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1、紫外可见分光光度分析法第1页，此课件共45页哦颜色的产生颜色的产生 白光白光(太阳光太阳光)：由各种单色光组成的复合光：由各种单色光组成的复合光 单色光单色光：单波长的光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成由具有相同能量的光子组成)可见光区可见光区：400-750 nm 紫外光区紫外光区：近紫外区：近紫外区200-400 nm 远紫外区远紫外区10-200 nm（真空紫外区）真空紫外区）有色物质的不同颜色是由于吸收了不同有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。溶液能选择性地吸收某些波波长的光所致。溶液能选择性地吸收某些波长的光，而让其他波长的光透过，这时溶液长的光，而让其他波长的光透
2、过，这时溶液呈现出透过光的颜色。呈现出透过光的颜色。透过光的颜色是溶液吸收光透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。的互补色。第2页，此课件共45页哦 在在光光谱谱分分析析中中，依依据据物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建建立立起起来来的分析方法称为的分析方法称为吸光光度法吸光光度法,主要有主要有:红红 外外 吸吸 收收 光光 谱谱：分分 子子 振振 动动 光光 谱谱，吸吸 收收 光光 波波 长长 范范 围围2.52.5 10001000 m m，主要用于有机化合物结构鉴定。，主要用于有机化合物结构鉴定。紫紫外外吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围200
3、200 400400nmnm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。可可见见吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围400400 750750nmnm，主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。第3页，此课件共45页哦 紫外紫外可见光分光光度法可见光分光光度法是利用某些物质的分是利用某些物质的分子吸收子吸收200-800nm光谱区的辐射来进行分析测定光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这种分子吸收光谱产生于的方法。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁轨道上的电子在电子能级间
4、的跃迁，广泛用于无机，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。和有机物质的定性和定量测定。第4页，此课件共45页哦 1、物质内部三种运动形式、物质内部三种运动形式 （1 1）电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运动 （2 2）原子核在其平衡位置附近的相对振动）原子核在其平衡位置附近的相对振动 （3 3）分子本身绕其重心的转动）分子本身绕其重心的转动3.1 基本原理基本原理3.1.1分子吸收光谱的形成分子吸收光谱的形成第5页，此课件共45页哦 分子三种不同能级：分子三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级电子能级、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三种能级都是量
5、子化的，且各自具有相应的能量分子内能：分子内能：电子能量电子能量Ee、振动能量振动能量Ev、转动能量、转动能量Er 即即 EEe+Ev+Er evr第6页，此课件共45页哦2、能级跃迁、能级跃迁 紫外紫外-可见光谱属于电子跃迁可见光谱属于电子跃迁光谱。光谱。电子能级电子能级间跃迁的同时总间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃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动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。的若干谱线而呈现宽谱带。第7页，此课件共45页哦（1）电子能级的能量差）电子能级的能量差Ee较大较大120eV。电子跃
6、迁产生的吸收光电子跃迁产生的吸收光谱在紫外谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可见光谱或分子的电子光谱；可见光谱或分子的电子光谱；（2 2）分子振动能级的能量差（能级间隔）分子振动能级的能量差（能级间隔）E Ev v约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差Er：0.0050.050eV，跃迁产生吸收跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱第8页，此课件共45页哦（4 4）吸收光谱的波长分布是
7、由产生谱带的跃迁能级间的）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。性的依据。（5）物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力，物质也只能）物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力，物质也只能选择吸收那些能量相当于该分子能量选择吸收那些能量相当于该分子能量（e、v、r）总和的辐射；）总和的辐射；（6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。分析的依据。第9页，此课件共45页哦3有机化合物的紫外有机化合物的紫外 可见光
8、谱可见光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：的结果（三种）：电子、电子、电子、电子、n电子电子。分子轨道理论分子轨道理论：一个成键轨道必定一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子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，即成键轨道或均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。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(反键轨道反键轨道)跃迁。主跃迁。主要有四种跃迁所需能量要有四种跃迁所需能量大小顺序为大小顺序为：n
9、n n n 第10页，此课件共45页哦跃迁跃迁 所需能量最大，所需能量最大，电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃饱和烷烃的的分子吸收光谱出现在远紫外区分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长吸收波长200nm。一般发生在近紫外区，吸收强度弱。分子一般发生在近紫外区，吸收强度弱。分子中孤对电子和中孤对电子和键同时存在时发生键同时存在时发生n 跃迁。丙酮跃迁。丙酮n 跃迁的跃迁的为为275nm.第12页，此课件共45页哦4.常用术语常用术语（1 1）生色团：）生色团：最有用的紫外最有用的紫外可见光谱是由可见光谱是由和和n跃迁产生的、能在紫外可见跃迁产
