第二章-可見紫外吸收光譜分析1

第二章可見紫外吸收光譜分析2.1分子吸收光譜的產(chǎn)生分子吸收光譜的產(chǎn)生（一）分子能級分子中包含有原子和電子，分子、原子、電子都是運(yùn)動著的物質(zhì)，都具有能量，且都是量子化的。在一定的條件下，分子處于一定的運(yùn)動狀態(tài)，物質(zhì)分子內(nèi)部運(yùn)動狀態(tài)有三種形式：①電子運(yùn)動：電子繞原子核作相對運(yùn)動；②原子運(yùn)動：分子中原子或原子團(tuán)在其平衡位置上作相對振動；③分子轉(zhuǎn)動：整個分子繞其重心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動分子的能級

1）價(jià)電子能級：1-20ev2）分子振動能級：0.05-1ev3）分子轉(zhuǎn)動能級:<0.025ev電子能級E（基態(tài)E1

與激發(fā)態(tài)E2）振動能級V=0，1，2，3?轉(zhuǎn)動能級J=0，1，2，3?不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同或者說其分子能級的能量(各種能級能量總和)或能量間隔各異，因此不同物質(zhì)將選擇性地吸收不同波長或能量的外來輻射，這是UV-Vis定性分析的基礎(chǔ)。

如圖所示：在分子躍遷時(shí)除了電子能級(Electronenergylevel)外，分子吸收能量將伴隨著分子的振動和轉(zhuǎn)動，即同時(shí)將發(fā)生振動(Vibration)能級和轉(zhuǎn)動(Rotation)能級的躍遷！

因此，分子的“電子光譜”是由許多線光譜聚集在一起的譜帶，稱為“帶狀光譜”。P267可見和紫外分光光度法

由于價(jià)電子的躍遷而產(chǎn)生的分子光譜稱為電子光譜。研究電子光譜的實(shí)驗(yàn)方法稱為可見和紫外分光光度法也叫可見和紫吸收光譜法。在電子能級變化時(shí)，不可避免地亦伴隨著分子振動和轉(zhuǎn)動能級的變化。因此，分子的電子光譜是帶狀光譜，比原子的線狀光譜要復(fù)雜得多。

分子光譜的產(chǎn)生

當(dāng)用速率為υ的電磁波照射分子，而該分子的較高能級與較低能級之差ΔE恰好等于該電磁波能量hυ時(shí)，即ΔE=hυ，此時(shí)，在微觀上分子由較低的能級躍遷到較高能級。

在宏觀上，透射光的強(qiáng)度變?。ū晃樟耍?。

若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強(qiáng)度的變化→電訊號并記錄下來?？傻玫揭恍┕鈴?qiáng)度變化對波長λ的分布圖-分子吸收光譜圖。

-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮幾種有機(jī)化合物的分子吸收光譜圖。分子（吸收）光譜的類型

遠(yuǎn)紅外吸收光譜：ΔE：0.005～0.5ev，λ為250-25μm，形成轉(zhuǎn)動光譜或遠(yuǎn)紅外光譜。

紅外光譜：ΔE：0.05～1ev，λ為25-1.25μm，形成振-轉(zhuǎn)光譜或紅外光譜。

紫外-可見光譜：ΔE：1～200eV，比ΔE振大幾十倍，對應(yīng)λ為12.5-0.06μm。主要在真空紫外-可見光區(qū)，形成電子光譜或可見—紫外吸收光譜。通常所說的紫外-可見吸收光譜法實(shí)際上是近紫外-可見光譜法。

第二章可見紫外吸收光譜分析2.2光吸收基本定律:Lambert-Beer定律光吸收定律（Lambert-Beer定律）1)朗伯—比耳定律

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。固定溶液的濃度改變液層厚度則：A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。固定液層厚度改變濃度則：A∝c二者的結(jié)合稱為朗伯—比耳定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：A＝lg（I0/It)=kbc

