紫外-可见吸收光谱分析法12.1紫外-可见吸收光谱分析法概述2.1.1 特点 灵敏度高：测定下限可达10-510 -6molL-1, 10-4%10-5% 准确度能够满足微量组分的测定要求：相对误差25 （12） 操作简便快速 应用广泛基于被测物质的分子对紫外-可见光具有选择性 吸收的特性而建立起来的分析方法。2波长范围：100 800 nm。 远紫外区： 100 200 nm； 近紫外区： 200 400 nm； 可见光区： 400 800 nm。紫外吸收光谱：价电子能级跃迁。结构鉴定和 定量分析。电子跃迁同时，伴有振动转动能级的跃迁，带 状光谱。最大吸收峰的波长max和相应的摩尔吸光系数 max反映了构成有机分子部分结构的发射团的特征 。 32.1.2电子跃迁与分子吸收光谱 物质分子内部三种运动形式： （1）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。 （3）分子本身绕其重心的转动。 分子有三种不同能级：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。 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动 能量Er 即: EEe+Ev+Er evr 4能级跃迁电子能级 间跃迁的同 时，总伴随 有振动和转 动能级间的 跃迁。即电 子光谱中总 包含有振动 能级和转动 能级间跃迁 产生的若干 谱线而呈现 宽谱带。5 由图可见，在每一个电子能级上有许多间距较 小的振动能级，在每一个振动能级上又有许多间距 更小的转动能级。 由于这个原因，处在同一电子能级的分子，可 能因振动能量不同而处于不同的能级上。 同理，处于同一电子能级和同一振动能级上的 分子，由于转动能量不同而处于不同的能级上。 当用光照射分子时，分子就要选择性的吸收某 些波长（频率）的光而由较低的能级E跃迁到较高 能级E上，所吸收的光的能量就等于两能级的能量 之差：E= EE光的频率为：=E/h 或光的波长为：=hc/E6 由于分子选择性的吸收了某些 波长的光，所以这些光的能量就会 降低，将这些波长的光及其所吸收 的能量按一定顺序排列起来，就得 到了分子的吸收光谱。7分子吸收光谱类型 远红外光谱、红外光谱、紫外-可见光谱三类。 分子的转动能级跃迁，需吸收波长为远红外光，因此，形成的光谱称为转动光谱或远红外光谱。 分子的振动能级差一般需吸收红外光才能产生 跃迁。在分子振动时同时有分子的转动运动。这样 ，分子振动产生的吸收光谱中，包括转动光谱，故 常称为振-转光谱。由于它吸收的能量处于红外光 区，故又称红外光谱。电子的跃迁吸收光的波长主要在真空紫外到可 见光区，对应形成的光谱，称为电子光谱或紫外- 可见吸收光谱。82.1.3光的选择性吸收与物质颜色的关系：1可见光的颜色和互补色：在可见光范围内，不同波长的光的颜色 是不同的。平常所见的白光（日光、白炽灯 光等）是一种复合光，它是由各种颜色的光 按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器 可将它分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 等不同颜色的单色光。 白光除了可由所有波长的可见光复合得 到外，还可由适当的两种颜色的光按一定比 例复合得到。能复合成白光的两种颜色的光 叫互补色光。9/nm颜颜色互补补光 400 450紫黄绿绿450 480蓝蓝黄 480 490绿蓝绿蓝橙 490 500蓝绿蓝绿红红 500 560绿绿红红紫 560 580黄绿绿紫 580 610黄蓝蓝 610 650橙绿蓝绿蓝650 760红红分子对光的吸收与吸收光谱不同颜色的可见光波长及其互补光蓝绿10 物质的颜色与吸收光的关系： 当白光照射到物质上时，如果物质对白光中 某种颜色的光产生了选择性的吸收，则物质就会 显示出一定的颜色。物质所显示的颜色是吸收光 的互补色。完全吸收完全透 过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光11物质颜 色吸收光 物质颜 色吸收光颜色波长范围（ nm）颜色波长范围 (nm)黄绿紫400450紫绿560580黄蓝450480蓝黄580600橙绿蓝480490绿蓝橙600650红蓝绿490500蓝绿红650760紫红绿500560 12熔融石英晶体石英玻璃NaCl170nm3.6m *200600nm2m 3.5m*360nm2.5m*200nm15mKClKBrCsI200nm18m*230nm25m 230nm50m一些材料的有效透明区13Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance35014苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱苯 (254nm )甲苯 (262nm)A230 250 270 15不同物质吸收光谱的形状以及max 不同 定性分析的基础同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形 状相同，Amax 不同 定量分析的基础16吸收曲线（吸收光谱）及最大吸收波长 1吸收曲线：每一种物质对不同波长光的吸收程 度是不同的 。如果我们让各种不同波长的光分别 通过被测物质，分别测定物质对不同波长光的吸 收程度。以波长为横坐标，吸收程度为纵坐标作 图所得曲线。300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱17 2、吸收峰和最大吸收波长max 吸收曲线表明了某种物质对不同波长光的吸收 能力分布。