十章紫外吸收光谱分析

UV-Visible Spectrometry1.1.概述概述紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：波长范围：100-800 nm.100-800 nm.(1)(1)远紫外光区远紫外光区:100-200nm 100-200nm (2)(2)近紫外光区近紫外光区:200-400nm200-400nm(3)(3)可见光区可见光区:400-800nm400-800nm 250 300 350 400nm1234e e 可用于结构鉴定和定量分析。可用于结构鉴定和定量分析。电子跃迁的同时，伴随着振动转电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁动能级的跃迁;带状光谱。带状光谱。M +热热M+荧光或磷光荧光或磷光 E=E2 -E1=h 量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同波长分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光用不同波长的单色光照射，测吸光度度 吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 max；M +h M*光的互补光的互补：蓝：蓝 黄黄基态基态 激发态激发态E1 （E）E2（1 1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长处对应的波长称为最大吸收波长maxmax（2 2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似maxmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和maxmax则不则不同。同。（3 3）吸收曲线可以提供物质的）吸收曲线可以提供物质的结构信息结构信息，并作为物质定性，并作为物质定性分析的依据之一。也是定量分析中选择入射光波长的重要分析的依据之一。也是定量分析中选择入射光波长的重要依据。依据。（4 4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A A 有差异在有差异在maxmax处吸光度处吸光度A A 的差异最大所以测定最灵敏。此的差异最大所以测定最灵敏。此特性可作为物质特性可作为物质定量分析定量分析的依据。的依据。物质分子内部三种运动形式：物质分子内部三种运动形式：（1 1）电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运动 （2 2）原子核在其平衡位置附近的相对振动）原子核在其平衡位置附近的相对振动 （3 3）分子本身绕其重心的转动）分子本身绕其重心的转动 分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量分子的内能：电子能量E Ee e 、振动能量、振动能量E Ev v 、转动能量、转动能量E Er r 即即 E EE Ee e+E Ev v+E Er r e ev vr r 紫外紫外-可见光谱属于电子可见光谱属于电子跃迁光谱。跃迁光谱。电子能级间跃迁的同时电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。宽谱带。（1 1）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差EEr r：0.0050.0050.050eV0.050eV，跃迁产，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差E Ev v约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产生，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3 3）电子能级的能量差）电子能级的能量差EEe e较大较大1 120eV20eV。电子跃迁产生。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外的吸收光谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可见光谱或分子的可见光谱或分子的电子光谱电子光谱 （4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。性的依据。（5 5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数光系数maxmax也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同物不同物质的质的maxmax有时可能相同，但有时可能相同，但maxmax不一不一定相同；定相同；（6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。的光子数成正比，定量分析的依据。1 1紫外紫外可见吸收光谱可见吸收光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果：电子、电子、电子、电子、n n电子电子。分子轨道理论分子轨道理论：成键轨道成键轨道反键轨道反键轨道。当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反反键轨道键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量跃迁。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为：大小顺序为：n n n n 200nm200nm的光的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生，但当它们与生色团相连时，就会发生n n共轭作用，增强共轭作用，增强生色团的生色能力生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加加)，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。