第3章-紫外可见分光光度法课件

第三章第三章 紫外-可见分光光度法UV-Visible Spectrometry7/9/20241山东师范大学人资环学院 邴建生目 录3-1 基本原理 3-1-1 紫外可见吸收光谱的产生 3-1-2 有机物吸收光谱与电子跃迁 3-1-3 金属配合物的紫外可见 吸收光谱 3-1-4 光的吸收定律3-2 紫外-可见分光光度计 3-2-1 基本组成 3-2-2 分光光度计的类型 3-2-3 作为HPLC检测器（参见参见HPLC有关章节）有关章节）3-3 显色与测量条件的选择 3-3-1 显色反应的选择 3-3-2 显色反应条件的选择 3-3-3 共存离子干扰的消除 3-3-4 测定条件的选择 3-3-5 提高光度测定灵敏度和 选择性的途径3-4 定性分析 3-4-1 定性方法 3-4-2 有机化合物结构解析3-5 定量分析 3-5-1 普通分光光度法 3-5-2 示差分光光度法 3-5-3 双波长分光光度法 3-5-4 导数分光光度法7/9/20242山东师范大学人资环学院 邴建生3-1 基本原理3-1-1 紫外可见吸收光谱的产生1.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：100-800nm.(1)远紫外光区远紫外光区:100-200nm(2)近紫外光区近紫外光区:200-400nm(3)可见光区可见光区:400-800nm250300350400nm1234 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。7/9/20243山东师范大学人资环学院 邴建生2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线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分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；长光的吸收程度不同；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）E27/9/20244山东师范大学人资环学院 邴建生（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处）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对应的波长称为最大吸收波长max（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max不变。不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。则不同。（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，并作为物质定性分，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依据。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。（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 有差有差异在异在max处吸光度处吸光度A 的差异最大所以测定最灵敏。此特性可作为的差异最大所以测定最灵敏。此特性可作为物质物质定量分析定量分析的依据。的依据。7/9/20245山东师范大学人资环学院 邴建生3.紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁 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）电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运动（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）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Ee、振动能量振动能量Ev、转动能量、转动能量Er即即EEe+Ev+Erevr7/9/20246山东师范大学人资环学院 邴建生能级跃迁 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。7/9/20247山东师范大学人资环学院 邴建生（1）转转动动能能级级间间的的能能量量差差Er：0.0050.050eV，跃跃迁迁产产生生吸吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振振动动能能级级的的能能量量差差Ev约约为为：0.05eV，跃跃迁迁产产生生的的吸吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）电电子子能能级级的的能能量量差差Ee较较大大120eV。电电子子跃跃迁迁产产生生的的吸吸收光谱在紫外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电子光谱可见光谱或分子的电子光谱 （4）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）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，是物质定性的依据。所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。（5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供）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。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同物质的不同物质的max有时可能相同，但有时可能相同，但max不不一定相同；一定相同；（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分）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。析的依据。7/9/20248山东师范大学人资环学院 邴建生3-1-2 有机物吸收光谱与电子跃迁1紫外可见吸收光谱 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 200nm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共轭作用，共轭作用，增强生色团的生色能力增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加度增加)，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。7/9/202410山东师范大学人资环学院 邴建生红移与蓝移 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。7/9/202411山东师范大学人资环学院 邴建生2.跃迁跃迁 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 E7/9/202412山东师范大学人资环学院 邴建生3.n跃迁 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、O、S和卤素等杂原和卤素等杂原子子)均呈现均呈现n n*跃迁。跃迁。7/9/202413山东师范大学人资环学院 邴建生4.*跃迁 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 L molmol1 1 cmcm1 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 L molmol-1-1 cmcm1 1。