1、分析化学,第十一章 紫外-可见 分光光度法分析化学教研室,第一节 光学分析概论,一、电磁辐射和电磁波谱 二、光学分析法及其分类 三、光谱法仪器分光光度计,一、电磁辐射和电磁波谱,1电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量,2电磁辐射的性质：具有波、粒二向性波动性：粒子性：,续前,3电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称。,射线 X 射线紫外光可见光红外光微波无线电波,二、光学分析法及其分类,（一）光学分析法 依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称。,（二）分类：1光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级
2、跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法,续前,2非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法分类：折射法、旋光法、比浊法、射线衍射法,3光谱法与非光谱法的区别：,续前,（三）发射光谱,（四）吸收光谱,例：-射线；x-射线；荧光,例：原子吸收光谱，分子吸收光谱,三、光谱法仪器分光光度计,主要特点：五个单元组成,光源,单色器,样品池,检测器,记录装置,第二节 紫外-可见吸收光谱,一、紫外-可见吸收光谱的产生 二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型 三、相关的基本概念 四、吸收带类型和影响因素,一、紫外
3、-可见吸收光谱的产生,1分子吸收光谱的产生由能级间的跃迁引起,能级：电子能级、振动能级、转动能级 跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程,若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射前后的 光强度变化转变为电信号并记录下来，就可得到光强 度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱,续前,2分子吸收光谱的分类：分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序,3紫外-可见吸收光谱的产生由于分子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生（吸收能量=两个跃迁能级之差）,二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型,预备知识：,轨道：电子围绕原子或分子运动的几率轨道不同，电子所具有能
4、量不同,基态与激发态：电子吸收能量，由基态激发态 c 成键轨道与反键轨道：n *,图示,b,电子跃迁类型：,1. *跃迁： 饱和烃（甲烷，乙烷） E很高，150nm（远紫外区） 2. n *跃迁： 含杂原子饱和基团（OH，NH2） E较大，150250nm（真空紫外区） 3. *跃迁： 不饱和基团（CC，C O ） E较小， 200nm 体系共轭，E更小，更大 4. n *跃迁： 含杂原子不饱和基团（C N ，C O ） E最小， 200400nm（近紫外区）,按能量大小： * n * * n *,图示,续前,注： 紫外光谱电子跃迁类型 ： n*跃迁*跃迁饱和化合物无紫外吸收电子跃迁类型与分子
5、结构及存在基团有密切联系 根据分子结构推测可能产生的电子跃迁类型； 根据吸收谱带波长和电子跃迁类型推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）,三、相关的基本概念,1吸收光谱（吸收曲线）：不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同以A作图 next 2吸收光谱特征：定性依据 吸收峰max吸收谷min肩峰sh末端吸收饱和-跃迁产生,图示,back,续前,3生色团（发色团）：能吸收紫外-可见光的基团有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团具n 电子和电子的基团产生n *跃迁和 *跃迁跃迁E较低 例： CC；CO；CN；NN,4助色团：本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团 有机物
6、：连有杂原子的饱和基团 例：OH，OR，NH，NR2，X,注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波长将比单个发色团的吸收波长长，强度也增强,续前,5红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）,6增色效应和减色效应增色效应：吸收强度增强的效应减色效应：吸收强度减小的效应 7强带和弱带：max105 强带min103 弱带,四、吸收带类型和影响因素,1R带：由含杂原子的不饱和基团的n *跃迁产生 CO；CN；NN E小，max2504