有机化合物的吸收谱带有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长剂使最大吸收波长maxmax和吸和吸收强度发生变化收强度发生变化:maxmax向长波方向移动称向长波方向移动称为为红移红移，向短波方向移动称，向短波方向移动称为蓝移为蓝移 (或紫移或紫移)。吸收强度。吸收强度即摩尔吸光系数即摩尔吸光系数增大或减增大或减小的现象分别称为小的现象分别称为增色效应增色效应或或减色效应减色效应，如图所示。，如图所示。所需能量最大；所需能量最大；电子只有吸收远紫外光的能量才能发电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁；生跃迁；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长吸收波长200 nm200 nm；例：甲烷的例：甲烷的maxmax为为125nm,125nm,乙烷乙烷maxmax为为135nm135nm。只能被真空紫外分光光度计检测到；只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂使用；作为溶剂使用；s sp p*s s*RKE,Bnp p E 所需能量较大。所需能量较大。吸收波长为吸收波长为150150250nm250nm，大部分在远紫外区，近紫外区，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物含非键电子的饱和烃衍生物(含含N N、O O、S S和卤素等杂原子和卤素等杂原子)均呈现均呈现n n*跃迁。跃迁。600215CH3NH2365258CH3I200173CH3CL150184CH3OH1480167H2Oemaxmax（nm）化合物 所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，紫外区，maxmax一般在一般在10104 4L Lmolmol1 1cmcm1 1以上，属于强吸收。以上，属于强吸收。（1）不饱和烃*跃迁 乙烯乙烯*跃迁的跃迁的maxmax为为162nm162nm，maxmax为为:1:110104 4 L Lmolmol-1-1cmcm1 1。K K带带共轭非封闭体系的共轭非封闭体系的p p p p*跃迁跃迁 C=C 发色基团发色基团，但 p p*200nm。ccHHHH取代基-SR-NR2-OR-Cl CH3 红移距离 45(nm)40(nm)30(nm)5(nm)5(nm)max=162nm 助色基团取代 p p（K带)发生红移。165nm 217nm p p p p p p p p p(HOMO LVMO)maxmax 基基-是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；无环、非稠环二烯母体：无环、非稠环二烯母体：maxmax=217=217 nmnm共轭烯烃（不多于四个双键）共轭烯烃（不多于四个双键）p p p p*跃迁吸收峰位置可由跃迁吸收峰位置可由伍伍德沃德德沃德菲泽菲泽 规则估算。规则估算。maxmax=基基+n ni i i i （2）共轭烯烃中的 p p*异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体：maxmax=214 nm=214 nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：同环（非稠环或稠环）二烯母体：maxmax=253 nm=253 nmn ni i I I :由双键上取代基种类和个数决定的校正项由双键上取代基种类和个数决定的校正项(1)(1)每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 +30+30(2)(2)环外双键环外双键 +5+5(3)(3)双键上取代基：双键上取代基：酰基（酰基（-OCOR-OCOR）0 0 卤素（卤素（-Cl-Cl，-Br-Br）+5+5烷基（烷基（-R-R）+5 +5 烷氧基（烷氧基（-OR-OR）+6+6 OCRY Y=H,R Y=H,R n n s s*180-190nm180-190nm p p p p*150-160nm150-160nm n n p p*275-295nm275-295nmY=-NH2,-OH,-OR Y=-NH2,-OH,-OR 等助色基团等助色基团K K 带红移，带红移，R R 带兰移；带兰移；R R带带 maxmax=205nm=205nm ；e e 10-10010-100K K R R ppp n p p n 165nm p Ocp p ppppn cOcc不饱和醛酮不饱和醛酮K K带红移：带红移：165165250nm250nmR R 带兰移：带兰移：290290310nm310nm 苯：苯：E E1 1带带180180 184nm184nm；e e=4700047000E E2 2带带200200 204 nm 204 nm e e=70007000 苯环上三个共扼双键的苯环上三个共扼双键的 p p p p*跃迁特征吸收带；跃迁特征吸收带；B B带带230-270 nm 230-270 nm e e=200200 p p p p*与与苯环振动引起；苯环振动引起；含取代基时，含取代基时，B B带简化，红带简化，红移。移。max（nm）e e max苯苯254200甲苯甲苯261300间二甲苯间二甲苯2633001，3，5-三甲苯三甲苯266305六甲苯六甲苯272300乙酰苯紫外光谱图羰基双键与苯环共扼：羰基双键与苯环共扼：K K带强；苯的带强；苯的E E2 2带与带与K K带合带合并，红移；并，红移；取代基使取代基使B B带简化；带简化；氧上的孤对电子：氧上的孤对电子：R R带，跃迁禁阻，弱；带，跃迁禁阻，弱；CC H3On p;R带p p;K带苯环上助色基团对吸收带的影响立体结构和互变结构的影响CCHHCCHH顺反异构顺反异构：顺式：顺式：maxmax=280nm=280nm；maxmax=10500=10500反式：反式：maxmax=295.5 nm=295.5 nm；maxmax=29000=29000互变异构互变异构：酮式：酮式：maxmax=204 nm=204 nm 烯醇式：烯醇式：maxmax=243 nm=243 nm H3CCH2CCOEtOOH3CCHCCOEtOHOCOCO非极性非极性 极性极性 n p p p p n n p n pn n p p*跃迁：跃迁：兰移；兰移；ee p p*跃迁跃迁：红移红移；ee max(正己烷正己烷)max(氯仿氯仿)max(甲醇甲醇)max(水水)pp230238237243np3293153093051：乙醚2：水12250300苯酰丙酮 非极性非极性 极性极性n n p p*跃迁：跃迁：兰移；兰移；ee p p p p*跃迁：红移；跃迁：红移；ee极性溶剂使精细结构极性溶剂使精细结构消失；消失；10-1-3 金属配合物的紫外可见吸收光谱 金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游离金属离子离金属离子(水合离子水合离子)和配位体本身的颜色。