仪器分析--紫外可见分光光度法

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)

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。

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

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
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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

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？

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）

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。

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。

意：设置波长最小值不得小于170nm,波长 最大不得大于1100nn0、光度范围、取样 间隔（一般设为lnm）、扫描速度（一般 设为中速）、参比测量次数、扫描方式、 保存方式、文件名称、样品名称等等。
UV-1081紫外-可见分光光度计的使用
c, 样品的检测
1、单击工具栏菜单上的 ， 开始进行测量，提示请将参比拉 入光路，将参比液放入样品池内，
1-进口狭缝；2-切光器；3-参比池；4-检测器；5-记录仪；6-试样池；7-出口狭缝
紫外可见分光光度计类型及特点 （3）双波长分光光度计
由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得
到两束不同波长（1和2）的单色光；通过折波器以一定的频率 交替通过同一样品池，然后由检测器交替接收信号，最后由显示 器显示出两个波长处的吸光度差值ΔA。 无需参比池。△A就是扣除了背景吸收的吸光度。
物质对光的选择性吸收

我们人眼看到的多彩世界是由于不同的物质能吸收不同 颜色的光，不能被吸收的光则被反射后被人眼睛所感知 的； 由于物质对光的吸收是选择性的，利用不同检测物质对 某波长的光的吸收特性来了解物质浓度等特性，这就是 光谱法的基础； 通过测定被测物质对不同波长的光的吸收强度（吸光度 ），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得出该物 质在测定波长范围的吸收曲线。如图2-1； 在吸收曲线中，通常选用最大吸收波长λmax进行物质含 量的测定。



KMnO4溶液的光吸收曲线
①高锰酸钾溶液对不同波长的光的吸 收程度是不同的，对波长为525nm的 绿光吸收最多，在吸收曲线上有一高峰 (称为吸收峰)。光吸收程度最大处的波 长称为最大吸收波长(常以λmax表示)。 在进行光度测定时，通常取在λmax的波 长处来测量，因为这时可得到最大的灵 敏度。 ②不同浓度的高锰酸钾溶液，其吸收 曲线的形状相似，最大吸收波长也一样。 所不同的是吸收峰峰高随浓度的增加而 增高。 ③不同物质的吸收曲线，其形状和最 大吸收波长都各不相同。因此，可利用 吸收曲线来作为物质定性分析的依据。

2，不饱和烃及共轭烯烃 在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有键， 它们可以产生*和*两种跃迁。 *跃 迁的能量小于 *跃迁。例如，在乙烯分子中， *跃迁最大吸收波长为180nm
在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键 共轭时，随着共轭系统的延长， *跃迁的吸 收带 将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增 强。在共轭体系中， *跃迁产生的吸收带又 称为K带。
在λmax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。
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： 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。
分子具有三种不同能级：电子能级、振动
⑶ π→π＊跃迁
所需能量较小，吸收波长处于远紫外 区的近紫外端或近紫外区，摩尔吸光系数 εmax一般在104L·mol－1·cm－1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*跃迁的 λmax为162nm，εmax为1×104L·mol-1·cm －1。
⑷ n→π＊跃迁 需能量最低，吸收波长λ>200nm。 这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁， 摩尔吸光系数一般为10～100L·mol－1 ·cm－1，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 εmax为22 L·mol－1 ·cm －1（溶剂环 己烷)。
生色团与助色团
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—C㆔ N等。