第二章紫外-可见分光光度法(Ultraviolet-Visible.ppt

1、第二章 紫外-可见分光光度法（Ultraviolet-Visible Spectrophotometry）紫外-可见分子吸收光谱法 （Ultraviolet-Visible Molecular Absorption Spectrometry）,2.1 分光光度分析法发展简史1729年，Bouguer首先发现溶液对光的吸 收与液层厚度之间的关系。1760年 ，Lambert就此基本定律进行了数 学运算，确定了相应的关系式。1833年，Brewster在提取叶绿素及胡萝卜 素的研究中，注意到有机化合物的吸收光谱。,然而某些作者认为比色法起始于1852年， 因为在这一年，Beer参考了Bouguer

2、和Lambert 的早期著作，提出了比色法的基本定律。硫氰酸盐法和亚铁氰化物法测定铁， Nessler法测氨，硫氰酸盐法测钼，都是19世 纪中叶就已提出来的分析方法。,随着对光度分析方法的不断研究和深 入，人们对分析方法的灵敏度和选择性也提 出了更高的要求。在经典光度法的基础上，又发展了双波 长分光光度法、动力学分光光度法等，使光 度分析的内容和应用范围进一步扩大。近年来，随着有机试剂的迅猛发展，使 大量的有机试剂应用到分析测试领域，灵敏 度、选择性得到不断提高。,最初，比色测定是在比色管中进行的。19世纪末，开始使用带滤光片的目视比 色计。20世纪30年代，光电比色计和分光光度 计才被引入实

3、验室。,20世纪初期的分光光度计多为单光束手 控型。20世纪60年代，双光束自动记录光度计 问世。20世纪70年代开始，微处理机控制的分 光光度计不断出现。双波长分光光度计迅速 发展和商品化。,2.2 分子吸收光谱概述 1分子吸收光谱产生的本质在分子中，除了原子的核能En，质心在 空间的平动能Et外，还有电子运动能Ee，原 子之间的相对振动能Ev，以及分子转动能Er 等。分子的总能量可写为：E=En + Et + Ee+ Ev+ Er,由于En在一般化学实验条件下不发生变 化，分子的平动能Et又比较小，因此当分子 能级发生跃迁时，能量的改变为：E=Ee + Er +Ev, E（总）= Ee +

4、 Ev + Er 120eV 0.051eV 0.05eV 相当于紫外- 相当于红 相当于红外光可见光能量 外光能量 甚至微波的能量,电子能级跃迁时伴随振动能级和转动能 级的跃迁，因此电子光谱（也称：紫外-可见 吸收光谱），得到的也是由许多谱线聚集而 成的谱带。,（1）紫外-可见吸收光谱产生的本质：紫外-可见吸收光谱产生的本质是由物质 分子中价电子的能级跃迁所产生的。,（2）紫外-可见光谱区域范围： 紫外-可见光谱区域范围：10400nm称为 紫外区，400780nm为可见光区。10200nm称为远紫外区，200400nm称为 近紫外区。,玻璃器皿及有关光学元件不适合作紫外分 析之用，是由于玻

5、璃对波长小于300nm的电 磁波产生强烈吸收的缘故。所以，作紫外分 析时，一般采用石英制件。,2. 紫外-可见吸收光谱中价电子跃迁的类型在有机物中，有几种不同的价电子。 以甲醛为例： 例：H-C=O： (a) 单键电子; (b) 双键电子; H(c)未成对的独对(孤)电子 n电子。,（1）根据分子轨道理论，此三种电子的能级 高低次序是：n*。（2）共有六种跃迁类型：*、*、*、n*、n*和*。,其中*、*、*三种跃迁需要 能量较大，吸收峰小于200nm，位于真空紫 外区。而n*、n*和*三种跃迁需要能 量相对较小，吸收峰位于近紫外区甚至可见 区，对于紫外-可见分析具有实用意义。,n*、*跃迁区

6、别：n*（，10 100L/molcm）跃迁产生的 吸收峰强度低于*（，104L/ molcm）；随着溶剂极性的增加，*跃迁所产生的 吸收峰红移，n*跃迁所产生的吸收峰蓝移。,（3）除上述六种跃迁可产生紫外-可见吸收 谱带外，还有两种跃迁也可产生紫外-可见吸 收谱带，即电荷转移跃迁和配位场跃迁。,综上所述：发生在电磁光谱的紫外和可 见光区内的，由于电子的跃迁或转移而引起 的吸收光谱共有以上八种价电子跃迁类型。,3. 在有机物的紫外-可见谱解析中吸收带的分类在有机物的紫外-可见谱解析中，通常将吸 收带分为以下四种类型。,（1）R吸收带：R带由n*的跃迁引起的吸 收带。这是由于CO或NO2等单一的