金属配合物的和配位体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要有三种类型：生色机理主要有三种类型：配位体微扰的金属离子配位体微扰的金属离子d d一一d d电子跃迁和电子跃迁和一一电子跃迁电子跃迁 摩尔吸收系数摩尔吸收系数很小，对定量分析意义不大。很小，对定量分析意义不大。金属离子微扰的配位体内电子跃迁金属离子微扰的配位体内电子跃迁 金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化非常明显。共价键和配位键结合，则变化非常明显。电荷转移吸收光谱电荷转移吸收光谱 在分光光度法中具有重要意义。在分光光度法中具有重要意义。电荷转移吸收光谱1 当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属M M轨道上电荷的转轨道上电荷的转移到配位体移到配位体L L的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。所产生的吸收光谱称为荷移光谱。1 电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应，因此呈现荷移电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应，因此呈现荷移光谱的必要条件是构成分子的二组分，一个为电子给予体，另一个应为光谱的必要条件是构成分子的二组分，一个为电子给予体，另一个应为电子接受体。电子接受体。1 电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数一般都较大一般都较大(10(10 4 4左右左右)，适宜于微量金属的检出和测定。，适宜于微量金属的检出和测定。1 电荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现荷移光谱，荷移光谱的最电荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现荷移光谱，荷移光谱的最大吸收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。大吸收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。例：例：FeFe3 3与与SCNSCN形成血红色配合物，在形成血红色配合物，在490nm490nm处有强吸收峰。处有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：其实质是发生了如下反应：FeFe3 3 SCNSCN hvhv=Fe SCN=Fe SCN 2 2 10-1-4 10-1-4 光的吸收定律光的吸收定律 1.朗伯比耳定律 布格布格(Bouguer)(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A Ab b 1852 1852年比耳年比耳(Beer)(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。度之间也具有类似的关系。A A c c 二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：比耳定律，其数学表达式为：A=A=lg(lg(I I0 0/I It t)=)=e ebc bc A A：吸光度；溶液对光的吸收程度；：吸光度；溶液对光的吸收程度；b b：液层厚度：液层厚度(光程长度光程长度)，cmcm；c c：溶液的摩尔浓度，：溶液的摩尔浓度，molmolL L-；e e：摩尔吸光系数，：摩尔吸光系数，L Lmolmol-cmcm-；或：或：A=A=lg(lg(I I0 0/I It t)=)=abcabc c c：溶液的浓度，：溶液的浓度，g gL L-a a：吸光系数，：吸光系数，L Lg g-cmcm-1-1透光度(透光率)T透过度透过度T T:描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度:T T=I I t t /I I0 0吸光度吸光度A A与透光度与透光度T T 的关系的关系:A A lg lg T T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；依据。应用于各种光度法的吸收测量；摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L1 mol/L、液层、液层厚度为厚度为1cm1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度；吸光系数吸光系数a a(L(Lg-1g-1cm-1cm-1）相当于浓度为）相当于浓度为1 g/L1 g/L、液层、液层厚度为厚度为1cm1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。2.摩尔吸光系数的讨论（1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；（2 2）不随浓度）不随浓度c c和光程长度和光程长度b b的改变而改变。