Lambert-Beer定律的表述：當(dāng)一束平行的單色光通過溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。它是分光光度法定量分析的依據(jù)。吸光系數(shù)朗伯-比耳定律中，當(dāng)c以克/升，液層厚度b以厘米表示時(shí)，常數(shù)K以a表示，稱為吸光系數(shù)。a的單位為升/克.厘米。朗伯-比耳定律:A=abc

摩爾吸光系數(shù)

朗伯-比耳定律中，濃度用摩爾/升，液層厚度b用厘米為單位表示，則K用另一符號ε來表示。

ε稱為摩爾吸光系數(shù)(或克分子消光系數(shù))，單位為升/摩爾.厘米。

它表示物質(zhì)的濃度為1摩爾/升，液層厚度為1厘米時(shí)溶液的吸光度。

朗伯-比耳定律:A=εbc

摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)表明物質(zhì)對某一特定波長光的吸收能力。ε愈大，表示該物質(zhì)對其波長光的吸收能力愈強(qiáng)，比色測定的靈敏度就愈高。因此進(jìn)行比色測定時(shí)，為了提高分析的靈敏度必須選擇摩爾吸光系數(shù)大的有色化合物，以及選擇具有最大ε值的波長作入射光。ε與溶液的濃度及液層厚度無關(guān)。

是吸光物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)，可作為定性鑒定的參數(shù)。也可以評價(jià)定量方法的靈敏度。根據(jù)ε的不同，吸收分為：

弱吸收：ε<102

較弱吸收：102≤ε≤103

較強(qiáng)吸收：103≤ε≤104

強(qiáng)吸收：ε>104

Lambert-Beer定律小結(jié):

當(dāng)入射光波長一定時(shí)，待測溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比，即k為比例系數(shù)，與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長有關(guān)。

當(dāng)濃度以g/L表示時(shí)，稱k為吸光系數(shù)，以a表示，即

當(dāng)濃度以mol/L表示時(shí)，稱k為摩爾吸光系數(shù)，以

表示，即

比a更常用。

越大，表示方法的靈敏度越高。

與波長有關(guān)，因此，

常以

表示。吸光度A=lg(I0/I)A吸光度的意義：溶液吸收光越多，I越小，lg(I0/I)大，吸光度A大當(dāng)入射光全被吸收時(shí)，I=0，I0/I→∞lg(I0/I)=A→吸光度最大不吸收時(shí)，I=I0，I0/I=1，

lg(I0/I)=A=0→吸光度為零所以A的范圍是：

0≤A≤∞透光度T=I/I0T透光度的意義：也叫透光率，表示透射光占入射光的比例。當(dāng)入射光全被吸收時(shí)，

I=o，T=I/I0=0，T=0當(dāng)入射光不被吸收時(shí)

I=I0，

T=I0/I=1，T=100%所以，0≤T≤1常用百分透光率表示A與T的關(guān)系：

A=lg(I0/I)=-lgT=Kbc，T=I/I0=10—Kbc顯色劑被測離子λ最大(nm)摩爾吸光系數(shù)介

質(zhì)偶氮胂Ⅲ(鈾試劑Ⅲ)稀土離子Th(Ⅵ)U(Ⅳ)U(Ⅵ)

665665670656(4—6)*1041.2*1051.2*1056.0*104

6MHCl6MHCl6MHNO3二苯硫腙Cd2+Cu2+Hg2+Pb2+

518550490520

8.0*1044.5*1047.0*1046.6*104CHCl3CCl4CHCl3CHCl3鄰二氮菲Fe2+

5081.1*104水某些化合物在λ最大時(shí)的ε

標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線

在吸光光度分析中，通常固定吸收層的厚度不變，用比色計(jì)或分光光度計(jì)測量一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，根據(jù)朗伯-比耳定律：A=Kbc=K’c吸光度與吸光物質(zhì)的濃度成正比，故以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)作圖，應(yīng)得到一通過原點(diǎn)的直線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線。

