《紫外可见吸收光谱》PPT课件.ppt

紫外可见吸收光谱法Ultraviolet Spectrophotometry，UV 紫外可见吸收光谱法一、分子吸收光谱的概述一、分子吸收光谱的概述1、概念、概念Ø光学分析法光学分析法：根据物质的光学性质进行分析的方法 Ø光谱分析法光谱分析法：基于物质对不同波长光的吸收、发射和散射程度的分析方法Ø分子吸收光谱法分子吸收光谱法：建立在物质分子对电磁辐射的选择性吸收基础上的分析方法Ø紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱法：根据分子对紫外区域辐射的吸收建立起来的分析方法，称为紫外分光光度法  紫外可见吸收光谱法2、电磁辐射对物质的相互作用、电磁辐射对物质的相互作用（1）激发         电磁辐射是一种以巨大速度通过空间而传播的能量当辐射通过固体、液体或气体的一个透明层时，其中的某些辐射能被吸收分子吸收一定的能量由最低能态（基态）跃迁到较高的能态（激发态），这一过程称为激发激发         由于物质的原子、分子或离子具有不连续而数目有限的量子化能级，被吸收的光子的能量（即激发用的光辐射能量）必须与吸收物质的基态和激发态能量之差相等 紫外可见吸收光谱法Ø 激发激发        E = E激－E基＝ hυ=( h c ) / λ•  E ： 被吸收的光子能量• h ：普朗克常数（6.62×10-34 ）• υ：辐射频率( S-1 )• c ：光速 （2.998 ×1010-1 )• λ：波长 分子或原子对辐射的吸收是一种选择性吸收（特征吸收）！ E = E激－E基＝ hυ=( h c ) / λ2ev4ev7ev2ev5ev8ev紫外可见吸收光谱法（（2）分子吸收光谱类型）分子吸收光谱类型    分子吸收辐射的总能量应是三种运动能量之和。

E分子 ＝E电子 ＋ E振 ＋ E转     三种能级的大小顺序是： △E电子 > △E振 > △E转 电磁辐射是包含多种波长成分的复色光，分为几个连续的波长区域： X-射线  紫外  红外 可见微波10nm380nm780nm500μm紫外可见吸收光谱法Ø分子吸收光谱类型分子吸收光谱类型            从分子吸收不同光辐射的能量、波长来分类，可将分子吸收光谱分为以下几类：                                                                      光谱区域       波长                 分子运动形式                光谱类型    远紫外      10－200nm       分子外层价电子跃迁        远紫外吸收      紫外紫外 200－－380nm 分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁 紫外吸收紫外吸收 可见可见 380－－780nm 分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁 可见吸收可见吸收     红外     0.78－25um        分子中原子的振动              红外吸收   远红外    25－500um               分子的转动                远红外吸收                                                                   紫外可见吸收光谱法Ø紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱： 分子选择性吸收紫外光或可见光（即200－780nm的光），分子外层价电子跃迁形成的光谱。

 紫外可见吸收光谱法二、物质的紫外可见吸收光谱二、物质的紫外可见吸收光谱          物质的紫外可见吸收光谱，决定于分子中的价电子的跃迁，因此分子的组成不同，特别是价电子性质不同，则产生的吸收光谱也不同       按分子轨道理论，在分子中有几种不同性质的价电子： σ键电子：形成单键的电子 π键电子：形成双键的电子 n 键电子：未成键的孤对电子，又称p电子 紫外可见吸收光谱法     σ＊＊ 反键   π π＊＊ 反键 n n 非键 ππ 成键 σσ 成键 电子能级与跃迁图 电子跃迁类型电子跃迁类型Øσ－σ＊跃迁Ø n - σ＊跃迁 Ø n －π＊ Ø π－π＊ 紫外可见吸收光谱法 分子跃迁类型分子跃迁类型1 1、、σσ－－σσ＊＊跃迁跃迁  饱和单键烃类只具有σ键电子，σ键电子最不易激发，只有吸收很大的能量，才能产生σ－σ＊跃迁，因而一般在远紫外区（10－200nm）才有吸收带。