在温度和波长的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；浓度无关；（3 3）可作为定性鉴定的参数；）可作为定性鉴定的参数；（4 4）同一吸收物质在不同波长下的）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大值是不同的。在最大吸收波长吸收波长maxmax处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸光系数，常以maxmax表示。表示。maxmax表明表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。物质可能达到的最大灵敏度。（5 5）maxmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。该物质的灵敏度越高。10105 5：超高灵敏；：超高灵敏；=(6=(61010）10104 4 ：高灵敏；：高灵敏；2210104 4：不灵敏。：不灵敏。（6 6）在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/L1mol/L、液层厚度为、液层厚度为1cm1cm时该溶时该溶液在某一波长下的吸光度。液在某一波长下的吸光度。难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。朗朗比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯致对朗伯比耳定律的正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯光都会引起对朗伯比耳定律的偏离，比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。的偏离。3.偏离朗伯比耳定律的原因 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯朗伯比耳定律的偏离。引起偏离的因素：比耳定律的偏离。引起偏离的因素：假设由波长为假设由波长为1 1和和2 2的两单色光的两单色光组成的入射光通过浓度为组成的入射光通过浓度为c c的溶液，则：的溶液，则：A A 1 1lglg（o o1 1/t t1 1 ）1 1bcbc A A 2 2lg(lg(o o2 2/t t2 2 ）2 2bcbc故：故：式中：式中：o o1 1、o o2 2分别为分别为1 1、2 2 的入射光强度；的入射光强度；t t1 1、t t2 2分别为分别为1 1、2 2 的透射光强度；的透射光强度；1 1、2 2分别为分别为1 1、2 2的摩尔吸光系数；的摩尔吸光系数；因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A A总总，并不能分别测得，并不能分别测得A A1 1和和A A2 2，故，故cbcbIIII 212111OtOt10;10 A A总总 lglg（o o总总/t t总总 )lg(lg(I Io o1 1+o o2 2)/()/(t t1 1+t t2 2）lg(lg(I Io o1 1+o o2 2)/()/(o o1 11010-1 1bcbc +o o2 21010-2 2bcbc ）令：令：1 1-2 2 ee ；设：设：o o1 1 o o2 2 A A总总 lg(2lg(2I Io o1 1)/)/t t1 1(1(110 10-bcbc ）A A 1 1+lg2-lg(1+lg2-lg(110 10-bcbc )讨论:A A总总 =A A1 1+lg2-lg(1+lg2-lg(11010 bcbc )(1)(1)ee =0=0；即：即：e e 1 1=e e 2 2=e e 则：则：A总 lglg（o/o/t t）e e bc bc(2)(2)ee 00 若若 ee 0 0；即；即e e 2 2 0,0,lg(1lg(110 10 ee bcbc)值随值随c c值增大而增大，则标值增大而增大，则标准曲线偏离直线向准曲线偏离直线向c c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向轴弯曲，即负偏离；反之，则向A A轴弯轴弯曲，即正偏离。曲，即正偏离。讨论:(3)(3)ee 很小时，即很小时，即1 12 2：可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使。若浓度较高，即使 ee 很小，很小，A A总总 1 1 ，且随着，且随着c c值值增大，增大，A A总总 与与A A 1 1的差异愈大，在图上则表现为的差异愈大，在图上则表现为A Ac c曲线上部曲线上部(高浓度区高浓度区)弯曲愈严重。弯曲愈严重。故朗伯故朗伯比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液。(4)(4)为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。且吸收曲线较平坦处。(2)化学性因素 朗朗比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；作用；假定只有在稀溶液假定只有在稀溶液(c c1010 10 2 2 mol/L mol/L 时，吸光质点间可能发生缔时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。合等相互作用，直接影响了对光的吸收。故：朗伯故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。例：例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrOCrO4 42-2-2H2H =Cr=Cr2 2O O7 72-2-H H2 2O O 溶液中溶液中CrOCrO4 42-2-、CrCr2 2O O7 72-2-的颜色不同，吸光性质也不相同。故的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液此时溶液pH pH 对测定有重要影响。对测定有重要影响。光源单色器样品室检测器显示1.光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围光源，其辐射波长范围在在3203202500 nm2500 nm。