7、00nm，max100 溶剂极性，max 蓝移（短移）,2K带：由共轭双键的 *跃迁产生 (CHCH)n，CHCCO max 200nm，max104 共轭体系增长，max红移，max 溶剂极性，对于(CHCH)n max不变对于CHCCO max红移,续前,3B带：由 *跃迁产生 芳香族化合物的主要特征吸收带 max =254nm，宽带，具有精细结构； max=200 极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失,4E带：由苯环环形共轭系统的 *跃迁产生 芳香族化合物的特征吸收带 E1 180nm max104 （常观察不到） E2 200nm max=7000 强吸收 苯环有发色团取代且与
8、苯环共轭时，E2带与K带合并一起红移（长移）,图示,图示,图示,续前,影响吸收带位置的因素： 1溶剂效应： 对max影响： nextn-*跃迁：溶剂极性，max蓝移-*跃迁：溶剂极性 ，max红移 对吸收光谱精细结构影响 next溶剂极性，苯环精细结构消失 溶剂的选择极性；纯度高；截止波长 max 2pH值的影响：影响物质存在型体，影响吸收波长,图示,back,图示,back,分析化学,第十一章 紫外-可见 分光光度法分析化学教研室,第三节 基本原理,一、Lamber-Beer定律 二、吸光系数和吸收光谱 三、偏离Beer定律的因素 四、透光率的测量误差,一、Lamber-Beer定律：吸收光
9、谱法基本定律,描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系,假设一束平行单色光通过一个吸光物体,续前,取物体中一极薄层,续前,讨论：,1Lamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光溶液是稀溶液 2该定律适用于固体、液体和气体样品 3在同一波长下，各组分吸光度具有加和性应用：多组分测定,二、吸光系数和吸收光谱,1吸光系数的物理意义：单位浓度、单位厚度的吸光度,讨论：1）E=f（组分性质，温度，溶剂，）当组分性质、温度和溶剂一定，E=f（）2）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸收）同一物质在不同波长下E一定不同3）E，物质对光吸收能力, 定量测定灵敏度 定性、定量依据,
10、续前,2吸光系数两种表示法：1）摩尔吸光系数：在一定下，C=1mol/L，L=1cm时的吸光度2）百分含量吸光系数 / 比吸光系数：在一定下，C=1g/100ml，L=1cm时的吸光度3）两者关系,3吸收光谱（吸收曲线）：A,续前,4吸光度测量的条件选择：,1）测量波长的选择：2）吸光度读数范围的选择： 3）参比溶液(空白溶液)的选择：,选A=0.20.7,注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素对透光率的干扰,三、偏离Beer定律的因素,依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线 偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面,（一）光学因素 （二）化学因素,（一）
11、光学因素,1非单色光的影响：Beer定律应用的重要前提入射光为单色光,照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光 其波长宽度由入射狭缝的宽度和棱镜或光栅的分辨率决定 为了保证透过光对检测器的响应，必须保证一定的狭缝宽度 这就使分离出来的光具一定的谱带宽度,续前,续前,讨论：入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光谱形状,结论： 选择较纯单色光（，单色性） 选max作为测定波长（E，S且成线性）,续前,2杂散光的影响： 杂散光是指从单色器分出的光不在入射光谱带宽度范围内，与所选波长相距较远 杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成 杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值,3反射光和散色光的影响： 反
12、射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光直接对T产生影响 散射和反射使T，A，吸收光谱变形 注：一般可用空白对比校正消除 4非平行光的影响： 使光程，A，吸收光谱变形,（二）化学因素,Beer定律适用的另一个前提：稀溶液 浓度过高会使C与A关系偏离定律,四、透光率的测量误差T,影响测定结果的相对误差两个因素： T和T,T影响因素：仪器噪音 1）暗噪音2）讯号噪音,续前,1）暗噪音与检测器和放大电路不确切性有关与光讯号无关,续前,2）讯号噪音与光讯号有关,表明测量误差较小的范围 一直可延至较高吸光度区， 对测定有利,第四节 紫外分光光度计,1光源：,2单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件,续前,3吸收