7、发色团引 起的。一般max100L/(molcm)，测这种吸收带需 用浓溶液。随着溶剂的极性增大，会产生紫移。,（2）K吸收带：由*的跃迁所产生的。 其特点是强度高（max104Lmol-1cm-1），含 共轭生色基的化合物的紫外谱都有这种吸收 带。,（3）B吸收带：由苯环振动和*的跃迁 重叠引起的芳香族化合物的特征吸收带。苯的B带吸收在230270nm呈精细的振 动结构。当苯环与生成基相连时，就有B和K两种 吸收带，其中B带的波长位置较长。,（4）E吸收带：在苯环结构中三个乙烯键的 环状共轭系统中，*跃迁所产生的芳香 族化合物的特征吸收带，称为E带。特点：E带可分为E1带（180nm）和E2

8、带 （200nm），它们都是强吸收带；而苯的B 带（253nm）相应是较弱的吸收带。,. 无机化合物的紫外-可见吸收光谱在溶液中无机络合物的紫外-可见吸收光 谱，其吸收带往往宽而少。一般由两类形式的跃迁产生：配位场跃 迁和电荷迁移跃迁。,（1）配位体场吸收光谱概念：配位体场吸收谱带指的是过渡金 属水合离子或过渡金属离子与显色剂（通常 是有机化合物）所形成的络合物在外来辐射 作用下，由于吸收了适当波长的可见光（有 时是紫外光），从而获得的相应吸收光谱。,机理：过渡金属络合物中，由于配位体的 影响，中心离子的d轨道或f轨道能级发生分裂。 当过渡金属络合物吸收了可见或紫外区的某部 分波长的光时，d电

9、子或f电子就可以从较低的 能级跃迁到较高的能级，称为dd跃迁或ff 跃迁。这种跃迁一般发生在可见光区。,特点：配位体场吸收光谱通常位于可见 光区；强度弱，摩尔吸收系数约为0.1 100 L/(mol cm) 。,（2）电荷转移吸收光谱概念：电荷转移吸收光谱指的是许多无 机物（如：碱金属卤化物）和某些由两类有 机化合物混合而得的分子络合物，它们在外 来辐射激发下会强烈地吸收紫外或可见光， 从而获得的紫外或可见光吸收光谱。,机理：在这一吸收过程中，实际上是 发生了一个电子从体系的一部分（称为： 电子给予体）转移到体系的另一部分（称 为：电子接受体）的过程，因而这样获得 的吸收光谱称为电荷转移吸收光

10、谱。,类型： i) 配位体金属的电荷转移 例：Fe(SCN)63-呈深红色，在490nm 附近有强吸收，这就是由于该络合物吸收 了某波长的光，使一个电子从SCN-的某一 轨道跃迁到Fe3+的某一轨道上。,ii) 金属配位体的电荷转移产生这种电荷转移的必要条件是：金属 离子容易被氧化（处于低氧化态）；而配位 体容易被还原，配位体具有空的反键轨道， 可接受从金属离子转移出来的电子。,iii) 分子络合物内部电荷转移例如：在乙醇介质中，将醌与氢醌混 合，就可以得到美丽的醌氢醌暗绿色结晶， 它的吸收峰在可见光区。,特点：电荷转移吸收光谱的最大特点 是：吸收强度大，摩尔吸收系数一般超过 104L/ (m

11、ol cm)。,（3）两种吸收谱带的区别这类光谱一般位于可见光区。电荷迁移吸收带的谱带较宽，吸收强度 大，最大波长处的摩尔吸收系数max可大于 104 L cm-1mol-1。与电荷迁移跃迁比较，配位场跃迁吸收 谱带的摩尔吸收系数小，一般max 102L cm-1mol-1。,2.3 分光光度法的对比度 1. 对比度的概念在光度法中，对比度是指显色剂与金属离 子所形成络合物（MeR）的最大吸收峰波长 （MeRmax）与显色剂本身（HnR）最大吸收峰波长（HnRmax） 之间的差值。对比度以来表示：=MeRmax- HnRmax,一般认为： 40nm时，显色反应对比度较小；=4080nm时，显色