紫外区：氢、氘灯。紫外区：氢、氘灯。发射发射185185400 nm400 nm的连的连续光谱。续光谱。将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。波长单色光的光学系统。入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；聚焦装置：透镜或聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝；出射狭缝。出射狭缝。样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。石英池，可见区一般用玻璃池。4.检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，如：光电池、光电管、如：光电池、光电管、光电二极管或光电倍增管光电二极管或光电倍增管(目前常用目前常用)。5.结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理仪器自动控制和结果处理1.1.单光束单光束 简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。有很高的稳定性。2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价结构分析。仪器复杂，价格较高。格较高。将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光(1 1、2 2)快束交替通过同快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。=1 12nm2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。两波长同时扫描即可获得导数光谱。10-3 显色与测量条件的选择10-3-1 显色反应的选择1 1.选择显色反应时，应考虑的因素选择显色反应时，应考虑的因素 灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比度对比度”，要求，要求 60nm 60nm。2.2.配位显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外荷转移跃迁，产生很强的紫外可见吸收光谱。可见吸收光谱。3.3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如某些元素的氧化态，如MnMn（）、）、CrCr（）在紫外或可）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。测定。例如：钢中微量锰的测定，是例如：钢中微量锰的测定，是将将MnMn2 2 氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnOMnO4 4-后，在后，在525 nm525 nm处进行测定。处进行测定。无机显色剂：无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。有机显色剂：有机显色剂：种类繁多种类繁多 偶氮类显色剂偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PARPAR等等。三苯甲烷类三苯甲烷类：铬天青铬天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等10-3-2 显色反应条件的选择1 1.显色剂用量显色剂用量 吸光度吸光度A A与显色剂用量与显色剂用量C CR R的关系会出现如图所示的几种的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。情况。选择曲线变化平坦处。2 2.反应体系的酸度反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同在相同实验条件下，分别测定不同pHpH值条件值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的恒定的平坦区所对应的pHpH范围。范围。3 3.显色时间与温度显色时间与温度 实验确定实验确定4 4.溶剂溶剂 一般尽量采用水相测定一般尽量采用水相测定1 1.加入掩蔽剂加入掩蔽剂 选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。的测定。例：测定例：测定TiTi4 4，可加入，可加入H H3 3POPO4 4掩蔽剂使掩蔽剂使FeFe3+3+(黄色黄色)成为成为Fe(POFe(PO)2 23-3-(无色无色)，消除，消除FeFe3+3+的干扰；又如用铬天菁的干扰；又如用铬天菁S S光度法测定光度法测定AlAl3+3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将FeFe3+3+还原为还原为FeFe2+2+，消除，消除FeFe3+3+的干扰。的干扰。2.2.选择适当的显色反应条件选择适当的显色反应条件3.3.分离干扰离子分离干扰离子10-3-4 测定条件的选择1 1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择一般应该选择maxmax为入射光波长。为入射光波长。如果如果maxmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。稍低但能避免干扰的入射光波长。2.选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则：（1）若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；作参比溶液；（2）若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”(不加试样溶液不加试样溶液)作参比溶液作参比溶液；（3）若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用则可用“试样空白试样空白”(不加显色剂不加显色剂)作参比溶液；作参比溶液；（4）若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。