線電波10-20.1nm10nm102nm103nm0.1cm100cm1cm103m|||||||

一、紫外-可見光譜二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收●物質(zhì)的顏色由物質(zhì)與光的相互作用方式?jīng)Q定?！袢搜勰芨杏X到的光稱可見光，波長范圍是：400~760nm?！褡尠坠馔ㄟ^棱鏡，能色散出紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等各色光。●單色光：單一波長的光●復(fù)合光：由不同波長的光組合而成的光，如白光?！窆獾幕パa(bǔ)：若兩種不同顏色的單色光按一定比例混合得到白光，

稱這兩種單色光為互補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)?；谖镔|(zhì)吸收紫外或可見光（200～800nm)引起分子中價(jià)電子躍遷、產(chǎn)生分子吸收光譜與物質(zhì)組分之間的關(guān)系建立起來的分析方法，稱為紫外可見分光光度法（UV-vis）。三、紫外-可見分光光度法特點(diǎn)（1）靈敏度高，可測(cè)到10-7g/ml。（2）準(zhǔn)確度好，相對(duì)誤差為1%-5%，滿足微量組分測(cè)定要求。（3）選擇性好，多種組分共存，無需分離直接測(cè)定某物質(zhì)。（4）操作簡便、快速、選擇性好、儀器設(shè)備簡單、便宜。（5）應(yīng)用廣泛，無機(jī)、有機(jī)物均可測(cè)定。第二節(jié)紫外-可見分光光度法的基本原理入射光強(qiáng)度

I0透射光強(qiáng)度It一束平行單色光一、透光率（透光度）和吸光度①透光率T②吸光度（吸收度）A定義：T=ItI0×100%定義：A=lg1T=-lgT=lgI0IttIaIrI0=It+Ia+Ir吸收光反射光透過光t二、光的吸收定律朗伯(Lambert)和比爾(Beer)分別于1760年和1852年研究吸光度Ａ與溶液厚度Ｌ和其濃度Ｃ的定量關(guān)系：朗伯定律：A=k1×L比爾定律：A=k1×CA=kCL

一束平行單色光通過一均勻、非散射的吸光物質(zhì)溶液時(shí)，在入射光的波長、強(qiáng)度以及溶液溫度等保持不變時(shí)，該溶液的吸光度A與其濃度C及液層厚度L的乘積成正比。①入射光為單色光，適用于可見、紅外、紫外光。②均勻、無散射溶液、固體、氣體。③吸光度A具有加和性。Aa+b+c=Aa+Ab+Ac注意!適用范圍朗伯-比爾定律:吸光系數(shù)濃度液層厚度三、吸光系數(shù)1、摩爾吸光系數(shù)或Em：

在一定λ下，c=1mol/L，L=1cm時(shí)的吸光度。單位：L/(mol.cm)（1）一定條件下是一個(gè)特征常數(shù)。（2）在溫度和波長等條件一定時(shí)，ε僅與物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測(cè)物濃度c和液層厚度L無關(guān)；（3）定性和定量分析依據(jù)：同一物質(zhì)在不同波長時(shí)ε值不同。不同物質(zhì)在同一波長時(shí)ε值不同。εmax表明了該物質(zhì)在最大吸收波長λmax處的最大吸光能力。

4、吸光系數(shù)的意義:2、百分吸光系數(shù)/比吸光系數(shù)：3、兩者關(guān)系:A=kcLk=A/cL

一定λ下,c=1%(W/V)，L=1cm時(shí)的吸光度。單位：100ml/g.cm1g/100ml1．定義：以A為縱坐標(biāo)，λ為橫坐標(biāo)，繪制的λ~A曲線。四、吸收光譜（吸收曲線）2．吸收光譜術(shù)語：①吸收峰→λmax,②吸收谷→λmin③肩峰→λsh,④末端吸收五、偏離光的吸收定律原因朗伯-比爾定律：A=kCL依據(jù)Beer定律，A與C關(guān)系應(yīng)為經(jīng)過原點(diǎn)的直線（一）化學(xué)因素（二）光學(xué)因素

偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：該定律適用于稀溶液，溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化也會(huì)引起偏離。尤其濃度過高(>0.01mol/L)會(huì)使C與A關(guān)系偏離定律：①粒子相互作用加強(qiáng)，吸光能力改變。②溶液對(duì)光的折射率顯著改變。（二）光學(xué)因素1．非單色光的影響：入射光為單色光是應(yīng)用該定律的重要前提。2．雜散光的影響：儀器本身缺陷；光學(xué)元件污染造成。3．反射和散色光的影響：散射和反射使T↓，A↑，吸收光譜變形。通?？捎每瞻讓?duì)比校正消除。4．非平行光的影響：使光程↑，A↑，吸收光譜變形。（一）化學(xué)因素朗伯—比耳定律假定所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用；0.575第三節(jié)紫外-可見分光光度計(jì)依據(jù)朗伯-比爾定律，測(cè)定待測(cè)液吸光度A的儀器。（選擇不同波長單色光λ、濃度）光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)處理及顯示分光光度計(jì)外觀分光光度原理圖:分光光度計(jì)外觀光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)處理顯示器721型可見分光光度計(jì)一、主要部件1.光源在整個(gè)紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。

可見光區(qū)：鎢燈和鹵鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。

紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。氘燈—紫外鹵鎢燈--可見氙燈氫燈鎢燈2.單色器

將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任意波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光;

棱鏡或光柵單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的 裝置。棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時(shí)折射率不同

入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2800600500400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痕(600、1200、2400條/mm)。M1M2出射狹縫光屏透鏡平面透射光柵光柵衍射示意圖原理：利用光通過光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光.波長范圍寬,色散均勻,分辨性能好,使用方便

3.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。吸收池(比色皿)吸收池通常有0.5cm、1cm、2cm、3cm和5cm寬利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號(hào)變成電信號(hào)，常用的有光電池、光電管、光電倍增管或光二極管陣列。

4.檢測(cè)系統(tǒng)

光電管

5.結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)常用的信號(hào)顯示裝置有直讀檢流計(jì)，電位調(diào)節(jié)指零裝置，以及自動(dòng)記錄和數(shù)字顯示裝置等。

檢流計(jì)、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動(dòng)控制和結(jié)果處理記錄裝置二、分光光度計(jì)的類型

（一）單光束分光光度計(jì)

光源單色器參比樣品檢測(cè)器顯示器

只有一條光路，通過變換參比池和樣品池的位置，使它們分別置于光路來進(jìn)行測(cè)定

國產(chǎn)751型、752型、721型、722型、UV-1100型、英國SP-500型

單波長分光光度計(jì)1)單光束分光光度計(jì)缺點(diǎn)測(cè)量結(jié)果易受光源波動(dòng)性的影響，誤差較大單色器

同步旋轉(zhuǎn)鏡單色器參比樣品檢測(cè)器顯示器斬光器光源（二）雙光束分光光度計(jì)

雙光束分光光度計(jì)可自動(dòng)掃描吸收光譜；自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化帶來的誤差單波長雙光束分光光度計(jì)比值光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器自動(dòng)記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。單波長雙光束分光光度計(jì)光路