12、反应对比度为中等；80nm时，显色反应具有较高的对比度。一般要求显色剂与有色化合物的对比度 在60nm以上。,2. 对比度在实际分析测定中的意义对比度实质上表示了显色反应颜色变化 的程度；反映了过量显色剂对测定体系的影 响。如果显色反应的对比度大，则过量试剂 对测定的影响较小；反之，对比度小，则试 剂对测定的影响就比较大。,如何选择测定波长？如果显色反应的对比度较大，则测定波 长往往与络合物的最大吸收波长一致。如果显色反应的对比度较小，此时测定 波长决定于MeR/HnR的比值或MeR-HnR 的差值。因此，对比度的概念可为选择测定波长 提供帮助。,3. 影响对比度的因素对比度的大小与显色剂的结

13、构、反应 条件、金属离子的性质及络合物的组成有 关。,2.4 光吸收定律朗伯-比尔定律 1. 朗伯-比尔定律（Lambert-Beer Law） （1）定义1：A= lg I/I为吸光度（Absorbance）其中：I和I分别为试样入射光强度和出 射光强度。,（2）朗伯-比尔定律的数学表达式为：n A= ibcii=1表示物质分子对某一波长的光的吸收本领，称为吸收 系数。 与入射光波长、物质的性质及温度有关。当这些 条件一定时，代表单位浓度的有色溶液放在单位宽度的比 色皿中的吸光度。该式物理意义为：物质的吸光度与物质的吸收系数和浓 度的乘积成正比。,c的单位为molL-1，b的单位为cm，用表

14、示，称为摩尔吸光系数，其单位为Lmol-1cm-1， A=bc。,c的单位为gL-1，b的单位为cm时，以a表示，称为吸 光系数，其单位为Lg-1cm-1， A=abc。,（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。（2）不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的 性质有关，与待测物浓度无关；（3）同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表 示；max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。,摩尔吸光系数的讨论：,吸光度具有加和性：nA=A1+A2+A3+An= Ann=1,在某一波长，样品中含有对该波长的光产

15、生吸 收的多种物质，那么样品的总吸光度等于样品中各 个吸光物质的吸光度之和。,A1 = e1bc1A2 = e2bc2A = e1bc1+ e2bc2,当物质中只有一种吸光组分，则上式简化 为：A=bc,（3）定义2：若将I/I0称为透光度（亦称：透 射率），用T表示，T=I/I0 则 A= lgI0/I= - lgT= bc,2. 朗伯-比尔定律成立的条件及其偏离该定律的因素 （1）成立的条件 (a) 适用于极稀的溶液(一般c0.01molL-1)。 (b) 电磁波辐射和所讨论的吸光成分之间的 相互作用机制只是光被该成分吸收。 (c) 采用“单色光”。 (d) 吸收成分（分子或离子）的行为相

16、互无 关，且不论其数量和种类如何。,（2）偏离该定律的因素(a) 在实际工作中，由出射狭缝投射到被测物 上的光，并非理论上所要求的单色光，而是 一个有限宽度的谱带，称为光谱通带。,(b) 散射的影响：当被测试样中含有悬浮物或 胶粒等散射质点时，入射光通过试样就会因 为光的散射而损失一部分，使透射率减小， 而吸光度增大，导致偏离比尔定律。质点的散射强度I与入射光的波长四次方 成反比，因此散射对紫外区的测定影响更大。,(c) 化学因素：若在试样中，被测组分发生 离解、缔合、光化及互变异构等作用，或与 溶剂相互作用，就会使被测组分的吸收曲线 明显改变，导致偏离比尔定律。,(d) 荧光的影响：某些物质

17、吸收光后，会重 新辐射出与入射光波长相同或更长的光，荧 光的存在将导致比尔定律失效。,(e) 非平行光的影响：若入射光不垂直于吸收 池的光学面，这使得通过试样的实际光程大 于吸收池的厚度，但这种影响很小，一般可 忽略。,3. 朗伯-比尔定律的应用条件朗伯-比尔定律不仅适用于紫外光、可见 光，也适用于红外光；不仅适用于均匀非散射的液态样品，也适 用于微粒分散均匀的固态或气态样品。,2.5 紫外-可见分光光度法的分析方法 1. 定性、定量分析的依据 物质分子结构 E（跃迁能） 特征吸收谱（光吸收选择性） 定性吸收谱高度或面积 定量,（1）定性分析方法用紫外-可见吸收光谱来鉴定一个化合 物，通常是将

18、该化合物的光谱特征以及吸收 峰的形状与纯化合物的标准紫外-可见光谱图 作比较。,如果没有标准物，可借助紫外-可见标准图谱或有关电子光谱数据资料进行比较。常用的标准吸收光谱谱图有以下四种： (a) Sadtler. Standard Spectra (Ultraviolet), Heyden, London, 1978. (b) R. A. Friedel and M. Orchin, “Ultraviolet and Visible Absorption Spectra of Aromatic Compounds” , Wiley, New York, 1951. (c) Kenzo Hira