K带带共轭非封闭体系的共轭非封闭体系的 *跃迁（跃迁（共共轭的意思）轭的意思）C=C发色基团发色基团，但*200nm。max=162nm助色基团取代（K带)发生红移。7/9/202414山东师范大学人资环学院 邴建生165nm217nm (HOMO LVMO)max 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：max=217nm共轭烯烃共轭烯烃（不多于四个双键）*跃迁吸收峰位置可由伍德伍德沃德沃德菲泽菲泽 规则估算。max=基基+ni i（2）共轭烯烃中的 *7/9/202415山东师范大学人资环学院 邴建生异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体：max=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：max=253 nmni 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)每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键+30(2)环外双键环外双键+5(3)双键上取代基：双键上取代基：酰基酰基（-OCOR）0卤素卤素（-Cl，-Br）+5烷基烷基（-R）+5烷氧基烷氧基（-OR）+67/9/202416山东师范大学人资环学院 邴建生（3）羰基化合物共轭烯烃中的 *Y=H,R n *180-190nm *150-160nm n *275-295nmY=-NH2,-OH,-OR 等助色基团K 带红移，R 带兰移；R带 max=205nm；10-100KKRRnn165nmn不饱和醛酮K带红移：165250nmR 带兰移：290310nm 7/9/202417山东师范大学人资环学院 邴建生（4）芳香烃及其杂环化合物苯：苯：E1带带180 184nm；=47000E2带带200 204nm=7000苯苯环环上上三三个个共共扼扼双双键键的的 *跃迁特征吸收带；跃迁特征吸收带；B带带230-270nm=200 *与与苯环振动引起；苯环振动引起；含含取取代代基基时时，B带带简简化化，红红移。移。max（nm）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2723007/9/202418山东师范大学人资环学院 邴建生乙酰苯紫外光谱图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带带强强；苯苯的的E2带带与与K带带合合并，红移；并，红移；取代基使取代基使B带简化；带简化；氧上的孤对电子：氧上的孤对电子：R带，跃迁禁阻，弱；带，跃迁禁阻，弱；CC H3On;R带 ;K带7/9/202419山东师范大学人资环学院 邴建生苯环上助色基团对吸收带的影响苯环上助色基团对吸收带的影响7/9/202420山东师范大学人资环学院 邴建生苯环上发色基团对吸收带的影响苯环上发色基团对吸收带的影响7/9/202421山东师范大学人资环学院 邴建生5.立体结构和互变结构的影响顺反异构顺反异构：顺式：顺式：max=280nm；max=10500反式：反式：max=295.5nm；max=29000互变异构互变异构：酮式：酮式：max=204nm烯醇式：烯醇式：max=243nm 7/9/202422山东师范大学人资环学院 邴建生6.溶剂的影响非极性极性n n n p n pn*跃迁跃迁：兰移；兰移；*跃迁跃迁：红移红移；max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)230238237243n3293153093057/9/202423山东师范大学人资环学院 邴建生1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮非极性非极性极性极性n*跃迁：跃迁：兰移；兰移；*跃迁：红移；跃迁：红移；极性溶剂使精细结构极性溶剂使精细结构消失；消失；7/9/202424山东师范大学人资环学院 邴建生3-1-3 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。7/9/202425山东师范大学人资环学院 邴建生电荷转移吸收光谱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，因此呈现荷移光谱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，另一个应为电子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。接受体。1电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数一般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都较大(104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，荷移光谱的最大吸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。收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。例：例：Fe3与与SCN形成血红色配合物，在形成血红色配合物，在490nm处有强吸收峰。其处有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：实质是发生了如下反应：Fe3SCNhv=FeSCN2 7/9/202426山东师范大学人资环学院 邴建生3-1-4 光的吸收定律 1.朗伯比耳定律 布格布格(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)先后于先后于1729年和年和1760年年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。Ab 1852年比耳年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度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。之间也具有类似的关系。Ac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=lg(I0/It)=bc 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：液层厚度液层厚度(光程长度光程长度)，cm；c：溶液的摩尔浓度，溶液的摩尔浓度，molL-；：摩尔吸光系数，：摩尔吸光系数，Lmol-cm-；或：或：A=lg(I0/It)=abcc：溶液的浓度，溶液的浓度，gL-a：吸光系数，吸光系数，Lg-cm-17/9/202427山东师范大学人资环学院 邴建生透光度(透光率)T透过度透过度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=It/I0吸光度吸光度A与透光度与透光度T的关系的关系:AlgT 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1mol/L、液层厚度液层厚度为为1cm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(Lg-1cm-1）相当于浓度为相当于浓度为1g/L、液层厚度液层厚度为为1cm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。7/9/202428山东师范大学人资环学院 邴建生2.摩尔吸光系数的讨论（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）不随浓度）不随浓度c和光程长度和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3）可作为定性鉴定的参数；）可作为定性鉴定的参数；（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。