一個(gè)光源，兩個(gè)單色器，一個(gè)吸收池光源單色器Ⅰ單色器Ⅱ吸收池檢測(cè)器

1

2斬光器用兩種不同波長的單色光束交替照射到樣品溶液上，不需使用參比溶液，測(cè)得的是樣品在兩種波長下的吸光度之差（三）雙波長分光光度計(jì)雙波長分光光度計(jì)雙波長分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩個(gè)單色器不需要參比溶液第四節(jié)分析條件的選擇一、測(cè)量條件的選擇1.吸光度的范圍：T∈20%~65%，A∈0.2～0.7之間吸收最大的波長為入射光，干擾最小2.測(cè)定波長的選擇：二、參比溶液（空白溶液）的選擇用于調(diào)節(jié)100%T，若選擇不適當(dāng)，對(duì)測(cè)量讀數(shù)的影響較大。主要是消除溶液中其他組分對(duì)光的吸收等帶來的影響。1.溶劑參比液當(dāng)試液、試劑、顯色劑均無色時(shí)，用溶劑(通常是蒸餾水)作參比液；3.試劑參比液如果顯色劑或其他試劑略有吸收，可用不含待測(cè)組分的試劑溶液作參比溶液。2.試樣參比液如果試樣中的其他組分也有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)，則當(dāng)顯色劑無吸收時(shí)，可用試樣溶液作參比溶液。4.平行操作參比液用不含待測(cè)組分的溶液，在相同條件下與待測(cè)試樣同時(shí)進(jìn)行處理，此為平行操作參比溶液。第五節(jié)定性與定量分析紫外-可見分光光度法主要用于有機(jī)物分析。定性分析：比較吸收光譜特征可以對(duì)純物質(zhì)進(jìn)行鑒定及雜質(zhì)檢查；定量分析：利用光吸收定律進(jìn)行分析一、定性分析1、對(duì)比吸收光譜的一致性將實(shí)驗(yàn)所得未知物的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照，主要對(duì)比λmax，εmax以及峰數(shù)目是否一致2、用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算λmax，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照伍德沃德規(guī)則：用于計(jì)算共軛二烯、多烯及共軛烯酮等化合物π→π*躍遷所對(duì)應(yīng)的λmax斯科特規(guī)則：用于計(jì)算C6H5——COXE2帶的λmax二、定量分析定量分析方法介紹①標(biāo)準(zhǔn)曲線法

也稱為外標(biāo)法，包括標(biāo)準(zhǔn)曲線和工作曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線：將標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋成含不同濃度被測(cè)物的工作溶液，

而后直接進(jìn)樣。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液中被測(cè)物濃度與測(cè)量得到的信號(hào)繪制曲線或求得回歸方程。工作曲線：將標(biāo)準(zhǔn)溶液通過簡單稀釋制成樣品溶液；或?qū)?biāo)準(zhǔn)溶液加入到實(shí)際空白樣品中制成標(biāo)加樣品，然后將此樣品溶液或標(biāo)加樣品按實(shí)際樣品分析步驟，進(jìn)行樣品預(yù)處理，而后進(jìn)行分析，根據(jù)樣品中被測(cè)物的濃度與測(cè)量得到的信號(hào)繪制曲線或求得回歸方程。②內(nèi)標(biāo)法在樣品中加入內(nèi)標(biāo)物，內(nèi)標(biāo)物性質(zhì)與待測(cè)物相近，且內(nèi)標(biāo)物濃度保持恒定，測(cè)量被測(cè)物與內(nèi)標(biāo)物的信號(hào)比，以此信號(hào)比相對(duì)于被測(cè)物濃度制成標(biāo)準(zhǔn)曲線或求得回歸方程。③標(biāo)準(zhǔn)加入法

取幾份相同的樣品加入不同量的被測(cè)物標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行分析，將測(cè)得的信號(hào)相對(duì)于加入被測(cè)物的濃度作圖，將此直線外推至橫坐標(biāo)，則可直接讀出未知樣品中被測(cè)物的濃度。紫外可見分光光度計(jì)的定量分析分光光度法被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，環(huán)境、醫(yī)藥、石油等測(cè)定無機(jī)、有機(jī)微量成份。由于操作簡單，儀器廉價(jià)，一般說是常用的首選方法。（一）單組分的定量分析1、標(biāo)準(zhǔn)曲線（工作曲線）法：配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在同一條件下分別測(cè)定吸光度，然后以吸光度A為縱坐標(biāo)，濃度C為橫坐標(biāo)繪制A-C關(guān)系曲線?！穹侠?伯定律，則得到一條通過原點(diǎn)的直線?！窀鶕?jù)測(cè)得樣品吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中求得樣品溶液濃度，最后計(jì)算含量。原理:根據(jù)朗伯-比爾定律，選擇合適λ測(cè)A，求出濃度。2、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法以該物質(zhì)吸收光譜圖中

