仪器分析--紫外可见分光光度法

仪器分析课件第3章紫外分光光度法

检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制
和结果处理
记录装置
二、分光光度计的类型
（一）单光束分光光度计
光源单色器
参比样品
检测器
显示器
• 只有一条光路，通过变换参比池和样品池的位置，使它们分别置于光路来进行测定
国产751型、752型、721型、722型、UV-1100 型、英国SP-500型
E2a ca E2b
(3) 图计算法----两组分吸收光谱完全重叠--混合样品测定 (3)图中，a,b 吸收光谱双向重迭，互相干扰，在最大波长处互相
吸收。处理方法如下：
解线性方程组过程：
（三）示差分光光度法（示差法）
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。
第三节紫外-可见分光光度计
依据朗伯-比尔定律，测定待测液吸光度A的仪器。（选择不同波
长单色光λ、浓度）分光光度计外观分光光度原理图:
0.575
光源
单色器
吸收池
检测器信号处理及显示
信号处理显示器
单色器
分光光度计外观
吸收池检测器
光源
721型可见分光光度计
一、主要部件
1. 光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光
浓度C及液层厚度L的乘积成正比。
注意! 适用范围
①入射光为单色光，适用于可见、红外、紫外光。 ②均匀、无散射溶液、固体、气体。 ③吸光度A具有加和性。Aa+b+c= Aa &光系数
A=k c L
k = A /c L
1、摩尔吸光系数或Em：在一定λ下，c=1mol/L，L=1cm时的吸光度。单位：L/(mol.cm)

仪器分析-紫外-可见分光光度法(第十一章)

d z2
d x2
y2
2 Cu(NH3 )6 蓝色
d z2
d x2
y2
d xy
d yz
d xz
∆E
d xy d yz
d xz
跃迁类型 * n*
峰位 <150nm -200nm
-200nm
强弱弱
分子基团饱和烃类
(max=135nm)
举例 CH3-CH3
较强含-OH, -NH2 CH3Cl -X,-S等 (max=215nm =140)
第一节
紫外-可见分光光度法的基本原理和概念
紫外 - 可见分光光度法是基于物质分子对紫外 - 可见光区（200~760 nm）辐射的吸收特性建立起来的一种定性、定量和结构分析的方法。
这种分子光谱是由于分子外层价电子的跃迁而产生的，属于电子光谱。
根据分子轨道理论，当两个原子结合成分子时，两个原子的原子轨道线性组合成两个分子轨道，其中一个具有较低的能量叫做成键轨道，另一个具有较高的能量叫做反键轨道。
（5）电荷迁移跃迁
分子同时具有电子给予体和接受体，用光照射化合物时，电子从给予体向与接受体相联系的轨道上的跃迁称为电荷迁移跃迁。这种跃迁谱带较宽，吸收强度大，吸光系数一般大于104 。
R1 N R
2
h
-
+ N
R1 R2
电子给予体电子接受体
（6）配位场跃迁
在配体存在下，过渡金属能量相等的 d轨道和镧系、锕系元素能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的 d轨道和f轨道，吸收光能后，低能态的d电子或f电子分别跃迁到高能态的d或f轨道上，这种跃迁称为配位场跃迁。必须在配体的配位场作用下才有可能产生，摩尔吸光系数较小，一般小于102，位于可见光区。

05仪器分析(高职)黄一石主编第二章紫外-可见分光光度法

选择性好; 灵敏度高：误差较小：精密度和准确度较高;
测试溶液的浓度下限可达到10-5-10-6mol·L-1 ；相对误差为2%~5%，某些精密分光光度计可达1%~2%; 用途广泛，能检测多种物质等。
2 基本原理
物质的颜色与光有密切关系，例如蓝色硫酸铜溶液放在钠光灯(黄光)下就呈黑色；如果将它放在暗处，则什么颜光谱峰谷波长
选择要进行峰谷检测的图谱，单击
工具栏菜单上的按钮，弹出峰
谷检测精度设置窗口，如图4-1-16下图所示，输入检测精度（峰谷差值满足
条件），设置完毕，按确定按钮。系统将峰谷值标注在测量图谱上，并且用
列表的形式（峰谷检测数据）将峰谷值显示出来，并且峰谷检测精度将在表
4
2
5
1 3
1.入射狭缝 2.准直透镜 3.棱镜 4.聚焦棱镜 5.出射狭缝
紫外-可见分光光度计的基本构造
3.吸收池
用于盛装试液的装置。吸收材料必须能够透过所测光谱范围的光。一般可见光区使用玻璃吸收池，紫外光区使用石英吸收池。规格有0.5、1.0、2.0、5.0cm 等。
在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要）吸收池要挑选配对，因为吸收池材料的本身吸光特性以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。
• 单光束分光光度计 • 双光束分光光度计 • 双波长分光光度计
紫外可见分光光度计类型及特点
（１）单光束分光光度计经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶
液，以进行吸光度的测定。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。
适用范围定量分析
特别适合必须在较宽波长范围内获得复杂吸收光谱曲线的分析