在最大吸收波长值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸光系数，常以max表示。表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸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物质可能达到的最大灵敏度。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。（5）max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。度越高。105：超高灵敏；：超高灵敏；=(610）104：高灵敏；：高灵敏；2104：不灵敏。：不灵敏。（6）在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm时该溶液在某一波时该溶液在某一波长下的吸光度。长下的吸光度。7/9/202429山东师范大学人资环学院 邴建生（1）物理性因素 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。复合光可导致对朗伯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、非平行入射光都会非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯引起对朗伯比耳定律的偏离，最主要的是比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。非单色光作为入射光引起的偏离。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：标准曲线常发生弯曲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），这种现象称为对朗伯（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。引起偏离的因素：引起偏离的因素：7/9/202430山东师范大学人资环学院 邴建生非单色光作为入射光引起的偏离 假设由波长为假设由波长为1和和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的溶液，则：的溶液，则：A 1lg（o1/t1）1bcA 2lg(o2/t2）2bc故：故：式中：式中：o1、o2分别为分别为1、2的入射光强度；的入射光强度；t1、t2分别为分别为1、2的透射光强度；的透射光强度；1、2分别为分别为1、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总总，并不能分别测得，并不能分别测得A1和和A2，故，故7/9/202431山东师范大学人资环学院 邴建生 A总总lg（o总总/t总总)lg(Io1+o2)/(t1+t2）lg(Io1+o2)/(o110-1bc+o210-2bc）令：令：1-2；设：设：o1o2 A总总lg(2Io1)/t1(110-bc）A 1+lg2-lg(110-bc)讨论:7/9/202432山东师范大学人资环学院 邴建生讨论讨论:A总总=A1+lg2-lg(110 bc)(1)=0；即：即：1=2=则：则：A总 lg（o/t）bc(2)0 若若 0；即即 20,lg(110 bc)值随值随c值增大而增大，则标准曲线偏离值增大而增大，则标准曲线偏离直线向直线向c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏离。轴弯曲，即正偏离。7/9/202433山东师范大学人资环学院 邴建生讨论讨论:A总总=A1+lg2-lg(110 bc)(3)很小时，即很小时，即12：可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若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，即使浓度较高，即使 很小，很小，A总总1，且随着，且随着c值增大，值增大，A总总与与A 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Ac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)为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单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且色器。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。吸收曲线较平坦处。7/9/202434山东师范大学人资环学院 邴建生(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(c102mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等时，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。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。化学平衡时。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：CrO42-2H=Cr2O72-H2O溶液中溶液中CrO42-、Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液同。故此时溶液pH对测定有重要影响。对测定有重要影响。7/9/202435山东师范大学人资环学院 邴建生3-2 紫外-可见分光光度计3-2-1 基本组成1.光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射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。强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在源，其辐射波长范围在3202500nm。紫外区：氢、氘灯。发射紫外区：氢、氘灯。发射185400nm的连续光谱。的连续光谱。7/9/202436山东师范大学人资环学院 邴建生 2.单色器单色器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。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：透镜或凹面聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝。出射狭缝。7/9/202437山东师范大学人资环学院 邴建生3.样品室 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。池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。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，如：光电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、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、微机进行仪器自检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理动控制和结果处理7/9/202438山东师范大学人资环学院 邴建生3-2-2 分光光度计的类型1.