19、yama, “Handbook of Ultraviolet and Visible Absorption Spectra of Organic Compounds”, New York, Plenum, 1967. (d) M. J. Kamlet, “Organic Electronic Spectral Data”, John Wiley and Sons, Vol. 1, 19461952, Interscience, 1960.,不能单凭紫外-可见吸收光谱数据来鉴定某 一未知物。紫外-可见吸收光谱是配合红外光谱、有机 质谱和核磁共振波谱进行有机物结构研究的 一种有效的工具。,（2）定

20、量分析方法 a. 标准工作曲线法（校正曲线法）可能存 在背景干扰b. 增量法（标准加入法）可消除背景干扰,2.分光光度法的扩展 （1）催化分光光度法（或称: 催化比色法； 动力学分光光度法） 如果催化反应是一个显色或褪色反应， 就可以用分光光度法测定催化反应的反应物 或生成物之一的浓度变化，这就是催化分光 光度法，被测组分是催化剂。,W 例如：H2O2 + 2I- +2H+ I2 + 2H2O pH一定时，dI2/dt =kH2O2I-2WdI2/dt=kW积分得： I2=kWt - (1) 根据光吸收定律 I2=A/l - (2) 将(2)式代入(1)式 A=kWt - (3),（3）式就是

21、钨的动力学分光光度法测定 的基础。在此式的基础上，可分为三个基本 定量方法测定钨的浓度。a）固定时间法 b）固定浓度法c）正切法（斜率法）,双波长分光光度计光路示意图,（2）双波长分光光度法,A1= -lgI1/I0 = 1cl + A bA2= -lgI2/I0 = 2cl + A b其中：I0、I1、I2分别为开始照射到吸收 池的两束光强度及通过吸收池后两束光强度。 A b 和A b为背景吸收。A=A2- A1=(2-1) c l A c绘制A c工作曲线可以测得组分含量， 这就是双波长分光光度法定量分析的依据。,等吸收波长法中波长选择的原则：a）干扰组分在两个波长处等吸收。b）被测组分在

22、选定的两个波长处A要足够 大，以便保证有足够的灵敏度。,（3）导数分光光度法A=-lg I/I0 =bc则：dnA/dn= bcdn/dn,导数光谱具有以下特征： a. 谱带的极值数随导数阶数的增加而增加， 一个吸收带经过n次求导后，产生的极值 （包括极大和极小）数为n+1个。b. 零阶曲线的极大处，相应于奇阶导数 （n=1，3，5）曲线过零点，零阶曲 线的拐点处相应于奇阶曲线为极大或极小。,c. 偶阶导数（n=2，4）曲线的形状与零 阶曲线较为相似，零阶曲线的极大处相应于 偶阶导数曲线的极大或极小，零阶曲线的拐 点相应于偶阶导数曲线通过零点。d. 在导数曲线中，随着求导阶次的增加，谱 带变锐

23、，带宽变窄，二阶导数曲线的半宽度 仅为零阶曲线半宽度的1/3，四阶导数曲线的 半宽度仅为零阶曲线半宽度的1/5。,吸收光谱与导数光谱的峰和谷的关系 a. 吸收光谱；b-e. 一至四阶导数光谱,例如：典型的高斯型吸收曲线（或称：零阶曲 线）及其相应的一至四阶导数光谱。,由导数光谱进行定量测量的计算方法 如图所示：导数光谱的求值法,a. 正切法：画一条直线正切于两个邻近的极 大或极小，然后测量中间极值至切线的距离 （d）。b. 峰谷法：在多组分的定量分析中多采用两 个相邻极值（极大和极小）间的距离（图中 的P1和P2）作为导数值。c. 峰零法：极值到零线之间的垂直距离（Z） 也可以作为导数值。,（

24、4）胶束增溶分光光度法所谓胶束增溶是指金属离子与络合剂反 应时，加入离子表面活性剂，形成 “胶束”， 它均匀地分布在体系中，可以和被测组分发 生缔合或把被测组分包围起来，对缔合物起 分散剂的作用，使多元离子缔合物发生胶束 增溶现象，而稳定地保持在水溶液中，因而 大大地提高了方法的灵敏度。,（5）溶剂萃取分光光度法溶剂萃取与分光光度法相配合，同样可 大大地提高测定的灵敏度。在分光光度法中，除了用溶剂萃取分离 干扰离子外，更常在萃取后的有机相中直接 进行比色测定。因而使测定快速、简便。,（6）示差分光光度法（differential spectrophotometry）A=|AS-AX|=l|cs