13、池：玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区石英不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） 4检测器：将光信号转变为电信号的装置,5记录装置：讯号处理和显示系统,类型：,1单光束分光光度计：,特点： 使用时来回拉动吸收池移动误差 对光源要求高 比色池配对,续前,2双光束分光光度计：,特点： 不用拉动吸收池，可以减小移动误差 对光源要求不高 可以自动扫描吸收光谱,续前,3双波长分光光度计,特点： 利用吸光度差值定量 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差,分析化学,第十一章 紫外-可见 分光光度法分析化学教研室,第五节 定性和定量分析,一、定性分析二、定量分析,一、定性分析,
14、（一）定性鉴别,定性鉴别的依据吸收光谱的特征 吸收光谱的形状 吸收峰的数目 吸收峰的位置（波长） 吸收峰的强度 相应的吸光系数,续前,1对比吸收光谱的一致性,同一测定条件下， 与标准对照物谱图或标准谱图 进行对照比较,续前,2对比吸收光谱的特征值,续前,3对比吸光度或吸光系数的比值：,例：,续前,（二）纯度检查和杂质限量测定,1纯度检查（杂质检查）,1）峰位不重叠：找使主成分无吸收，杂质有吸收直接考察杂质含量 2）峰位重叠：主成分强吸收，杂质无吸收 / 弱吸收与纯品比较，E杂质强吸收 主成分吸收与纯品比较，E，光谱变形,续前,2杂质限量的测定：,例：肾上腺素中微量杂质肾上腺酮含量计算2mg/m
15、L -0.05mol/L的HCL溶液， 310nm下测定规定 A3100.05 即符合要求的杂质限量0.06%,二、定量分析,（一）单组分的定量方法,1吸光系数法 2标准曲线法 3对照法：外标一点法,续前,1吸光系数法（绝对法）,练习,例：维生素B12 的水溶液在361nm处的百分吸光系数为207，用1cm比色池测得某维生素B12溶液的吸光度是0.414，求该溶液的浓度（见书P201例1）,解：,练习,例：精密称取B12样品25.0mg，用水溶液配成100ml。精密吸取10.00ml，又置100ml容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在1cm的吸收池中，于361nm处测定吸光度为0.507，求B12
16、的百分含量？（见书P61例2）,解：,练习,例：,解：,续前,2标准曲线法,示例,芦丁含量测定,续前,3对照法：外标一点法,注：当样品溶液与标准品溶液的稀释倍数相同时,练习,例： 维生素B12的含量测定精密吸取B12注射液2.50mL，加水稀释至10.00mL；另配制对照液，精密称定对照品25.00mg，加水稀释至1000mL。在361nm处，用1cm吸收池，分别测定吸光度为0.508和0.518，求B12注射液注射液的浓度以及标示量的百分含量（该B12注射液的标示量为100g / mL）见书P203例题,解：,1）对照法,练习,2）吸光系数法,续前,（二）多组分的定量方法,三种情况： 1两组
17、分吸收光谱不重叠（互不干扰）两组分在各自max下不重叠分别按单组分定量,续前,2两组分吸收光谱部分重叠1测A1b组分不干扰可按单组分定量测Ca2测A2a组分干扰不能按单组分定量测Ca,续前,3两组分吸收光谱完全重叠混合样品测定,（1）解线性方程组法 （2）等吸收双波长消去法 （3）系数倍率法,1解线性方程组法,步骤：,2等吸收双波长法,步骤：,消除a的影响测b,续前,消去b的影响测a,注：须满足两个基本条件 选定的两个波长下干扰组分具有等吸收点 选定的两个波长下待测物的吸光度差值应足够大,3系数倍率法,前提：干扰组分b不成峰形无等吸收点,续前,步骤：b曲线上任找一点1另一点2,优点：同时将待测
18、组分和干扰组分放大信号K倍，提高了待测组分测定灵敏度,练习,解：,1取咖啡酸，在165干燥至恒重，精密称取10.00mg，加少量乙醇溶解，转移至200mL容量瓶中，加水至刻度线，取此溶液5.00mL，置于50mL容量瓶中，加6mol/L的HCL 4mL，加水至刻度线。取此溶液于1cm比色池中，在323nm处测定吸光度为0.463，已知该波长处的 ，求咖啡酸百分含量（见书后P215 题16）,练习,解：,2精密称取0.0500g样品，置于250mL容量瓶中，加入0.02mol/L HCL溶解，稀释至刻度。准确吸取2mL，稀释至100mL。以0.02mol/L HCL为空白,在263nm处用1cm吸收池测定透光率为41.7%，其摩尔吸光系数为12000，被测物分子量为100.0，试计算263nm处 和样品的百分含量。（见书后P215题17）,