单光束 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有很高的稳定性。作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2.双光束 自动记录，快速全波段扫描。自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。价格较高。7/9/202439山东师范大学人资环学院 邴建生3.双波长 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)快束交替通过同一吸收池而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。后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。=1 12nm2nm。两波长同两波长同时扫描即可获得导数光谱。时扫描即可获得导数光谱。7/9/202440山东师范大学人资环学院 邴建生3-3 显色与测量条件的选择3-3-1 显色反应的选择1.选择显色反应时，应考虑的因素 灵灵敏敏度度高高、选选择择性性高高、生生成成物物稳稳定定、显显色色剂剂在在测测定定波波长长处处无无明明显显吸吸收，两种有色物最大吸收波长之差：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。2.配位显色反应 当当金金属属离离子子与与有有机机显显色色剂剂形形成成配配合合物物时时，通通常常会会发发生生电电荷荷转转移移跃跃迁迁，产生很强的紫外产生很强的紫外可见吸收光谱。可见吸收光谱。3.氧化还原显色反应某某些些元元素素的的氧氧化化态态，如如Mn（）、Cr（）在在紫紫外外或或可可见见光光区区能能强强烈烈吸吸收收，可可利利用用氧氧化化还还原原反反应应对对待待测测离离子子进进行行显显色色后后测测定定。例例如如：钢钢中中微微量量锰锰的的测测定定，是是将将Mn2氧氧化化成成紫紫红红色色的的MnO4-后后，在在525nm处处进进行测定。行测定。7/9/202441山东师范大学人资环学院 邴建生4.显色剂无机显色剂：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7/9/202442山东师范大学人资环学院 邴建生3-3-2 显色反应条件的选择1.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的关系的关系会出现如图所示的几种情况。选择会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。曲线变化平坦处。2.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值条件下显色溶值条件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应的pHpH范围。范围。3.显色时间与温度 实验确定实验确定4.溶剂 一般尽量采用水相测定，一般尽量采用水相测定，7/9/202443山东师范大学人资环学院 邴建生3-3-3 共存离子干扰的消除1.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；掩蔽剂本身及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的测定。蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。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+的干的干扰；又如用铬天菁扰；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+还还原为原为FeFe2+2+，消除消除FeFe3+3+的干扰。的干扰。2.选择适当的显色反应条件3.分离干扰离子7/9/202444山东师范大学人资环学院 邴建生3-3-4 测定条件的选择1.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稍低但能避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。免干扰的入射光波长。7/9/202445山东师范大学人资环学院 邴建生 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？测得的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。测得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）若若仅仅待待测测组组分分与与显显色色剂剂反反应应产产物物在在测测定定波波长长处处有有吸吸收收，其其它它所所加加试试剂均无吸收，用纯溶剂（水剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；作参比溶液；（2）若若显显色色剂剂或或其其它它所所加加试试剂剂在在测测定定波波长长处处略略有有吸吸收收，而而试试液液本本身身无无吸吸收，用收，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）若若待待测测试试液液在在测测定定波波长长处处有有吸吸收收，而而显显色色剂剂等等无无吸吸收收，则则可可用用“试试样空白样空白”(不加显色剂不加显色剂)作参比溶液；作参比溶液；（4）若若显显色色剂剂、试试液液中中其其它它组组分分在在测测量量波波长长处处有有吸吸收收，则则可可在在试试液液中中加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。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。7/9/202446山东师范大学人资环学院 邴建生3.控制适宜的吸光度（读数范围）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：lgT=bc微分：微分：dlgT0.434dlnT=-0.434T-1dT=bdc两式相除得：两式相除得：dc/c=（0.434/TlgT）dT以有限值表示可得：以有限值表示可得：c/c=（0.434/TlgT）T 浓度测量值的相对误差（浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪器的透光度误不仅与仪器的透光度误差差T 有关，而且与其透光度读数有关，而且与其透光度读数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？7/9/202447山东师范大学人资环学院 邴建生最佳读数范围与最佳值 设：设：T=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与其透光度与其透光度T 的关系曲线。的关系曲线。如图所示：如图所示：当：当：T=1%，T 在在20%65%之之间时，浓度相对误差较小，最佳读数间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围。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Tmin为：为：Tmin36.8%,Amin0.434 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%=2065%，吸光度吸光度A=0.700.20。7/9/202448山东师范大学人资环学院 邴建生3-3-5 提高光度测定灵敏度和选择性的途径1.合成新的高灵敏度有机显色剂2.采用分离富集和测定相结合3.采用三元(多元)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，使共轭用，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、三元胶束有：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。