第三章紫外-可見(jiàn)分光光度法

紫外-可見(jiàn)分光光度法又稱紫外-可見(jiàn)吸收光譜法，是根據(jù)溶液中物質(zhì)的分子或離子對(duì)紫外和可見(jiàn)光譜區(qū)輻射能的吸收來(lái)研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)的方法，也稱作紫外可見(jiàn)吸收光度法，藥物分析中常把測(cè)定波長(zhǎng)位于紫外區(qū)的稱紫外光度法，測(cè)定波長(zhǎng)在可見(jiàn)區(qū)的稱為比色法。

紫外光：遠(yuǎn)紫外光（10~200nm）和近紫外光（200~400nm）的電磁輻射。

可見(jiàn)光：400~760nm的電磁輻射（某些人可見(jiàn)380~780nm）。溶液中物質(zhì)選擇性的吸收可見(jiàn)光中某種顏色的光，溶液就會(huì)呈現(xiàn)出一定的顏色。

紫外-可見(jiàn)吸收光譜法的特點(diǎn)

靈敏度高準(zhǔn)確度高選擇性好設(shè)備簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛精密度高特點(diǎn)紫外-可見(jiàn)分光光度法的基本原理第一節(jié)一、紫外可見(jiàn)吸收光譜1.紫外可見(jiàn)吸收光譜的產(chǎn)生當(dāng)分子吸收外界的輻射能量（電磁輻射）時(shí)，會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，亦即發(fā)生能級(jí)的躍遷，其中含電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。

連續(xù)的帶狀光譜2.電子躍遷類型

外層電子

成鍵的價(jià)電子

非成鍵的價(jià)電子—

n電子—

n軌道σ鍵，σ電子—

σ成鍵軌道π鍵，π電子—

π成鍵軌道有機(jī)分子的電子躍遷躍遷類型：能量大小順序：

σ<π<n<

π*<σ*

*、n

*、n

*、

*四種類型。σ*反鍵軌道（激發(fā)態(tài)電子）π*反鍵軌道(激發(fā)態(tài)電子)16:21:29有機(jī)化合物中的電子躍遷類型

*

*

*反鍵軌道

*反鍵軌道n非鍵軌道

成鍵軌道

成鍵軌道n

*

*n

*

*n

E激發(fā)態(tài)基態(tài)(1)σ→σ＊躍遷

所需能量最大,吸收的輻射波長(zhǎng)最短，如飽和的碳?xì)浠衔?，吸收波長(zhǎng)處于小于200nm的真空紫外區(qū)。

例：甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。（2）n→σ＊躍遷

含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S、鹵素)均呈現(xiàn)n→σ*

躍遷。所需能量較大。吸收波長(zhǎng)為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)200nm以下。

雜原子電負(fù)性越大，躍遷所需的能量越大。λmax

CH3Cl：173nm，CH3Br：204nm，CH3I：

258nm

16:21:29（3）n→π＊躍遷

由n電子從非鍵軌道向π*反鍵軌道的躍遷(R帶)，基團(tuán)中既有π電子，也有n電子，可以發(fā)生這類躍遷。如:C=O,N=N,N=O,C=S特點(diǎn):

(a).

與組成π鍵的雜原子有關(guān),雜原子的電負(fù)性越強(qiáng)，

λmax

越小;(b).

n→π*躍遷所需能量最小，大部分吸收在200~700nm；(c).n→π*

躍遷的幾率比較小，所以摩爾吸光系數(shù)比較小，一般~102。16:21:29(4)π→π*躍遷

是π電子從成鍵π軌道向反鍵π*軌道的躍遷，含有π電子基團(tuán)的不飽和有機(jī)化合物，都會(huì)發(fā)生π→π*躍遷。如含有碳碳雙鍵、碳碳叁鍵的化合物。吸收一般在200nm附近。

特點(diǎn)：

(a)

吸收波長(zhǎng)一般受組成不飽和鍵的原子影響不大，如

及

的λmax

都是175nm(b)