10、生的、能在紫外可见光范围内产生吸收的集团。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。光范围内产生吸收的集团。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有这类含有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，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、偶氮基如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN。（2 2）助色团：）助色团：有一些含有有一些含有n n电子的基团电子的基团(如如 OH、OR、NH、NHR、X等等)，它们本它们本身没有生色功能身没有生色功能(不能吸收不能吸收200nm200nm的光的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生，但
11、当它们与生色团相连时，就会发生n n共轭作用，增强生色团的生色能力共轭作用，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。，这样的基团称为助色团。第13页，此课件共45页哦（3 3）红移与蓝移）红移与蓝移 maxmax向长波方向移动称为红移，向短向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移波方向移动称为蓝移(或紫移或紫移)。（4）增色效应和减色效应）增色效应和减色效应 由于化合物结构改变或其他原因，使由于化合物结构改变或其他原因，使吸收强度（摩尔吸光系数吸收强度（摩尔吸光系数）增强，称增色增强，称增色效应；使吸收强
12、度减弱，称为减色效应。效应；使吸收强度减弱，称为减色效应。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吸收波长max和吸收强度发生变化和吸收强度发生变化:第14页，此课件共45页哦3.1.2光吸收基本定律光吸收基本定律一、透射比和吸光度一、透射比和吸光度 当一束平行的单色光照射均匀的有色溶液时，光的一部分当一束平行的单色光照射均匀的有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被比色皿的表面反射。如被吸收，一部分透过溶液，一部分被比色皿的表面反射。如果入射光的强度为果入射光的强度为I I0 0，吸收光的强度为，吸收光的强
13、度为I Ia a，透过光的强度为，透过光的强度为I It t，反射光的强度为反射光的强度为I Ir r 则则:I I0 0I Ia a I It t I Ir r 在吸光光度法中，由于采用同样质料的比色皿进行测量，在吸光光度法中，由于采用同样质料的比色皿进行测量，反射光的强度基本上相同，其影响可以相互抵消，反射光的强度基本上相同，其影响可以相互抵消，上式可简化为上式可简化为:I I0 0I Ia a I It t 第15页，此课件共45页哦 透过光的强度透过光的强度I It t与入射光的强度与入射光的强度I Io o之比称为之比称为透光度或透透光度或透光率光率，用，用T T表示。表示。T T
14、I It t/I/Io o 溶液的透射比越大，表示它对光的吸收越小；反之，溶液的透射比越大，表示它对光的吸收越小；反之，透射比越小，表示它对光的吸收越大。常用吸光度来表示透射比越小，表示它对光的吸收越大。常用吸光度来表示物质对光的吸收程度，吸光度物质对光的吸收程度，吸光度A与透光度与透光度T的关系的关系:A lg1/T=lgT=lg Io/It第16页，此课件共45页哦二、朗伯朗伯 比耳定律比耳定律1、朗伯定律、朗伯定律 布格布格(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)先后于先后于1729年和年和1760年阐年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。当用适当波长的明了光的吸收程度和吸收层
15、厚度的关系。当用适当波长的单色光照射一固定浓度的溶液时，其吸光度与光透过的液单色光照射一固定浓度的溶液时，其吸光度与光透过的液层厚度呈正比，此即朗伯定律，层厚度呈正比，此即朗伯定律，其数学表达式为：其数学表达式为：A=kl k为比例系数，为比例系数，l为液层厚度（即样品的光程长度）为液层厚度（即样品的光程长度）朗伯定律适用于任何非散射的均匀介质，但它不能阐明吸光度朗伯定律适用于任何非散射的均匀介质，但它不能阐明吸光度与溶液浓度的关系。与溶液浓度的关系。第17页，此课件共45页哦 例例1.有一单色光通过厚度为有一单色光通过厚度为1cm的有色溶液的有色溶液,其强度其强度减弱减弱20%。若通过。若通
16、过5cm厚度的相同溶液厚度的相同溶液,其强度减其强度减弱百分之几弱百分之几?解：解：lgT1 l1 =lgT2 5l1 lgT2=5lgT1=5lg0.80=-0.485 T2=32.7%,即减弱即减弱67.3%第18页，此课件共45页哦2、比耳定律、比耳定律 1852 1852年比耳年比耳(Beer)Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。间也具有类似的关系。当用一适当波长的单色光照射厚度一定的当用一适当波长的单色光照射厚度一定的均匀溶液时，吸光度与溶液浓度呈正比，均匀溶液时，吸光度与溶液浓度呈正比，即：即：A=kc式中：式中：c为溶
17、液浓度，为溶液浓度，k为比例系数。为比例系数。第19页，此课件共45页哦 例例2.一符合比尔定律的有色溶液，当浓度为一符合比尔定律的有色溶液，当浓度为c时，透射比为时，透射比为T，若其它条件不变，浓度为若其它条件不变，浓度为c/3时，时，T为为_，浓度为，浓度为2c时，时，T为为_。解解:T1/3 T2 这说明浓度与透射比这说明浓度与透射比T 的是指数关系。的是指数关系。第20页，此课件共45页哦 Alg（I0/It)=b c 式中式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；吸光度；描述溶液对光的吸收程度；b：液层厚度液层厚度(光程长度光程长度)，通常以，通常以cm为单位；为单位；c：溶液的摩尔浓
18、度，单位溶液的摩尔浓度，单位molL；：摩尔吸光系数，单位摩尔吸光系数，单位Lmolcm；或或:Alg（I0/It)=a b c c：溶液的浓度，单位溶液的浓度，单位gL a：吸光系数，单位吸光系数，单位Lgcm a与与的关系为：的关系为：a=/M （M为摩尔质量）为摩尔质量）3、朗伯、朗伯比耳定律比耳定律第21页，此课件共45页哦透光度透光度(透光率透光率)T T透过度透过度T:描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度:T=I t /I0吸光度吸光度A与透光度与透光度T的关系的关系:A lg T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应比耳定律是吸光光度法的理论基础
19、和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；用于各种光度法的吸收测量；摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度；吸光系数吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为相当于浓度为1 g/L、液层厚度为液层厚度为1cm时时该溶液在某一波长下的吸光度。该溶液在某一波长下的吸光度。第22页，此课件共45页哦4、摩尔吸光系数、摩尔吸光系数的特征的特征 （1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数特征常数；（2 2）不随浓度不随浓度c c和光程长度