25、-cx|当保持cs不变时，吸光度差值（ A） 就只与被测试样的浓度（cx）有关。,按所选择的测量条件，示差法有三种测 定方式：高浓度测定法、低浓度测定法和高 精度测定法。其中高浓度测定法是采用比试样浓度稍 小的标准溶液调节透射比至100 %，然后测 量试样溶液的吸光度，获得表观吸光度值。,（7）漫反射光谱技术(diffuse reflectance spectrometry)当光线照射到粗糙的表面时形成漫反射。所反射的光可定量表示为反射比，即所 有反射光线的量与入射光线的量的比值。由于漫反射的光线是向四处发散的，因 此为了作精确测量就必需收集各个角度的反 射光线。积分球就是用来精确定量测量漫反

26、射反 射比的工具。,将积分球和样品室组成一个单元。积分球 的内壁涂有在工作波长内具有高反射性的材料。实际应用时，反射比是将样品的反射光谱 和标准参考物的反射光谱相比较而得到的。常用的三种标准参照物是：金溶胶、聚四 氟乙烯微珠和硫酸钡（积分球内部也相应地涂 上同种材料）。积分球漫反射光谱技术，可直接用于测量 固体表面、粉末、浑浊试样（乳浊液、悬浊液） 等的紫外-可见吸收光谱。,（8）光纤在线测量技术光纤主要是基于光线反射与折射中的全 反射原理，使得光线可以沿着细小的石英纤 维传导，即光导纤维的波导作用。,光纤具有一个均匀的纤芯，其折射率是n1， 包层折射率是n2，且n1n2。为光线从光纤端 面入

27、射的最大张角，为光纤内芯与包层界面 上相应的临界全发射角，凡进入半角为锥形 接收域（光锥）的光线，都能在纤芯内部按相 同的角度逐次全发射传播。,光纤只能在有限波长范围工作。工作波长范围取决于三个因素：光纤对 光线的吸收、覆层材料以及光纤传播的长 度。,用途： 光纤的一个主要用途就是将光线从一些不 便于引入光谱仪的环境中导出进行光谱测 量。另一个主要用途就是向少量样品或者很小 的容器中传送或者获取光线。,2.6 紫外-可见分光光度法分析的特点和常用 术语 1. 特点 （1）灵敏度较高分光光度法具有较高的灵敏度，其检测 下限一般为10-5 molL-1，有些体系也可能达 到10-6 molL-1。

28、,（2）精密度高分光光度法的精密度是指多次重复分析 结果的弥散程度。光度分析中，一般分析的相对标准偏差 在2 %5 %范围内。由于近代分光光度仪器 的改进，其相对标准偏差可控制在n0/00甚至 更小。,（3）分析范围广随着有机试剂的迅速发展，多数无机元 素的离子可通过选择适当的显色剂显色而进 行比色测定。同时，对许多有机化合物来说，光度法 亦不失为一个好的测定方法。,（4）分析速度较快光度法测定的主要过程为溶样、显色和 测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽和控 制实验条件加以消除，不必分离，因而具有 较快的分析速度。,2. 术语 （1）生色团在有机化合物中，能在紫外或可见光区产 生光吸收的含有

29、键的不饱和基团称为生色团。 例如：-COOH、-NO2、-CHO等。,（2）助色团指本身不会使化合物产生颜色或产生紫 外光吸收的基团，但这些基团与生色基团连 接时，却能使生成基团的吸收波长移向长波 并使吸收强度增加。,通常助色基团是由含孤对电子的元素 （如：氧、氮、卤素等）所构成的官能团。例如：-NH2、-OH、-OR、-SH、-SR、 -Cl、-Br、-I等。各种助色基团助色效应的强弱顺序如下： -F-Cl-Br-OH-SH -OCH3 -NH2 -NHR-NR2-O-。,（3）蓝移由于取代基或溶剂极性的影响，使吸收 谱带的最大吸收波长向短波方向移动的现象 称为短移、紫移或蓝移。,（4）红移

30、由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性 影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向 长波方向移动的现象，称为长移或红移。,（5）溶剂效应有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收 峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种 现象称为溶剂效应。,溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收 强度和精细结构。例如：B吸收带的精细结构在非极性溶剂 中较清楚，但在极性溶剂中则较弱，有时会消 失而出现宽峰。因此在溶解度允许范围内，应选择极性较 小的溶剂。,2.7 紫外-可见分光光度分析中的一些影响因 素 1. 溶剂选择溶剂的原则有以下几点： a. 溶剂在整个选用的波长范围内吸收尽可能地 小； b. 样品可以在溶剂中得到充分的溶解