为参比溶液。不同的透光度读数，产生的误差大小不同：不同的透光度读数，产生的误差大小不同：lglgT T=bcbc微分：微分：dlgdlgT T0.434dln0.434dlnT T=-0.434=-0.434T T-1-1 d dT T=bb d dc c两式相除得：两式相除得：d dc c/c c=（0.434/0.434/T TlglgT T ）d dT T 以有限值表示可得：以有限值表示可得：c c/c c=（0.434/0.434/T TlglgT T）T T 浓度测量值的相对误差（浓度测量值的相对误差（c c/c c）不仅与仪器的透）不仅与仪器的透光度误差光度误差T T 有关，而且与其透光度读数有关，而且与其透光度读数T T 的值也有关。的值也有关。是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？最佳读数范围与最佳值 设：设：T T=1%=1%，则可绘出溶液浓度，则可绘出溶液浓度相对误差相对误差c c/c c与其透光度与其透光度T T 的关系曲的关系曲线。如图所示：线。如图所示：当：当：T T=1%=1%，T T 在在20%20%65%65%之间时，浓度相对误差较小，最佳读之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围。数范围。可求出浓度相对误差最小时的透光度可求出浓度相对误差最小时的透光度T Tminmin为：为：T Tminmin36.8%,36.8%,A Aminmin0.4340.434 用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T T%=20%=2065%65%，吸光度吸光度 A A=0.70=0.700.200.20。1.1.合成新的高灵敏度有机显色剂合成新的高灵敏度有机显色剂2.2.采用分离富集和测定相结合采用分离富集和测定相结合3.3.采用三元采用三元(多元多元)配合物显色体系配合物显色体系 由一个中心金属离子与两种由一个中心金属离子与两种(或两种以上或两种以上)不同配位体形成的配合物，不同配位体形成的配合物，称为三元称为三元(多元多元)配合物。配合物。多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物比多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配位其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作用体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作用，使共轭，使共轭电子的流动性和电子跃迁几率增大。三元配合物主要类型有电子的流动性和电子跃迁几率增大。三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束：三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束(增溶增溶)配合物。配合物。10-4 10-4 定性分析定性分析10-4-1 10-4-1 定性方法定性方法e emaxmax：化合物特性参数，可作为定性依据；：化合物特性参数，可作为定性依据；有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团的特性，不完全反映分子特性；的特性，不完全反映分子特性；计算吸收峰波长，确定共扼体系等计算吸收峰波长，确定共扼体系等 甲苯与乙苯：谱图基本相同；甲苯与乙苯：谱图基本相同；结构确定的辅助工具；结构确定的辅助工具；e emax max，maxmax都相同，可能是一个化合物；都相同，可能是一个化合物；标准谱图库：标准谱图库：4600046000种化合物紫外光谱的标准谱图种化合物紫外光谱的标准谱图 The sadtler standard spectra,Ultraviolet 10-4-2 有机化合物结构辅助解析 1.1.可获得的结构信息可获得的结构信息（1 1）200-400nm 200-400nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2 2）270-350 nm270-350 nm有吸收峰（有吸收峰（=10-100=10-100）醛酮）醛酮 n n*跃迁跃迁产生的产生的R R 带。带。（3 3）250-300 nm 250-300 nm 有中等强度的吸收峰（有中等强度的吸收峰（=200-2000=200-2000），），芳环的特征芳环的特征 吸收（具有精细解构的吸收（具有精细解构的B B带）。带）。（4 4）200-250 nm200-250 nm有强吸收峰（有强吸收峰（10104 4），表明含有一个共），表明含有一个共轭体系（轭体系（K K）带。共轭二烯：）带。共轭二烯：K K带（带（230 nm230 nm）；）；不饱和不饱和醛酮：醛酮：K K带带 230 nm 230 nm，R R带带 310-330 nm310-330 nm260nm,300 nm,330 nm260nm,300 nm,330 nm有强吸收峰，有强吸收峰，3,4,53,4,5个双键的共轭体系个双键的共轭体系。(1)(1)确认确认 maxmax，并算出并算出，初步估计属于何种吸收带；，初步估计属于何种吸收带；(2)(2)观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；(3)(3)乙酰化位移乙酰化位移CH3CH3OHCH3OCOCH3B B带：带：262 nm(262 nm(302)274 nm(302)274 nm(2040)261 nm(2040)261 nm(300)300)(4)(4)pHpH值的影响值的影响 加加NaOHNaOH红移红移酚类化合物，烯醇。酚类化合物，烯醇。加加HClHCl兰移兰移苯胺类化合物。苯胺类化合物。定义：定义：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对对”数。数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1 1。