第十一章紫外-可見分光光度法

教學目的及要求：1.了解吸光光度法的特點。2.理解物質對光的選擇性吸收。

3.掌握朗伯—比耳定律。4.了解顯色反應及其影響因素。吸光光度法的基本原理紫外一可見分光光度法（ultravioletvisiblespectrophotometry）是利用物質在紫外、可見光區的分子吸收光譜，對物質進行定性分析、定量分析及結構分析的方法。按所吸收光的波長區域不同，分為紫外分光光度法(60-400nm)和可見分光光度法(400-750nm)，合稱為紫外一可見分光光度法。11－1紫外-可見分光光度法概論通常是指研究200-780nm光譜區域內，物質分子或離子對光輻射吸收的一種方法，也稱為吸光光度法或分光光度法。一、吸光光度法的特點(p297)1.靈敏度高

10-3~10-6mol·L-12.準確度好<5%

3.快速簡便4.應用廣泛化學分析：常量組分(>1%),Er:0.1%～0.2%，準確度高，依據化學反應,使用玻璃儀器。儀器分析：微量組分(<1%),Er:1%～5%，靈敏度高，依據物理或物理化學性質,需要特殊的儀器。例:含Fe約0.05%的樣品,

稱0.2g樣品,

則m(Fe)≈0.1mg重量法

m(Fe2O3)≈0.14mg,稱不準容量法

V(K2Cr2O7)≈0.02mL,測不準光度法

結果0.048%～0.052%,

滿足要求二.物質對光的選擇性吸收

1.單色光、復合光、互補色光

光的互補色示意圖2.溶液的顏色與光的選擇性吸收選擇吸收宏觀現象KMnO4

(紫紅色)吸收白光中的黃綠色

CuSO4

(藍色)

吸收白光中的黃色

互補色

結論：⑴同一種物質對不同波長的光表現出不同的吸收能力，稱之謂選擇吸收現象。⑵不同的物質對光的選擇吸收性質是不同的。⑶溶液的顏色并不是某一個波長，而是一個波長帶。NaCl無色

3.光吸收曲線描述物質對不同波長光的吸收能力的曲線，稱為光吸收曲線。KMnO4溶液的光吸收曲線(525nm)特點：①在可見光范圍內，KMnO4溶液對波長525nm附近黃綠色光的吸收最強。光吸收程度最大處的波長稱為最大吸收波長，用λmax表示。②不同濃度的KMnO4溶液的光吸收曲線形狀相似，最大吸收波長不變。光吸收曲線與物質特性有關，所以它可以作為物質定性鑒定的基礎。③濃度不同的同種物質的溶液，在一定波長處吸光度隨溶液的濃度的增加而增加，這個特性可作為物質定量分析的基礎。相關的基本概念吸收光譜（吸收曲線）：不同波長光對樣品作用不同，吸收強度不同以λ~A作圖。吸收光譜特征：定性依據吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收→飽和σ-σ躍遷產生11-2

Lamber-Beer定律：吸收光譜法基本定律描述物質對單色光吸收強弱與液層厚度和待測物濃度的關系假設一束平行單色光通過一個吸光物體朗伯-比耳定律吸光度、溶液的濃度及液層厚度之間的關系如下：

A=Kbc

其物理意義是：在一定溫度下，一束平行的單色光通過均勻的非散射的溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。

1．Lamber-Beer定律的適用條件（前提）入射光為單色光溶液是稀溶液2．該定律適用于固體、液體和氣體樣品3．在同一波長下，各組分吸光度具有加和性應用：多組分測定當c的單位為g·L-1，b的單位為cm時，比例常數K用a表示，其單位為L·g-1·cm-1，a稱為吸光系數，這時上式變為：A=abc

（11-3）當c的單位用mol·L-1，b用cm時，比例常數K用ε表示，其單位為L·mol-1·cm-1，ε稱為摩爾吸光系數，此時上式變為：A=εbc（11-4）摩爾吸光系數ε可看成是待測物質濃度c為1mol·L-1，液層厚度為1cm時，在特定波長下所具有的吸光度。ε值越大，表示有色物質對該波長光的吸收能力越強，有色物質的顏色越深，測定的靈敏度也就越高。應用朗伯－比耳定律時，必須掌握好以下條件：①入射光波長應為λmax?，且單色性好；②被測溶液具有均勻性、非散射性(不渾濁，也不呈膠體)；③被測物質的濃度應在一定范圍內?。朗伯－比耳定律不僅適用于可見光，也適用于紅外光和紫外光；不僅適用于均勻非散射的液體，也適用于固體和氣體。因此，它是各類吸光光度法定量的依據，用途很廣。吸光度測量的條件選擇：1）測量波長的選擇：λmax2）吸光度讀數范圍的選擇：3）參比溶液(空白溶液)的選擇：選A=0.2~0.8注：采用空白對比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素對透光率的干擾三、偏離BEER定律的因素依據Beer定律，A與C關系應為經過原點的直線偏離Beer定律的主要因素表現為以下兩個方面