31、； c. 一般采用非极性溶剂，尤其当吸收物质为极 性分子时，更应该如此。,2. pH值它直接影响生成物的形成速率、结构和 稳定性，故pH的变化不仅可以引起吸收峰的 位移，还可以改变吸收曲线的形状。 3. 浓度依据比尔定律，它的适用范围是极稀的 溶液（一般c0.01 molL-1）。 4. 温度显色反应与温度有很大关系。,5. 共存离子的干扰 （1）种类 a. 共存离子本身有颜色； b. 共存离子与显色剂反应生成有色化合物或 沉淀； c. 共存离子与待测离子或显色剂作用，生成 更稳定的无色络合物或发生氧化-还原反应， 阻碍了待测离子与显色剂间的反应。,（2）消除干扰的方法 a. 加入掩蔽剂； b

32、. 改变干扰离子的价态； c. 选择最佳的显色条件以避免干扰； d. 选择适当的测定波长以消除干扰； e. 利用空白液抵消某些有色离子的干扰； f. 利用校正系数消除干扰； g. 预先使被测离子与干扰离子分离； h. 利用被测物质能形成三元络合物的特点， 提高显色反应的选择性。,6. 杂散光的影响杂散光对测定结果的影响程度取决于光 源的能量分布、试样的吸收特性以及检测器 的波长灵敏特性。I杂散光1/4,2.8 实验技术 1. 样品的制备紫外-可见吸收光谱测定通常是在溶液 中进行，固体样品需转变成溶液。无机样品用合适的酸溶解或用碱熔融；有机样品用有机溶剂溶解或抽提。,对光谱分析溶剂的要求是：良好

33、的溶解能力；在测定波段没有明显的吸收；被测组分在溶剂中具有良好的吸收峰形；挥发性小、不易燃、无毒性和价格便宜等。,2. 测定条件的选择 （1）波长的选择一般根据待测组分的吸收光谱，选择最 大吸收波长max作为测定波长。但在实际工作中，并不一定选择max。,（2）狭缝宽度的选择一般在不减少吸光度时最大狭缝宽度， 就是应该选取的合适的狭缝宽度。,（3）吸光度范围吸光度在0.20.8时，吸光度测定误差最 小。,3. 反应条件的选择显色反应一般应满足的条件：生成的有色化合物应有较大的摩尔吸收系 数；有较高的选择性；有色化合物组成应恒定、稳定性好；生成物与显色剂的max之差一般应大于 60nm。,（1）

34、溶液酸度溶液酸度对待测组分的测定有显著影响。直接影响待测组分的吸收光谱；显色剂的形态；待测组分的化合状态；显色化合物组成。在实际工作中常用单因素实验来确定适 宜的溶液酸度。,常用于吸收光谱测定中的缓冲溶液有：NaH2PO4 + HCl （pH =3）NaAc + HCl （pH =5） KH2PO4+NaOH （pH =7） H3BO3+KCl （pH =9）H3BO3+NaOH （pH =11）,（2）显色剂浓度显色剂用量将影响显色反应。过量的显 色剂可以使显色反应趋于完全，但是过量太 多，有可能改变有色化合物的组成，影响化 合物的颜色。可用单因素实验测定溶液吸光度随显色 剂用量的变化。,（

35、3）温度的影响在分光光度测定中，通常都选用室温显 色反应。当温度对显色反应速度可能有较大的影 响时，需要考虑温度的影响。合适的温度可用单因素实验来确定。,（4）显色时间这里包括两种时间：一种是由于显色反 应速度不同，达到反应完全所需的时间；另 一种是有色化合物维持稳定的时间。这两种时间均可用单因素实验来考察。,4. 参比溶液的选择根据待测组分溶液的性质，选择合适的 参比溶液。 （1）溶剂参比溶液：当待测组分溶液的组 成较为简单，共存的组分在测定波长的光吸 收很小时，可用溶剂作为参比溶液。 （2）试剂参比溶液：如果显色剂或其它试 剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条 件，以不加入试样的溶液作为