20、和光程长度b b的改变而改变的改变而改变。在温度和波长等条。在温度和波长等条件一定时，件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；无关；（3 3）同一吸收物质在不同波长下的同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大值是不同的。在最大吸收波长吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸光系数，常以max表示。表示。max表明了表明了该该吸收物质最大限度的吸光能力吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。可能达到的最大灵敏度。第23页，此课件共45页哦（4 4）可作为定性鉴定的参数；）
21、可作为定性鉴定的参数；（5 5）maxmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。物质的灵敏度越高。10 105 5：超高灵敏；：超高灵敏；=(6=(61010）10104 4 ：高灵敏；：高灵敏；2102104 4 ：不灵敏。：不灵敏。（6 6）在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 1mol/Lmol/L、液层厚度为液层厚度为1 1cmcm时该溶时该溶液在某一波长下的吸光度。液在某一波长下的吸光度。第24页，此课件共45页哦三、偏离朗伯三、偏离朗伯 比耳定律的原因比耳定律的原因 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲
22、线常发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生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯 比耳比耳定律的偏离。定律的偏离。引起这种偏离的因素（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）：（1 1）物理性因素物理性因素，即仪器的非理想，即仪器的非理想 引起的；引起的；（2 2）化学性因素，化学性因素，与样品溶液有关与样品溶液有关。第25页，此课件共45页哦（1 1）物理性因素物理性因素难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光 朗朗 比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。比耳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
23、近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯 比耳定律的正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。为克服非单色光引起的偏离，首先应为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。曲线较平坦处。第26页，此课件共45页哦(2)(2)化学性因素化学性因素 朗伯朗伯比耳定律的假定：所有的吸光质点比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液(c 60nm。2.选择
24、显色反应时，应考虑的因素选择显色反应时，应考虑的因素第39页，此课件共45页哦 某些元素的氧化态，如某些元素的氧化态，如Mn（）、）、Cr（）在紫外或可见在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。测定。例如：钢中微量锰的测定，例如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接进行光度测定不能直接进行光度测定 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O=2 MnO4+10 SO42-16H+将将Mn2 氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnO4后后，在在525 nm处进行测定处进行测定3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应第40页，此课
25、件共45页哦4.4.显色剂显色剂 无机显色剂：无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。有机显色剂：有机显色剂：种类繁多种类繁多 偶氮类显色剂：偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PARPAR 三苯甲烷类：三苯甲烷类：铬天青铬天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等第41页，此课件共45页哦1.1.显色剂用量显色剂用量 吸光度吸光度A A
26、与显色剂用量与显色剂用量C CR R的关的关系会出现如图所示的几种情况。系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。选择曲线变化平坦处。2.显色时间与温度显色时间与温度 实验确定实验确定二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择第42页，此课件共45页哦3.反应体系的酸度反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同在相同实验条件下，分别测定不同pHpH值条件下显色溶值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pHpH范围。范围。4.4.溶剂溶剂 一般尽量采用水相测定一般尽量采用水相测定第43页，此课件共45页
27、哦三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除体系内存在的干扰物质的影响有以下几种：体系内存在的干扰物质的影响有以下几种：干扰物质本身有颜色或与显色剂形成有色化合物，在测定条干扰物质本身有颜色或与显色剂形成有色化合物，在测定条件下也有吸收；件下也有吸收；在显色条件下，干扰物质水解，析出沉淀使溶液浑浊，致使吸光在显色条件下，干扰物质水解，析出沉淀使溶液浑浊，致使吸光度的测定无法进行；度的测定无法进行；与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物，使显色反应不与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物，使显色反应不能进行完全。能进行完全。第44页，此课件共45页哦三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除1.1.加入掩蔽剂加入掩蔽剂 选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。2.控制酸度控制酸度 多数显色剂是有机弱酸或弱碱，介质的酸度会直接影响显色剂的离解程多数显色剂是有机弱酸或弱碱，介质的酸度会直接影响显色剂的离解程度，从而影响显色反应的完全程度。度，从而影响显色反应的完全程度。3.选择适当的测量波长选择适当的测量波长 4.分离干扰离子分离干扰离子第45页，此课件共45页哦