（一）光學因素（二）化學因素（一）光學因素

非單色光的影響：

Beer定律應用的重要前提——入射光為單色光照射物質的光經單色器分光后并非真正單色光其波長寬度由入射狹縫的寬度和棱鏡或光柵的分辨率決定為了保證透過光對檢測器的響應，必須保證一定的狹縫寬度這就使分離出來的光具一定的譜帶寬度（二）化學因素Beer定律適用的另一個前提：稀溶液濃度過高會使C與A關系偏離定律11-3光度分析法及其儀器

分光光度法及分光光度計1.基本原理光度法的基本原理是：由光源發出白光，采用分光裝置，獲得單色光，讓單色光通過有色溶液，透過光的強度通過檢測器進行測量，從而求出被測物質含量。2.分光光度計的主要部件①光源②單色器③吸收池④檢測器⑤顯示系統

①光源

功能：提供能量激發被測物質分子，使

之產生電子光譜譜帶（提供寬帶輻射）。

②單色器功能：從光源輻射的復合光中分出單色光。

③吸收池功能：盛放分析試樣（一般是液體）。④檢測器功能：檢測光信號，測量單色光透過溶液后光強度變化的一種裝置。⑤信號顯示系統3.分光光度計分光光度計的類型按其設計原理可以分為單波長分光光度計和雙波長分光光度計兩類。

紫外分光光度計

1．光源：2．單色器：包括狹縫、準直鏡、色散元件

棱鏡——對不同波長的光折射率不同色散元件分出光波長不等距光柵——衍射和干涉分出光波長等距鎢燈或鹵鎢燈——可見光源350~1000nm氫燈或氘燈——紫外光源200~360nm3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，僅適用于可見光區石英——不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區要求：匹配性（對光的吸收和反射應一致）4．檢測器：將光信號轉變為電信號的裝置5．記錄裝置：訊號處理和顯示系統光電池光電管光電倍增管二極管陣列檢測器類型：

1．單光束分光光度計：特點：使用時來回拉動吸收池→移動誤差對光源要求高比色池配對2．雙光束分光光度計：

特點：不用拉動吸收池，可以減小移動誤差對光源要求不高可以自動掃描吸收光譜3．雙波長分光光度計特點：利用吸光度差值定量消除干擾和吸收池不匹配引起的誤差吸光光度儀器的一般操作程序1.選定合適的波長作為入射光，接通電源預熱儀器。2.調透光率為零，即儀器零點。3.將參比溶液置于光路，接通光路(蓋上吸收池暗箱蓋)，調T%=100.0。2、3步應反復調整。4.將樣品溶液推入光路，讀取吸光度A。5.測定完成后，應整理好儀器，尤其要注意吸收池應及時清洗干凈。11-4吸光光度法測量條件的選擇為了使測定結果有較高的靈敏度和準確度，必須注意選擇最適宜的測量條件。①入射光波長②吸光度范圍被測溶液的吸光度值在0.2～0.8范圍內，測量誤差較小。為此可從以下三方面加以控制：一是改變試樣的稱樣量，或采用稀釋、濃縮、富集等方法來控制被測溶液的濃度；二是選擇適宜厚度的吸收池；三是選擇適當的顯色反應和參比溶液。③參比溶液(空白液)影響顯色反應的因素①顯色劑的用量②溶液的酸度③顯色溫度④顯色時間應用于光度分析的顯色反應必須符合下列要求：①顯色反應的靈敏度要高。一般來說，ε值在104～105時，則可認為此顯色反應靈敏度較高。②有色化合物組成要固定、穩定性要高。③反應的選擇性要好。④顯色劑在測定波長處無明顯吸收。⑤顯色反應受溫度、pH、試劑加入量的變化影響要小11-5吸光光度法的應用定性方法1.比較吸收光譜曲線：形狀、峰數、λmax位置與相應的εmax。2.用經驗規則計算λmax，然后與實測值比較。比較吸收光譜曲線法有標準物質比較法和標準譜圖比較法兩種

A.利用標準物質比較在相同的測量條件下，測定和比較未知物與已知標準物的吸收光譜曲線，如果兩者的光譜完全一致，則可以初步認為它們是同一化合物。為了能使分析更準確可靠，要注意如下幾點：

一是盡量保持光譜的精細結構。為此，應采用與吸收物質作用力小的非極性溶劑，且采用窄的光譜通帶；二是吸收光譜采用lgA對λ作圖。這樣如果未知物與標準物的濃度不同，則曲線只是沿軸平移，而不是像曲線那樣以的比例移動，更便于比較分析。

三是往往還需要用其它方法進行證實，如紅外光譜等。

B.利用標準譜圖或光譜數據比較常用的標準譜圖有以下的四種：

[1]SadtlerStandardSpectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978.薩特勒標準圖譜共收集了46000種化合物的紫外光譜。

[2]R.A.FriedelandM.Orchin,“UltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofAromaticCompounds”,Wiley,NewYork,1951.本書收集了597種芳香化合物的紫外光譜。

[3]KenzoHirayama：“HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds.”,NewYork,Plenum,1967。

[4]“OrganicElectronicSpectralData”，JohnWileyandSons，1946～（這是一套由許多作者共同編寫的大型手冊性叢書，所收集的文獻資料由1946年開始，目前還在繼續編寫）。

定量分析一、單一組分分析1.比較法(注意點)

A=εb