36、参比溶液。,5. 共存离子干扰的消除方法 （1）加入适当的掩蔽剂例如：用铬天青S测定铍时，Cd、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Pb、V(IV)、W及Zn等有 干扰。方法：在pH为4.6的溶液中，这些干扰元 素可用EDTA掩蔽。,（2）改变干扰离子的价态例如：用铬天青S测定Al(III)时，Fe(III) 有干扰，可加入抗坏血酸使其还原为Fe(II)而 消除影响。,（3）选择适当的波长这种方法仅在干扰组分与待测组分的吸 收峰波长相距较大的情况下使用。,6. 表观摩尔吸收系数的精确求法根据朗伯-比尔定律，可以计算物质的表 观摩尔吸收系数： =A/bc值：反映物质对光吸收的灵敏度。精确求取摩尔吸收系

37、数的方法是：在不同 带通宽度时测定表观摩尔吸收系数，绘制表观 摩尔吸收系数对带通宽度的曲线关系，将曲线 外推到带通宽度为零处，这时相应的摩尔吸收 系数即为精确的表观摩尔吸收系数。,29 紫外-可见分光光度计的构造、类型及发 展趋势1. 构造它们通常由5个部分组成： （1）一个或多个辐射源；（2）单色器；（3）试样 容器（吸收池）；（4）辐射换能器；（5）信号处 理器和读出装置。,（1）辐射源对光源的主要要求是：在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连 续的具有足够强度和稳定的辐射；并且辐射能随波长的变化尽可能小；使用寿命长。,紫外-可见分光光度计的辐射光源有白炽 电源和气体放电光源两类。可见和近红

38、外光区的常用光源为白炽光 源，例如：钨灯和碘钨灯等。紫外光区主要采用氢灯、氘灯和氙灯等 放电灯。,（2）单色器,单色器作用：从光源发出的复合光中分 出所需要的单色光。单色器组成：由入射狭缝、准光器（透 镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散 元件、聚焦元件和出射狭缝等组成。,单色器的核心部分是色散元件（如玻璃棱 镜和光栅），起分光的作用。现在的商品仪器几乎都用光栅做色散元 件。光栅在整个波长区可以提供良好的、均 匀一致的分辨能力；而且成本低、便于保存。,（3）吸收池/试样容器在紫外-可见分光光度法中，一般使用液 体试液，试液放在分光光度计光束通过的液 体池中。吸收池又称比色皿或比色杯。,对吸收

39、池的要求：主要是能透过所研究的 光谱区辐射线。吸收池的两个光学面必须平整光洁，使用 时不能用手触摸。按材料可分为：玻璃吸收池和石英吸收池 两种。玻璃比色皿可见光区 石英比色皿可见、紫外光区,吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向；吸收池要配对。因为吸收池材料本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。吸收池有多种尺寸和不同结构，吸收池的光 径可在0.1cm10cm之间变化，其中以1cm光径 吸收池最为常用，根据使用要求选用。,（4）辐能转换器/检测器/接受器检测器又称接受器，是一种光电器件，用于检测光信号，并将光信号转变为电信 号。作为一个理想的检测器，它应具有的特 点是：高灵敏

40、度、高信噪比、响应时间快， 并且在整个研究的波长范围内有恒定的响 应。,常用的检测器有光电池、光电管和光电 倍增管等。在紫外-可见分光光度计上，现在广泛使 用的检测器是光电倍增管。它不仅响应速度 快，能检测10-8s10-9s的脉冲光，而且灵敏度 高，比一般光电管高200倍。,（5）信号处理器和读出装置它可放大检测器的输出信号。它也可以把信号从直流变成交流（或相 反），改变信号的相位，滤掉不需要的成 分。同时信号处理器也可用来执行某些信号的 数学运算，如：微分、积分或转换成对数。,在现代仪器中，常用的读出器件有数字 表、记录仪、电位计标尺和阴极射线管等。现在很多紫外-可见分光光度计都装有 微处

41、理机。一方面将信号记录和处理；另一 方面可对分光光度计进行操作控制。,2. 分光光度计的类型目前市售的分光光度计类型有很多。但 可以归纳为四种类型：单光束、双光束、双 波长和多道分光光度计。,3. 紫外-可见分光光度计的发展趋势 （1）分光光度计的组件发展a. 全息光栅正在迅速取代机刻光栅b. 电视式显示和电子计算机绘图迅速普及c. 光电倍增管作为检测器已成为主导,（2）分光光度计的构型发展a. 电子计算机控制的分光光度计日见增多微处理机控制的分光光度计不仅促使分 光光度计进一步自动化，而且大大地改善了 仪器的性能。,b. 双波长分光光度计迅速发展1968年日立公司制造出第一台商品化的 365