max為入射光，配制一個(gè)與被測(cè)溶液濃度相近的標(biāo)準(zhǔn)溶液cS，測(cè)其AS，再將樣品溶液推入光路，測(cè)其AX，則試樣溶液的濃度cX為：3、吸光系數(shù)法：根據(jù)朗-比定律，從已知的吸光系數(shù)K和液層厚度L，根據(jù)測(cè)得的吸光度值，求出溶液濃度和含量。此法適于非經(jīng)常性的分析工作，準(zhǔn)確度不如標(biāo)準(zhǔn)曲線法。（二）多組分的定量分析法在含有多種組分的溶液中，如果要測(cè)定多個(gè)組分，可以根據(jù)情況的不同，采用不同的方法來進(jìn)行測(cè)定。測(cè)量依據(jù)——吸光度的加和性：(1)(2)(3)(1)圖計(jì)算法----兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾）

a圖中，a,b組份最大吸收波長λmax不重迭，相互不干擾，可以按兩個(gè)單一組份處理。(2)圖計(jì)算法---兩組分吸收光譜部分重疊①a、b兩組分的吸收光譜部分重疊，此時(shí)λ1處按單組分測(cè)定a組分濃度，b組分此處無干擾。②在λ2處測(cè)得混合溶液的總吸光度A2a+b,根據(jù)加和性計(jì)算cb，假設(shè)液層厚度為1cm,則：A2a+b=A2a+A2b=E2a·ca+E2b·cb(1)(3)圖計(jì)算法----兩組分吸收光譜完全重疊--混合樣品測(cè)定

(3)圖中，a,b吸收光譜雙向重迭，互相干擾，在最大波長處互相吸收。處理方法如下：解線性方程組過程：（三）示差分光光度法（示差法）

普通分光光度法一般只適于測(cè)定微量組分，當(dāng)待測(cè)組分含量較高時(shí)，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射光強(qiáng)度，并采用濃度稍低于待測(cè)溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液。設(shè)：待測(cè)溶液濃度為cx，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs(cs<cx)。則：

Ax=E·L·cxAs=E·L·csΔＡ＝Ａx－Ａs=E·b(cx－cs）=E·L·Δc測(cè)得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測(cè)溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度差ΔＡ。示差法測(cè)得的吸光度與Δc呈直線關(guān)系。由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)的Δc值，則待測(cè)溶液濃度cx=cs+Δc有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜是三種電子躍遷的結(jié)果：σ電子、π電子、n電子。COHnpsHsp

*s*RKE,Bnp

E分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。Ultravioletspectrometryoforganiccompounds第六節(jié)、紫外吸收光譜在有機(jī)物結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用吸收帶1.R帶從德文Radikal(基團(tuán))得名

為n→π*躍遷引起的吸收帶。如羰基－CO－,－NO2、－CHO等，其特點(diǎn)為吸收強(qiáng)度弱，ε＜100，吸收峰波長范圍250~600nm；2.K帶從德文Konjugation(共軛作用)得名

為π→π*躍遷引起的，如共軛雙鍵。該吸收帶的特點(diǎn)為吸收峰很強(qiáng)，ε＞104，最大吸收峰位置一般在217～280nm。共軛雙鍵增加，λmax向長波方向移動(dòng)，εmax也隨之增加；吸收光波長范圍在200～500nm3.B帶從德文Benzenoid(苯的)得名

為芳香化合物(包括雜環(huán)芳香化合物)的特征吸收帶。這是由于π→π*躍遷和苯環(huán)的振動(dòng)重疊引起的。苯蒸氣在230～270nm處出現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的吸收光譜，稱為苯的多重吸收帶或精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶。在極性溶劑中或苯環(huán)上有取代基時(shí)，復(fù)雜的B吸收帶簡化，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，出現(xiàn)一寬峰，中心在256nm，ε＝220。

是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個(gè)乙烯的環(huán)狀共軛系統(tǒng)的躍遷所產(chǎn)生的。分為E1和E2吸收帶，其中E1在185nm附近，ε=47000，E2在204nm，ε=7900，均為強(qiáng)吸收。4.E帶

羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：K帶強(qiáng)；苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B帶簡化；氧上的孤對(duì)電子：R帶，躍遷禁阻，弱；CCH