εmax一般在104

L·mol-1·cm-1以上，屬于強(qiáng)吸收。

摩爾吸光系數(shù)的顯著差別，是區(qū)別π→π*躍遷和n→π*躍遷的方法之一。

（1）生色團(tuán)和助色團(tuán)生色團(tuán)：在紫外可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收的原子團(tuán)。C=OC=CC≡CN=N特點(diǎn)：將此類基團(tuán)引入飽和烷烴后，可使整個(gè)物質(zhì)的吸收線向長(zhǎng)波(可見(jiàn)光)方向移動(dòng)——生色，此現(xiàn)象又稱“紅移”或“長(zhǎng)移”?！疚站€向相反方向變化稱為“紫移”或“藍(lán)移”。λ(nm)10400700紫外光可見(jiàn)光紅橙黃綠青藍(lán)紫紅移紫移如：CH4約125nm；CH3—CH=CH2約170nm。3.常用術(shù)語(yǔ)

助色團(tuán)：含有非鍵電子對(duì)的雜原子飽和基團(tuán)，當(dāng)它們與生色團(tuán)或飽和烴相連時(shí)，能使生色團(tuán)或飽和烴的吸收向長(zhǎng)波方向移動(dòng)（紅移），并使吸收強(qiáng)度增加?；鶊F(tuán)類型：帶雜原子的飽和基團(tuán)-OH、-OCH3、-NH2、-NHCH3…….例：苯=255nm，=230苯酚=270nm，=145016:21:29（2）增色效應(yīng)和減色效應(yīng)由于化合物的結(jié)構(gòu)改變或其他原因，使吸收強(qiáng)度增加的效應(yīng)稱為增色效應(yīng)。吸收強(qiáng)度減弱的效應(yīng)稱為減色效應(yīng)。

概念：以波長(zhǎng)λ為橫坐標(biāo)、吸光度A為縱坐標(biāo)所描繪的曲線稱為吸收光譜曲線，簡(jiǎn)稱吸收光譜。特點(diǎn)：在相同條件下，同一物質(zhì)的不同濃度的溶液，其吸收光譜曲線相似，且λmax相同。這是定性分析的基礎(chǔ)。

A480520560nm

max（3）紫外可見(jiàn)吸收光譜曲線（4）吸收帶①R帶n→π*

躍遷產(chǎn)生的吸收帶，為弱吸收帶。②K帶

共軛雙鍵π→π*

躍遷產(chǎn)生的吸收帶。其特征是εmax

>104,為強(qiáng)吸收帶。③B帶

芳香族和雜環(huán)芳香族化合物光譜的特征吸收帶，也是由π→π*躍遷產(chǎn)生的。芳環(huán)的B帶在230～270nm,躍遷幾率較小，屬于弱吸收帶εmax

≈200，其中包含精細(xì)結(jié)構(gòu)。④E帶

環(huán)狀共軛體系中（芳香族和雜環(huán)芳香族化合物）中π→π*躍遷

產(chǎn)生的K

帶，屬于中等吸收帶。B帶和E帶為芳香結(jié)構(gòu)的特征譜帶。1.透光率與吸收度

I0＝Ia+It

透射光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度I0的比值稱為透光率或透光度T。二、朗伯比爾定律

透光率

（透射比）Transmittance透光率定義：T取值為0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光

I0透射光

It

透光率的負(fù)對(duì)數(shù)為吸光度A。

2.光的吸收定律

當(dāng)一束平行的單色光通過(guò)均勻、無(wú)散射的含有吸光性物質(zhì)的溶液時(shí)，在入射光的波長(zhǎng)、強(qiáng)度及溶液的溫度等條件不變的情況下，該溶液的吸光度A與溶液的濃度c及液層厚度L的乘積成正比，即A＝K·L·c，稱為光的吸收定律（朗伯-比爾定律）。式中k是比例系數(shù)，與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。光的吸收定律是定量分析的理論依據(jù)。吸光度與光程的關(guān)系A(chǔ)=kLc

光源檢測(cè)器0.00吸光度檢測(cè)器L樣品光源0.22吸光度光源檢測(cè)器0.44吸光度L樣品L樣品吸光系數(shù)