42、型双波长分光光度计。,c. 快速扫描分光光度计陆续问世利用光分析可以跟踪化学反应历程，一 般分光光度计只适于历程为20min30min以 上的反应，要研究速度较快的反应，就需要 设计出快速扫描分光光度计。,5. 仪器的最新进展 （1）仪器的自动化程度大大提高；（2）重视附件的开发；（3）仪器向小型化（或微型化）、数字化 和便携式的方向发展。,2.10 紫外-可见分子吸收光谱的应用 1. 纯度检验例如：检定CH3OH或C2H5OH中的杂质苯， 可利用苯在256nm处的B吸收带，于max= 256 nm检出；而甲醇或乙醇在此波长处几乎没有 吸收。,2. 未知样品的检定通常将未知样品的紫外-可见吸收

43、光谱与 标准谱相对照。,3. 分子结构的推测 （1）若一个化合物在220nm800nm无吸收峰，则此分子结构中不含共轭体系，没有醛基、 羰基、溴或碘。它可能是脂肪族碳氢化合物、 腈、醇、醚、羰基、氯化烃和氟化烃。（2）在210nm280nm有吸收，可能含有两个 共轭单位。,（3）在260300nm有强吸收带，表示有3个 5个共轭单位。（4）在280300nm有弱吸收带，示有羰基存 在；在280300nm有中等强度的吸收带，且 有一定的精细结构，示有苯环结构。,4. 有机化合物异构体的判别（顺反异构、互变异构和旋光异构等）对于顺反异构来说，一般顺式异构体的最 大吸收峰波长比反式异构体要小，因此可

44、用 紫外-可见分子吸收光谱法进行区别。,例如：肉桂酸（顺式） 肉桂酸（反式）max=280nm， max=13500Lcm-1mol-1 max=295nm，max=27000Lcm-1mol-1,5研究化学反应的速度 例如：催化分光光度法6测定络合物的组成常用的方法有：斜率比法、摩尔比法、 等摩尔连续变化法（连续浓度变更法）和平 衡移动法等。,7. 有机化合物分子量的测定测定原理：对于具有相同发色团的不同 物质，如果都取相同的重量（或配成相同浓 度的溶液），则分子量越大者，发色团所占 的比例越小，吸收强度就越小；反之，分子 量越小者，发色团所占的比例越大，吸收强 度就越大。 因此可以根据这个

45、原理来测定有机化合 物的分子量。,8. 紫外-可见分光光度计应用的最新进展 （1）多组分不经分离、直接测量；（2）联用技术。,第二章 复习思考题1. 电子光谱（亦称：紫外-可见吸收光谱）产 生的本质是什么？2. 产生紫外-可见分子吸收光谱的价电子跃迁 类型通常有哪几种？除此还有哪两种跃迁也 可产生紫外-可见吸收光谱？,3. 在有机物紫外-可见吸收光谱解析中吸收带 是如何分类的？4. 紫外-可见分光光度法中的对比度是指什 么？在实际分析测定中有什么意义？影响对 比度的因素有哪些？,5. 紫外-可见分光光度法定量分析的基本方法 有哪几种？有哪些扩展方法？6. 紫外-可见分光光度分析的特点是什么？7

46、. 紫外-可见分光光度计的发展趋势是什么？,参考书目1仪器分析，高等教育出版社，武汉大 学化学系编，2001年6月第一版2仪器分析，林新花 主编，华南理工 大学出版社，2002年第一版,3现代仪器分析上册，清华大学出版社， 清华大学分析教研室编，1983年4分光光度分析（分析化学丛书第四卷， 第一册），科学出版社，罗庆尧、邓延倬、 蔡汝秀、曾云鹗编著，1998年第二次印刷， 1992年第一版,5分光光度学，机械工业出版社，杨 茹，邱法林，刘翊编，1998年6月第一版第 一次印刷6紫外、可见分光光度法上册，原子 能出版社，陈国珍等编，1983年,7分析化学，人民教育出版社，成都 工学院，上海化工学院编，1979年8现代仪器分析实验与技术，清华大 学出版社，陈培榕、邓勃主编，1999年12月 第一版，2004年5月第4次印刷。,9.紫外可见分光光度计，化学工业出版 社，李昌厚 著，2005年6月第一版，2005年7 月北京第二次印刷。10. 仪器分析，哈尔滨大学出版社，向 文胜、王相晶 主编，2006年9月第1版，2006 年9月第一次印刷。,11. 实用仪器分析，北京大学出版社， 杨根元，金瑞祥，应武林 主编，1997年9月 第2版，1997年9月第一次印刷。,