计算：计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素若分子中仅含一，二，三，四价元素(H(H，O O，N N，C)C)，则可按下式进行不饱和度的计算：则可按下式进行不饱和度的计算：=（2+22+2n n4 4+n n3 3 n n1 1 ）/2/2 n n4 4，n n3 3 ，n n1 1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。分别为分子中四价，三价，一价元素数目。作用：作用：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例：例：C C9 9H H8 8O O2 2 =（2+22+2 9 9 8 8）/2=6/2=6 有一化合物有一化合物C C1010H H1616由红外光谱证明有双键和异丙基存在，由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱其紫外光谱 maxmax=231=231 nm nm（90009000），此化合物加氢只能吸此化合物加氢只能吸收收2 2克分子克分子H H2 2，确定其结构。，确定其结构。解：解：计算不饱和度计算不饱和度 =3 =3；两个双键；共轭？加一分子氢两个双键；共轭？加一分子氢 maxmax=231 nm=231 nm，可能的结构可能的结构 计算计算 maxmax ABCD maxmax：232 273 268 268232 273 268 268 maxmax=非稠环二烯（非稠环二烯（a,ba,b）+2+2 烷基取代烷基取代+环外双键环外双键 =217+2=217+25+5=2325+5=232（231231）1.1.单组分的测定单组分的测定 通常采用通常采用 A-CA-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。2.2.多组分的同时测定多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。这本质上与单组分测定没有区别。若各组分的吸收曲线互有重叠，若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。得出各组分的含量。A A11=a1a1bcbca a b1b1bcbcb b A A22=a2a2bcbca a b2b2bcbcb b 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。比溶液。设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为c cx x，标准溶液浓度为，标准溶液浓度为c cs s(c cs s c cx x)。则：则：A Ax x=bb c cx x A As s=b cb cs s =x x s s=bb(c cx x c cs s ）=bbc c 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度度之差之差。示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c c呈直线关系。由标准曲线上查得呈直线关系。由标准曲线上查得相应的相应的c c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度 c cx x=c cs s+c c.不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光(1 1和和2 2)；以参比波长；以参比波长1 1处的吸光度处的吸光度A A11作为参比，来消作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。长法有所提高。AA A A22 A A11 (22 11)b cb c 两波长处测得的吸光度差值两波长处测得的吸光度差值AA与待测组分浓度成正比。与待测组分浓度成正比。11和和22分别表示待测组分在分别表示待测组分在1 1和和2 2处的摩尔吸光系数处的摩尔吸光系数。选定的波长选定的波长1 1和和2 2处干扰组分应具有相同吸光度，处干扰组分应具有相同吸光度，即：即：AAy=y=A A y y22 A A y y11=0=0故：故：AAx+y=x+y=A A x=(x=(x x22x x11)bcbcx x此时：测得的吸光度差此时：测得的吸光度差AA只与待测组分只与待测组分x x的浓度呈线性关系的浓度呈线性关系，而与干扰组分，而与干扰组分y y无关。若无关。若x x为干扰组分，则也可用同样的方为干扰组分，则也可用同样的方法测定法测定y y组分。组分。可采用作图法选择符合可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合。上述两个条件的波长组合。在选定的两个波长在选定的两个波长1 1和和2 2处待测组分的吸光度应具有处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。足够大的差值。导数分光光度法在多组分同时测定、浑浊样品分析、消导数分光光度法在多组分同时测定、浑浊样品分析、消除背景干扰、加强光谱的精细结构以及复杂光谱的辨析等除背景干扰、加强光谱的精细结构以及复杂光谱的辨析等方面，显示了很大的优越性。方面，显示了很大的优越性。利用吸光度利用吸光度(或透光度或透光度)对波长的导数曲线来进行分析：对波长的导数曲线来进行分析：0 0 e e-bcbc假定入射光强度假定入射光强度0 0 在整个波长范围内保持恒定：在整个波长范围内保持恒定：d dI I 0 0/d/d0 0则则：d dI I/d/d0 0 bcbc e e-bc-bc d d/d/d 0 0 bcbc d d/d/d d dI I/d/d 0 0 bcbc d d/d/d 一阶导数信号与试样浓度呈一阶导数信号与试样浓度呈线性关系；线性关系；测定灵敏度依赖于摩尔吸光测定灵敏度依赖于摩尔吸光系数对波长的变化率系数对波长的变化率d d/d/d。吸。吸收曲线的拐点处收曲线的拐点处d d/d/d最大，故最大，故其灵敏度最高其灵敏度最高(见图）。见图）。同理可以导出其二阶和三阶导同理可以导出其二阶和三阶导数光谱（略）数光谱（略）作业作业：课后所有习题课后所有习题