（1）摩爾吸光系數(shù)：在入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，溶液濃度為1mol/L，液層厚度為1cm時(shí)所測(cè)得的吸光度稱為摩爾吸光系數(shù)，常用ε表示，其量綱為L(zhǎng)/（mol·cm）。（2）比吸光系數(shù)：在入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，溶液濃度為1g/L，液層厚度為1cm時(shí)的吸光度稱為吸收系數(shù)，常用α表示，其量綱為L(zhǎng)/(g·cm)。（3）百分吸光系數(shù)：在入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，溶液濃度為1%（g/100ml）、液層厚度為1cm時(shí)所測(cè)得的吸光度稱為百分吸光系數(shù)，常用表示，其量綱為100ml/（g·cm）根據(jù)上述定義，摩爾吸光系數(shù)和吸收系數(shù)、百分吸光系數(shù)之間的換算關(guān)系是：比例系數(shù)k在一定條件下為常數(shù)，稱為吸光系數(shù)，吸光系數(shù)的物理意義和表達(dá)方式是隨待測(cè)溶液的濃度單位不同而不同。例

用氯霉素（相對(duì)分子質(zhì)量為323.15）純品配制100ml含2.00mg的溶液，以1.00cm厚的吸收池在278nm波長(zhǎng)處測(cè)得其透光率為24.3％，試計(jì)算氯霉素在278nm波長(zhǎng)處的摩爾吸光系數(shù)和百分吸光系數(shù)。解：已知M＝323.15g/mol，c＝2.00×10-3%，T＝24.3%。

∵

∴

[100ml/（g·cm）]

L/(mol·cm)例:某有色溶液，當(dāng)用1cm比色皿時(shí)，其透光度為T，若改用2cm比色皿，則透光度應(yīng)為多少？解:由A=-lgT=klc可得T=10-klc當(dāng)l1=1cm時(shí)，T1=10-kc=T當(dāng)l2=2cm時(shí)，T2=10-2kc=T2

朗伯-比爾定律不僅適用于可見(jiàn)光，而且也適用于紫外光和紅外光；不僅適用于均勻、無(wú)散射的溶液，而且也適用于均勻、無(wú)散射的固體和氣體。實(shí)驗(yàn)證明，溶液對(duì)光的吸光度具有加和性。如果溶液中同時(shí)存在兩種或兩種以上的吸光性物質(zhì)，則測(cè)得的該溶液的吸光度等于溶液中各吸光性物質(zhì)吸光度的總和，即：

A（a+b+c）＝Aa＋Ab＋Ac

朗伯-比耳定律適用的條件

（1）入射光為單色光（2）吸收發(fā)生在均勻的介質(zhì)中（3）吸收過(guò)程中吸收物質(zhì)相互不發(fā)生作用3.偏離光的吸收定律的主要因素

（1）化學(xué)因素①吸光性物質(zhì)溶液的濃度

朗伯—比耳定律只適用于稀溶液，

當(dāng)溶液濃度c>10-2mol/L時(shí)，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對(duì)光的吸收。

②吸光性物質(zhì)的化學(xué)變化

溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時(shí)，使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。

③溶劑的影響

不同種類的溶劑，不僅會(huì)對(duì)吸光性物質(zhì)的吸收峰強(qiáng)度、最大吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)組成產(chǎn)生影響，導(dǎo)致偏離光吸收定律。例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

2CrO42-＋2H＋

Cr2O72-＋H2O

溶液中CrO42-、Cr2O72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同≒（2）光學(xué)因素非單色光——單色光不純吸收定律成立的前提條件之一是入射光為單色光，但實(shí)際上難以獲得真正的純單色光。在實(shí)際工作中，為了避免非單色光帶來(lái)的影響，一般選用峰值波長(zhǎng)（最大吸收波長(zhǎng)）進(jìn)行測(cè)定。

雜散光散射光和反射光非平行光

儀器光源不穩(wěn)定、實(shí)驗(yàn)條件的偶然變動(dòng)、讀數(shù)精度變動(dòng)等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。濃度測(cè)量的相對(duì)誤差與T(或A)的關(guān)系：儀器讀數(shù)誤差對(duì)于給定的儀器，讀數(shù)誤差ΔT為一常數(shù)（1）透光率測(cè)量誤差4.測(cè)量誤差及測(cè)