7/9/202449山东师范大学人资环学院 邴建生3-4 定性分析3-4-1 定性方法 max：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的特性，不完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；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；max，max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：46000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Thesadtlerstandardspectra,Ultraviolet 7/9/202450山东师范大学人资环学院 邴建生3-4-2 有机化合物结构辅助解析1.可获得的结构信息（1）200-400nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2）270-350 nm有吸收峰（=10-100）醛酮 n*跃迁产生的R 带。（3）250-300 nm 有中等强度的吸收峰（=200-2000），芳环的特征 吸收（具有精细解构的B带）。（4）200-250 nm有强吸收峰（104），表明含有一个共轭体系（K）带。共轭二烯：K带（230 nm）；不饱和醛酮：K带230 nm，R带310-330 nm260nm,300 nm,330 nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系。7/9/202451山东师范大学人资环学院 邴建生2.光谱解析注意事项(1)确认max，并算出，初步估计属于何种吸收带；(2)观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；(3)乙酰化位移B带带：262nm(302)274nm(2040)261nm(300)(4)pH值的影响 加NaOH红移酚类化合物，烯醇。加HCl兰移苯胺类化合物。7/9/202452山东师范大学人资环学院 邴建生3.分子不饱和度的计算定义：定义：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。计算：计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素(H，O，N，C)，则可按下式进行不饱和度的计算：=（2+2n4+n3 n1）/2 n4，n3 ，n1 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，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例：C9H8O2 =（2+29 8）/2=67/9/202453山东师范大学人资环学院 邴建生4.解析示例有一化合物C10H16由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱 max=231 nm（9000），此化合物加氢只能吸收2克分子H2，确定其结构。解：计算不饱和度 =3；两个双键；共轭？加一分子氢 max=231 nm，可能的结构计算max max：232273268268max=非稠环二烯（a,b）+2烷基取代+环外双键=217+25+5=232（231）7/9/202454山东师范大学人资环学院 邴建生3-5 定量分析3-5-1 普通分光光度法1.单组分的测定 通常采用通常采用A-C标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。2.多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最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。这本质上与单组分测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。定没有区别。若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光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得出各组分的含量。度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。A1=a1bcab1bcb A2=a2bcab2bcb 7/9/202455山东师范大学人资环学院 邴建生3-5-2 示差分光光度法（示差法）普普通通分分光光光光度度法法一一般般只只适适于于测测定定微微量量组组分分，当当待待测测组组分分含含量量较较高高时时，将将产产生生较较大大的的误误差差。需需采采用用示示差差法法。即即提提高高入入射射光光强强度度，并并采采用用浓浓度度稍稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。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：Ax=b cxAs=b cs=xs=b(cxcs）=bc 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之差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之差。示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c呈直线关系。由标准曲线上查得相应的呈直线关系。由标准曲线上查得相应的c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度 cx=cs+c.7/9/202456山东师范大学人资环学院 邴建生3-5-3 双波长分光光度法 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光光(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大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。波长法有所提高。A 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A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。7/9/202457山东师范大学人资环学院 邴建生选择波长组合1、2的基本要求是：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：Ay y=A y y22 A y y11=0=0故：故：Ax+yx+y=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A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，则也可用同样的方法为干扰组分，则也可用同样的方法测定测定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。7/9/202458山东师范大学人资环学院 邴建生3-5-4 导数分光光度法 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-bcbc d d/d/d 0 0 bcbc d d/d/d 7/9/202459山东师范大学人资环学院 邴建生导数分光光度法 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）7/9/202460山东师范大学人资环学院 邴建生