大连理工分析化学课件-第6章 紫外-可见分光光度法

生色团：
最有用的紫外–可见光谱是由π→π* 和 n→π* 跃迁产生的。这两种跃迁均要求有 机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键 的不饱和基团称为生色团。简单的生色团 由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、 亚硝基、偶氮基－N＝N－、乙炔基、腈基 －C≡N等。
助色团：
有一些含有n电子的基团(如-OH、-OR、NH2、-NHR、-X等)，它们本身没有生色功 能（不能吸收λ>200 nm的光），但当它们 与生色团相连时，就会发生 n–π共轭作用， 增强生色团的生色能力（吸收波长向长波 方向移动，且吸收强度增加），这样的基 团称为助色团。
电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩 尔吸收系数一般都较大（约104），适宜于微量金 属的检出和测定。
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。
例：Fe3+与SCN-形成血红色配合物，在490 nm处 有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：
分为：光谱分析法和非光谱分析法。
光谱分析法是指在光（或其他能量）的作用下， 通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的 波长和强度来进行分析的方法。 吸收光谱分析 发射光谱分析 分子光谱分析 原子光谱分析
在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立 起来的分析方法称为吸收光度法，主要有：
红外吸收光谱（IR）：分子振动光谱，吸收光波长 范围2.5～1000 μm ，主要用于有机化合物结构鉴定。
紫外区：氢、氘灯。发射185～400 nm的连续光谱。
基本组成（续）
2、单色器
将光源发射的复合光分解成 单色光并可从中选出任一波 长单色光的光学系统。
色散元件是其核心部分，多采用棱镜或光栅。
[Fe3+ SCN- ] ＋hν= [Fe2+ SCN ]2+
第二节
紫外-可见分光光度计
基本组成
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：钨灯作为光源，其辐射波长范围在 320～2500 nm。
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：
λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动 称为蓝移 （或紫移）。
吸收强度即摩尔吸收系数κ增 大或减小的现象分别称为增 色效应或减色效应，如图所 示。
1、R吸收带：是由n–π共轭基团产生n→π* 跃迁所 形成的。
特点：吸收强度较弱，κ<100 L/(mol·cm)；最大 吸收波长较长，λmax>270 nm。
R带随溶剂极性的增加而产生紫移，但若附近有 强吸收带时则产生红移，有时甚至被掩盖。
2、K吸收带：是由共轭π键产生π→π* 跃迁所形成的。
特点：吸收强度高，κ>104 L/(mol·cm)；最大吸收 波长比R带短，217～280 nm。
复合光可导致对朗伯–比尔定律的正或负偏离。
非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯 –比尔定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射 光引起的偏离。
化学性因素
朗伯–比尔定律的假定：所有的吸收质点之间不发 生相互作用；假定只有在稀溶液（c<10-2 mol/L） 时才基本符合。
当溶液浓度c >10-2 mol/L时，吸收质点间可能发生 缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。
质量吸收系数a相当于浓度为1 g/L、光程长度为 1cm时该溶液在某一波长下的吸收度。
1、摩尔吸收系数
κmax越大表明该物质的吸收能力越强，用分光光 度法测定该物质的灵敏度越高。
一般认为：
κ>105
超高灵敏
κ= (6～10）×104 高灵敏
κ = (2～6）×104 中等灵敏
κ < ２×104
第六章
紫外-可见分光光度法
主讲教师：宋文璟 办公地点：C07-202
紫外-可见分光光度法的基本原理** 紫外-可见分光光度计 显色反应及其光度测定条件的选择* 分光光度测量测定方法 紫外-可见分光光度法的其他应用
第一节
紫外-可见分光光度法的 基本原理
基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之 为光化学分析法。
光的互补：蓝 黄
同一种物质对不同波长的光的吸收度不同。吸
收度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax。
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。
不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似， λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形 状和λmax则不同。
最大吸收波长顺序为B>E2>E1，谱带强度顺序为 E1>E2>B。
当苯环上有助色团取代基时，E2带红移（λmax≈210 nm）；当苯环与生色团共轭时，E2常与K带合并 为K带，并产生显著红移。
金属离子的电子跃迁摩尔吸收系数κ很小，对定 量分析意义不大。
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（水合离子）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：
远紫外区10 ～ 200 nm
M + h M*
基态
激发态
M+热 M + 荧光或磷光
E1 （ΔE） E2
E = E2 – E1 = h·
量子化 ；选择性吸收;
分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度 不同；
用不同波长的单色光照射，测吸收度—吸收曲线
与最大吸收波长max。
白光
1、配位体微扰的金属离子d–d电子跃迁和f–f电子 跃迁
2、金属离子微扰的配位体内电子跃迁
3、电荷转移吸收光谱
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，所产生的吸 收光谱称为荷移光谱。
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， 另一个应为电子接受体。
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，摩尔吸收系数κmax 一般在104 L/(mol·cm)以上，属于强吸收。 不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生 该类跃迁。如乙烯π→π*跃收波长λ>200 nm。这类跃 迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸收 系数一般为10～100 L/(mol·cm)，吸收谱带 强度较弱。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，κmax为22 L/(mol·cm)（溶剂环 己烷)。
不同浓度的同一种物质， 在某一定波长下吸收度A有 差异，在λmax处吸收度A的 差异最大。此特性可作为 物质定量分析的依据。
在λmax处吸收度随浓度变化 的幅度最大，所以测定最 灵敏。
透光率T：描述入射光透过溶液的程度 T = It / I0 **
吸收度A与透光率T的关系: A ＝ -lgT = -lg (It/I0)=lg (I0/It) **
λ·ν = c；σ= 1/λ =ν/c
光是由光子流组成，光子的能量：
E = h·ν= h·c /λ （h是Planck常量）
光的波长越短（频率越高），其能量越大。
白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成） 可见光区：400～750 nm* 紫外光区：近紫外区200 ～400 nm*
分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反 键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即 成键轨道或非键轨道上。
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。四种主要跃迁所需能量ΔΕ大 小顺序为n→π* <π→π* <n→σ* <σ→σ*
σ→σ* 跃迁
所需能量最大，σ电子只有吸收远紫外光 的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸 收光谱出现在远紫外区（吸收波长λ<200 nm，只能被真空紫外分光光度计检测 到）。如甲烷的λmax为125 nm、乙烷λmax 为135 nm。
一般分光光度计所能检测的最小吸收度A≈0.001。
设A=0.001时所能检出某物质的最低浓度为ρmin （μg/mL)，ρminb总为定值，故定义桑德尔灵敏度 S
S=ρminb
3、桑德尔灵敏度 S λmax下的桑德尔灵敏度Smax，反映了分光光度法测
定某物质所能达到的最大灵敏度。 S与λ 、a的关系：
不灵敏
吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；
不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在波长等 条件一定时，κ与待测物浓度无关；
可作为定性鉴定的参数；
同一吸收物质在不同波长下的κ值是不同的。在 最大吸收波长λmax处的摩尔吸收系数，常以κmax表 示。κmax表明了该吸收物质最大限度的吸收能力， 也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏 度。
n→σ* 跃迁
所需能量较大。吸收波长为150～250 nm， 大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察 到。含非键电子的饱和烃衍生物 （含 N、 O、S 和卤素等杂原子 ）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173 nm、183 nm和227 nm。
π→π* 跃迁
S=M/κ S=1/a
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–比尔定律的偏离。
引起这种偏离的因素：
1、物理性因素，即仪器的 非理想化所引起的；
2、化学性因素。
物理性因素
难以获得真正的纯单色光。
朗伯–比尔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。