當(dāng)吸光物質(zhì)的濃度比較高時(shí)，明顯地看到標(biāo)準(zhǔn)曲線向濃度軸彎曲的情況(個別情況向吸光度軸彎曲)。這種情況稱為偏離朗伯-比耳定律。

偏離朗伯-比耳定律的原因依據(jù)Beer定律，A與C關(guān)系應(yīng)為經(jīng)過原點(diǎn)的直線偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個方面（一）化學(xué)與物理因素（二）光學(xué)因素（一）化學(xué)與物理因素1)吸光物質(zhì)發(fā)生離解、締合等。2)懸濁液、乳濁液會產(chǎn)生光的折射、散射、反射。

如：亞甲藍(lán)陽離子水溶液的吸收光譜，單體的吸收峰在660nm處，而二聚體的吸收峰在610nm處，隨著濃度的增大，660nm處的吸收峰減弱，而610nm處的吸收峰增強(qiáng)，吸收光譜圖形狀發(fā)生改變。則導(dǎo)致吸光度與濃度的關(guān)系發(fā)生偏離。又例如：重鉻酸鉀的水溶液有如下平衡：

將溶液稀釋2倍時(shí)，由于平衡向右移動，溶液中的Cr2O72-離子濃度減少不是2倍，而是大于2倍，而偏離光吸收定律，產(chǎn)生誤差。

這種由于化學(xué)因素引起的偏離可用控制溶液條件的方法加以避免，如：在上述重鉻酸鉀的測定可在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性溶液中進(jìn)行可避免對光吸上定律的偏離。（二）光學(xué)因素

1)非單色光的影響：

Beer定律應(yīng)用的重要前提——入射光為單色光照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后并非真正單色光其波長寬度由入射狹縫的寬度和棱鏡或光柵的分辨率決定為了保證透過光對檢測器的響應(yīng)，必須保證一定的狹縫寬度這就使分離出來的光具一定的譜帶寬度1)非單色光的影響：

光吸收定律的重要前提是入射光為單色光，但真正的單色光是沒有的，在分光光度法中所用的單色光是具有一定波長范圍的光，有一定的寬度的譜帶，則將使線性產(chǎn)生偏離。

譜帶越窄，單色性越好，產(chǎn)生的誤差越小，但由于其仍是復(fù)合光，因物質(zhì)對不同的單色光的吸光系數(shù)不同，產(chǎn)生吸光度的變值而偏離Beer定律。2)雜散光

是指一些不在吸收譜帶寬度范圍內(nèi)的并與所需波長相隔較遠(yuǎn)的光，這種光也使吸收光譜變形變值，現(xiàn)代儀器上有消除雜散光的裝置，故一般可忽略不計(jì)。

吸光物質(zhì)對入射光有散射作用，入射光在吸收池內(nèi)外界面通過時(shí)又有反射作用。散射光和反射光都是入射光譜帶內(nèi)的光對透射光強(qiáng)度都產(chǎn)生影響。3)散射光和反射光吸光物質(zhì)對光的散射和反射可使入射光減弱，透明的真溶液的質(zhì)點(diǎn)小，散射光不強(qiáng)可用空白補(bǔ)償?；鞚崛芤河捎谄滟|(zhì)點(diǎn)大，散射光強(qiáng)，又不易制備空白溶液，測定時(shí)常常產(chǎn)生較大的誤差。

反射光也使透光強(qiáng)度減弱，使測得的吸光度偏高，一般可用空白進(jìn)行補(bǔ)償。4)非平行光是指通過吸收池的光不平行，而導(dǎo)致通過的光比垂直平行光的光程長，使厚度增大而影響測量值，這種測量時(shí)實(shí)際厚度的變異，也是同一物質(zhì)用不同儀器測定時(shí)產(chǎn)生差異的原因之一。第二章可見紫外吸收光譜分析2.3可見紫外分光光度計(jì)分類工作范圍（nm）光源單色器接受器國產(chǎn)型號可見分光光度計(jì)420～700360～700鎢燈鎢燈玻璃棱鏡玻璃棱鏡硒光電池光電管