仪器分析 10.1紫外可见分光光度法图文

61-19
二、UV光谱的有关知识和概念
2、物质吸光的程度表达
辐射功率P：单位时间内所传输的能量，光度法中用光强 I 代替。透过率 T：透过光与入射光强度的比值吸光度 A :
I T
I0
A lgT lg IO I
2020年9月13日星期日上一内容下一内容
61-20
3、UV吸收光谱——吸收曲线
镧系元素：f-f 跃迁
二、UV光谱的有关知识和概念
1、物质吸光的选择性
M h I0 M * It h
ΔΕ ΔΕe ΔΕv ΔΕr
分子轨道包括三种：分子轨道能级的量子化：光吸收具有选择性电子能级差：约为1～20ev（1250～60nm）
2020年9月13日星期日上一内容下一内容
一、分子轨道中的电子跃迁类型二、UV光谱的常用概念三、吸收带及其与分子结构的关系四、影响吸收带的因素五、物质对光的吸收与吸收曲线五、朗伯-比尔定律
2020年9月13日星期日上一内容下一内容
61-3
练习：
下面五个电磁辐射区域
A：X射线区
B：红外区
C：无线电波
D：可见光区
E：紫外光区
请指出：
61-22
4、有关概念：
① 吸收带：吸收峰位置 ② 红移或长移 ③ 蓝移或短移 ④ 增色效应
减色效应
⑤ 强带 ε ≥104
弱带 ε ≤102
2020年9月13日星期日上一内容下一内容
61-23
⑥ 生色团（chromophore ）：含π→π* 、 n →π* 等跃迁的基团，即能产生UV吸收的基团
61-12
5、电荷迁移跃迁
Charge transfer transition

紫外可见分光光度法

光子能量与它的频率成正比，与波长成反比，与光强度无关。光的波长越短
（频率越高），其能量越大。
单色光：同一波长的光称为单色光；复合光：不同波长的光组成的光称为复合光；可见光：凡是被肉眼感受到的光称为可见光；波长范围为400-780nm
复合光
单色光
物质颜色的产生
固体
反射蓝色光吸收黄色光
互补色
液体
透过紫色光吸收绿色光
二、物质对光的选择性吸收
M + h 基态 E0 （△E） M* 激发态 E1
E1
激发态
E2
E = E1 - E0 = h =h c/λ λ=hc/ E
物质对光选择性吸收
E0
基态
E
例题
某分子中两个电子能级之间的能级差为1eV，若要电子在两个能级之间发生跃迁，需要
是指分子中的一些带有非成键电子对的基团本身在紫外-可见光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，增强生色团的生色能力，使生色团的吸收带向长波移动，且吸收强度增大。助色团为含有未共用电子对的杂原子基团：-OH、-Cl、-Br
C.红移与蓝移
有机化合物的吸收谱带常
常因引入取代基或改变溶剂使
最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化:
π→π*跃迁的λmax为170nm 。
（4）n→π*跃迁：分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λmax为275nm。
（5）电荷迁移跃迁：分子本身具有电子给予
体和电子接受部分，外来辐射照射，电子从
具有给予体特性的部分转移到具有电子接受
体特性的部分所发生的跃迁。其谱带较宽，
思考
1、庚烷、环己烷等烷烃在200-400nm内有无吸收？

仪器分析 (第三版魏培海)第一章紫外可见分光光度法

讨论 T: 0.00％～100.0％。T=0.00%表示光全部被吸收；T=100.0%表示光全部透过。 A: 0.00 ～ ∞ 。 A=0.00 表示光全部通过； A→∞表示光全部被吸收。
2. 朗伯-比尔吸收定律
当一束平行单色光垂直通过溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。
T = 0.398 摩尔吸光系数： A 0.400 3 1.33 10 L / mol cm 3 cb 0.15 10 2.00 1.33 103 5.30 L / g cm 质量吸光系数： a M 251
4. 朗伯-比尔定律的偏离现象
原因朗伯-比尔定律的局限性: 浓度不高的溶液；非单色入射光引起的偏离: 仪器因素；溶液本身发生化学变化引起的偏离。
第一章
紫外可见分光光度法
利用物质对紫外可见光的吸收特征和吸收强度，对物质进行定性和定量分析的一种仪器分析方法。在化工、医药、冶金、环境监测等领域广泛应用。
“十二五”职业教育国家规划教材
仪器分析
（第三版）
魏培海曹国庆主编
第一章紫外可见分光光度法
“十二五”职业教育国家规划教材
知识目标
• • • • • 了解紫外可见吸收光谱的产生理解化合物电子能级跃迁的类型和特点熟悉紫外可见分光光度计的工作原理掌握光吸收定律的应用及测量条件的选择掌握紫外可见分光光度法在定量分析中的应用
1. 光强度、透光率和吸光度
术语光强度透光率定义单位时间(s)、单位面积(1cm2）上辐射光的能量，与光子的数目有关。透射光强度与入射光强度的比值（It/I0）符号 I0:入射 It:透射 T
吸光度
透光率的负对数 -lg(It/I0）