曲线上的各个峰叫吸收峰。峰越高，表 示物质对相应波长的光的吸收程度越大。其中最高 的那个峰叫最大吸收峰，它的最高点所对应的波长 叫最大吸收波长，用max表示。 3物质的吸收曲线和最大吸收波长的特点： 1）不同的物质，吸收曲线的形状不同，最大吸收 波长不同。 2）对同一物质，其浓度不同时，吸收曲线形状和 最大吸收波长不变，只是吸收程度要发生变化，表 现在曲线上就是曲线的高低发生变化。183) 吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。4)不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max 处吸光度A 的差异最大。此特性可作作为物质定量分析的依据。5) 在max 处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。192.1.4 光吸收基本定律:朗伯-比尔定律朗伯定律:(1760) A=lg(I0/It)=k1b当入射光的 ,吸光物质的c 一定时,溶 液的吸光度A与液层厚度b成正比.比尔定律(1852) A=lg(I0/It)=k2c当入射光的 ,液层厚度b 一定时,溶液的吸光度A与吸光物质的c成正比.20朗伯-比尔定律意义:当一束平行单色光通过均匀、透明 的吸光介质时，其吸光度与吸光质点 的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.A=lg(I0/It)=kbc21透光率(透射比）T（Transmittance）A = lg(I0/It) = lg(1/T) = lgT = Kbc吸光度A (Absorbance）I0It入射光透过光22吸光度A、透射比T与浓度c 的关系AT (%)cA=kbc1.00.80.60.40.21008060402023 比例常数K的几种表示方法： 吸收定律的数学表达式中的比例常数叫“ 吸收系数”，它的大小可表示出吸光物质对某 波长光的吸收本领（即吸收程度）。它与吸 光物质的性质、入射光的波长及温度等因素 有关。 另外，K的值随着b和c的单位不同而不同 。下面就介绍K的几种不同的表示方法。24K 吸光系数 Absorptivity a 的单位: Lg-1cm-1当c的单位用gL-1表示时， K叫“吸光系数”， 用a 表示，Aa b c 它表示的是当c=1g/L、b=1cm时溶液的吸光 度。 的单位: Lmol-1cm-1当c的单位用molL-1表示时， K叫“摩尔吸光系数 ”用 表示. 摩尔吸光系数 Molar Absorptivity A b c 它表示的是当c=1mol/L，b=1cm时，物质对波长 为的光的吸光度。25 对于K的这两种表示方法，它们之间的关系为 ： =aM M为吸光物质的分子量。 和a的大小都可以反映出吸光物质对波 长为的单色光的吸收能力。但更常用和更好 的是用来表示吸光物质对波长为的光的吸收 能力。摩尔吸光系数越大，表示物质对波长为 的光的吸收能力越强，同时在分光光度法中 测定的灵敏度也越大。26吸光度与光程的关系 A = abc 0.10b0.202b0.00光源检测器显示器参 比27吸光度与浓度的关系 A = abc0.10c0.202c0.00光源检测器显示器参 比28吸光度与波长的关系 A = abc0.00红0.10红0.00光源检测器显示器参 比蓝绿光红光29朗伯-比尔定律的适用条件1. 单色光 应选用max处或肩峰处测定.3. 稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强.2. 吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件(酸度、浓度、介质等).30溶液浓度的测定A b c工作曲线法(校准曲线)朗伯-比尔定律的分析应用0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg/mL)A。 。 。 。*0.800.600.400.200.00Axcx31 例题 ：已知某化合物的相对分子量为251，将此 化合物用已醇作溶剂配成浓度为0.150 m mol L-1溶 液，在480nm处用2.00cm吸收池测得透光率为 39.8%，求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数 和吸光系数。 解：已知溶剂浓度c=0.150mmo l.L-1，b=2.00cm, T=0.398, 由Lambert-Beer定律得： （480nm）=A/ cb = -lg0.398/0.15010-3 2.00 =1.33 103 ( L mol-1 cm-1) 由=aM , 得: a= /M = /251=5.30(L g-1 cm-1)32 实际溶液对吸收定律的偏离及原因： 1. 偏离：被测物质浓度与吸光度不成线性关 系的现象，如下图。 AC33 偏离吸收定律的原因： 1) 入射光为非单色光： 严格地说吸收定律只适用于入射光为单色光的 情况。但在紫外可见光分光光度法中，入射光是由 连续光源经分光器分光后得到的，这样得到的入射 光并不是真正的单色光 ，而是一个有限波长宽度 的复合光，这就可能造成对吸收定律的偏离。 对非单色光引起的偏离，其原因是由于同一物 质对不同波长的光的摩尔吸光系数不同造成的。所 以只要在入射光的波长范围内，摩尔吸光系数差别 不是太大，由此引起的偏离是较小的。34 2) 非平行光和光的散射： 当入射光是非平行光时，所有光通过介 质的光的光程不同，引起小的偏离。