72型

721型紫外、可見和近紅外分光光度計(jì)200～1000氫燈及鎢燈石英棱鏡或光柵光電管光電倍增管

751型

WFD-8型紅外分光光度計(jì)760～40000硅碳棒或輝光燈巖鹽或螢石棱鏡熱電堆或測輻射熱器

WFD-3型

WFD-7型分光光度計(jì)按測定的波長范圍來分類

一、組成部件

光源單色器樣品池檢測器記錄裝置（一）光源對光源的基本要求是應(yīng)在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長的變化應(yīng)盡可能小。常用的光源有熱輻射光源（如鎢絲燈和鹵鎢燈）和氣體放電光源（如氫燈和氘燈）兩類。鎢燈或鹵鎢燈：350-2500nm可見區(qū)氫燈或氘燈：150-400nm紫外區(qū)（二）單色器單色器是能從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置，其主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長且波長在紫外可見區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。棱鏡有玻璃和石英兩種材料。它們的色散原理是依據(jù)不同的波長光通過棱鏡時(shí)有不同的折射率而將不同波長的光分開。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱鏡只能用于用于可見光域內(nèi)。石英棱鏡可使用的波長范圍較寬，可從185－4000nm，即可用于紫外、可見和近紅外三個光域。光柵是利用光的衍射與干涉作用制成的。它可用于紫外、可見及紅外光域，而且在整個波長區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。它具有色散波長范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是各級光譜會重疊而產(chǎn)生干擾。（三）吸收池（樣品池）吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃吸收池只能用于可見光區(qū)。為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測定中（紫外區(qū)尤其重要），吸收池要挑選配對。因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L度的精度等對分析結(jié)果都有影響。（四）檢測器作用：把光信號變成電信號。常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。光電池是用一種光敏半導(dǎo)體，有硒光電池（用于可見光區(qū)）和硅光電池（能用于可見和紫外光區(qū)），當(dāng)光照時(shí)產(chǎn)生光電流，在一定范圍內(nèi)光電流與與照射的光強(qiáng)度成正比，用微電流計(jì)測量，但由于容易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)而只能用于低檔的分光光度計(jì)中。

光電管：是由一個陽極和一個光敏陰極組成的真空二極管。陰極表面鍍有堿金屬或堿金屬氧化物等光敏材料，當(dāng)它被足夠的能量的光照射時(shí)，能夠發(fā)射出電子。當(dāng)在兩極有電位差時(shí)，發(fā)射出的電子流向陽極而產(chǎn)生電流，其電流的大小取決于照射光的強(qiáng)度，其有很高的內(nèi)阻，產(chǎn)生的電流很容易放大。真空光電管90VDC直流放大陰極R-+光束e陽極絲（Ni）抽真空光電管:陰極為一個金屬半圓筒，內(nèi)表面鍍有適當(dāng)?shù)墓怆姲l(fā)射材料。陽極為金屬電極，通常為鎳。當(dāng)光線照射到光電管的陰極上時(shí)，即發(fā)射出電子。如光電管的兩極間加上電壓，則線路便有電流通過。真空光電管90VDC直流放大陰極R-+光束e陽極絲（Ni）抽真空陰極表面可涂漬不同光敏物質(zhì)：高靈敏(K,Cs,Sb其中二者)、紅光敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦響應(yīng)(Ga/As，響應(yīng)受波長影響小)。產(chǎn)生的光電流約為硒光電池的1/10。優(yōu)點(diǎn)：阻抗大，電流易放大；響應(yīng)快；應(yīng)用廣。缺點(diǎn)：有微小暗電流（Darkcurrent，40K的放射線激發(fā)）。目前國產(chǎn)的光電管有紫敏和紅敏光電管.紅敏光電管常用陰極為銀氧化銫陰極適用波長范圍：625－1000nm紫敏光電管陰極常用的是銫陰