仪器分析第六章UVVIS

C
O
CH3
—环己烷 …水
异丙叉丙酮的紫外-可见光谱
二、溶剂极性对吸收光谱精细结构的影响例如：对称四嗪在不同溶剂中的吸收光谱
Ⅰ：在蒸汽态中 Ⅱ：在环己烷中 Ⅲ：在水中
★
三、正确选择溶剂溶剂对紫外-可见吸收光谱影响很大，因此选择溶
剂应注意下列要求： 1.对试样有很好的溶解力，且对试样应是惰性的； 2.在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的
二、配位场跃迁
过渡金属离子及其化合物除了电荷迁移跃迁外，还有配位场跃迁。
配位场跃迁的产生：过渡金属离子配合物在配体的配位场作用下，5个能量相等的d 轨道或7个能量相等的f轨道裂分成几组能量不等的d轨道或f轨道，当物质吸收光能后，处于低能级的d电子或f电子可分别跃迁至高能级的d轨道或f轨道，产生吸收光谱。
最大吸收峰所对应的波长λmax是化合物中电子能级跃迁时吸收的特征波长，对鉴定化合物尤为重要，与λmax相应的εmax也是定性和定量分析的另一重要参数。
整个吸收光谱的形状决定于物质的性质，反映物质分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。
▲
6.2有机化合物紫外—可见吸收光谱
一、有机化合物电子跃迁类型紫外-可见吸收光谱是由分子中价电子在电
能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。
KMnO4的颜色及吸收光谱
▲
6.1 分子吸收光谱基本原理
一、电子跃迁产生紫外—可见吸收光谱分子和原子一样，也有它的特征分子能级，
这些能级是由分子内部运动决定的。
①价电子的运动
分子内部运动
②分子内原子在平衡位置附近的振动
使电子从给予体外层轨道向接受体相应的轨道跃迁产生吸收光谱，此过程又称内氧化-还原。

仪器分析-紫外可见分光光度法

均呈现n →σ*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n →σ*跃迁的λ分
别为173nm、183nm和227nm。
13
3. n* 和*跃迁：有机物的最有用的吸收光谱是基于n* 和*跃迁所产生的，和n电子比较容易激发，这类跃迁所需的能量使产生的吸收峰都出现在波长大于200nm的区域内。既然一般的紫外光谱是指近紫外区，即 200-400nm，那么就只能观察 *和 n *跃迁。也就是说紫外光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物，这种含有键的基团就称
11
外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。根据分子轨道理论，分子中这三种电子能级的高低次序大致是：
（σ）＜（π）＜（n）＜（π*）＜（ σ* ）
可以跃迁的电子有：电子, 电子和n电子。有机分子吸收紫外光引起的电子跃迁有以下几种类型：
*>n*> * > n*
光分光，得到的不可能是真正的单色光，而是一个有限宽度的谱带，称为光谱带通，随着光谱带通宽度的增大，吸收光谱的分辨率下降，并且
偏离比尔定律。
2. 非吸收光的影响当来自出射狭缝的光，其光谱带通宽度大于吸收光谱谱带时，则投射在试样上的光中就有非吸收光，这会导致灵敏度下
降，非吸收光愈强，被测试样浓度愈大，对测定灵敏度的影响就愈严重。
15
在解析有机物的紫外光谱时，可把吸收带分为一下四类： 1. R吸收带是由生色基的n*跃迁产生的，由于εmax 值太小，有时往往被强吸收带所掩盖。 2. K吸收带是由*跃迁产生的，含共轭生色基的化合物的紫外光谱都有这种吸收带。 3. B吸收带是芳香族化合物（包括杂环芳香族）的特征吸收带，由苯环本身振动及闭合环状共轭双键* 跃迁产生的，苯的B吸收带在230nm~270nm呈现精细的振动结构。 4. E吸收带也是芳香族化合物的特征谱带，其εmax为 2000~14000，苯的两个E吸收带分别在184nm和 204nm处。