远紫外区又称为真空紫外区，这是由于小于160nm的紫外光要被空气中的氧所吸收，因此需要在无氧或真空中进行测定，目前应用不多 由于这类化合物在200－1000nm范围（一般紫外及可见区分光光度计的测定范围）内无吸收带，在紫外吸收光谱分析中常用作溶剂（如己烷、庚烷、环己烷等） 紫外可见吸收光谱法2、 n - σn - σ＊＊跃迁跃迁         当饱和烃中的氢被氧、氮、卤素、硫等杂原子取代时，由于这类原子中有n电子，n电子较σ键电子易于激发，使电子跃迁所需能量降低，吸收峰向长波长方向移动，这种现象称为红红移移，此时产生n - σ＊跃迁这类跃迁多发生在200nm左右 如CH4的σ－σ＊跃迁，吸收光谱在125－135nm（远紫外区）,CH3I的σ-σ＊跃迁，吸收峰在150－210nm，n - σ＊跃迁的吸收峰在259nm，其吸收波长向长波长范围偏移了 这种能使吸收波长向长波长移动（红移）的杂原子基团，称为助色团助色团如－NH2、－NR2、－OH、－OR、－SR、－Cl、－Br、－I等  紫外可见吸收光谱法3、 n n －－ππ＊＊和和ππ－－ππ＊＊跃迁跃迁 是紫外可见光谱法研究有机物最常遇到的跃迁类型。

这类跃迁易发生，所需能量使吸收波长在200nm以上的区域，所涉及的基团都具有不饱和π键 若在饱和烃中，引入含有π键的不饱和基团，将使这一化合物的最大吸收波长移至紫外及可见区，这种基团称为生色团生色团    常见的生色团有：－C=C－、－C＝C－、    C＝N－  C＝O、－COOH、－N＝N－、－N＝O、－O－N＝O －C6H5  等紫外可见吸收光谱法三、物质对光的吸收定律三、物质对光的吸收定律1 1、、朗朗伯伯－－比比尔尔定定律律: : 一束平行的单色光照射到一均匀的溶液时，液层的厚度为L，溶液的浓度为c，入射光的强度为I0，出射光的强度为It, 吸光度与浓度之间的关系是： ItI0L           A ＝ lg  ( I0 ／ It ）               ＝lg ( 1／T ） ＝ ξ Lcξ：摩尔吸光系数 L·mol-1·cm-1， 表示浓度为1mol·L-1，溶液厚度为1cm时溶液对光的吸收能力ξ值越大，对光的吸收能力越强，其测定灵敏度就越高         吸光度有加合性:          A总= A1＋ A2＋···An              =ξ1Lc1 +ξ2Lc2 +···ξnLcn紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱法2 2、影响朗伯－比尔定律的因素、影响朗伯－比尔定律的因素（（1 1）定律本身的局限性。

定律只适用于稀溶液）定律本身的局限性定律只适用于稀溶液 A、在高浓度情况下，组份粒子间的距离变小，以至粒子与粒子间相互作用增强，造成其表面电荷分布情况的改变，从而改变了对特定波长辐射的吸收能力，引起A和C之间线性关系发生偏离 B、浓度增加会引起溶液折射率变化，那么吸收物质的ξ值也会发生变化，从而引起偏离现象 一般而言，在浓度不超过10-2mol·L-1时，上述影响可不予考虑 紫外可见吸收光谱法（（2 2）仪器因素）仪器因素 A、非单色光的影响只有采用单色光，才能观测到溶液吸收体系遵守朗伯－比尔定律但是在使用连续光为光源的情况下，不可能获得真正的单色光，再加上要考虑有一定的入射光强度I0，仪器狭缝不可能调至所需的限度，因此所得的入射光实际上是具有一定宽度的光带△λ越大，吸收光谱的分辨率越低，A与C间的线性偏离越大            B、入射光包含有非吸收光成分时，会导致测定灵敏度的下降，使校正曲线向横轴弯曲，产生严重偏离吸收定律的结果，这种偏离将随吸收物浓度增加而增加           C、入射光是非平行光束，即不是垂直于吸收池的截面，结果使通过溶液的实际光程大于吸收池的厚度，也会引起校正曲线的弯曲，不过这种影响比前面两种要小得多。

紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱法（（3）化学因素）化学因素 A、被测组分发生离解、缔合、光化学反应等作用，从而导致偏离吸收定律       如溶液的pH对K2Cr2O7溶液中的平衡影响：      Cr2O72-  +  H2O   ══ 2HCrO4-  ══   2H+   +  2CrO42- 在不同pH值时，Cr2O72- 和CrO42-浓度会发生变化，溶液的吸光度A和Cr的浓度C之间的关系就会发生改变 黄色，在375nm处有吸收橙色，在350nm、450nm处有吸收紫外可见吸收光谱法 化学因素化学因素 B、溶剂有些溶剂，特别是极性溶剂，对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响如异丙叉丙醇的溶剂效应见下表： 吸收带 正己烷 氯仿 甲醇 水 迁移 π －π＊ 230nm 238nm 237nm 243nm 向长波移动 n － π＊ 329nm 315nm 309nm 305nm 向短波移动 在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂紫外可见吸收光谱法（（4 4））其它其它 A、被测溶液中含有大量悬浮物、胶粒等散射点，会引起入射光因散射而损失，使吸光度A值增加，引起偏离。

B、某些物质吸收了光辐射后，会产生荧光，所产生的二次辐射也将造成偏离吸收定律，不过一般情况下，荧光引起的影响是比较小的 紫外可见吸收光谱法四、紫外可见分光光度计四、紫外可见分光光度计 1 1、基本结构、基本结构 光源  单色器  样品池  检测器 记录仪       岛津UV－265紫外可见分光光度计紫外可见吸收光谱法（（1 1）光）光 源源: :提供紫外或可见辐射提供紫外或可见辐射 钨灯：用于可见光谱区， 波长范围320－2500nm 氢灯、氘灯：用于紫外光区， 波长范围180－375nm 紫外可见吸收光谱法 （（2 2）单色器）单色器 将辐射分解成不同波长的光，并选择其中的部分作为入射光源 色散元件：棱镜或光栅 狭缝：入射和出射狭缝，狭缝宽度直接决定光谱带的宽度 透镜：作用是将光聚焦 准直镜：使光成为平行光束照射在吸收池截面上 紫外可见吸收光谱法（（3 3）吸收池（样品池））吸收池（样品池） 玻璃池用于可见光区。

石英池既可用于可见区， 也可用于紫外区        各种规格的比色皿紫外可见吸收光谱法（（4 4））检检测测器器：：是一个光电转换元件，将透过的光辐射信号变成可测量的电信号；目前常用光电管和光电倍增管5 5）记录仪：）记录仪：将测量结果直接反映出来 紫外可见吸收光谱法2 2、分光光度计的种类、分光光度计的种类Ø 单光束分光光度计 如 751型紫外可见 分光光度计Ø双光束分光光度计 如 岛津UV－265 紫外可见分光光度计Ø双波长双光束分光光度计 紫外可见吸收光谱法五、紫外可见分光光度计的应用五、紫外可见分光光度计的应用1、仪器的校正 任何一台分光光度计，使用前要对一些性能指标进行检查和校正，以保证测量结果的准确度和精度 校正，即测定实测值与标准值之间相符的程度         用于红外光谱仪校正的聚苯乙烯薄膜紫外可见吸收光谱法（1）波长准确度校正 波长准确度对分析测量有很大影响对于定性分析，波长准确度直接关系到光谱吸收峰的位置；对于定量分析，则直接影响测定值。

在不同谱区分别用已知波长的标准单色光或有确定吸收峰的吸收光谱来检验仪器的波长准确度 常用标准谱线有：H2、D2nm、656.1nm，或用镨铵玻璃滤光片的吸收峰来校正波长紫外可见吸收光谱法（2）吸光度的校正    指检查和校正分光光度计吸光度（纵坐标）标度的过程一些物质如CuSO4、KCrO4的标准溶液可作为校正用的标准溶液3） 吸收池的校正 分光光度测定，常要求严格配对的测量吸收池和参比吸收池为检验两池是否匹配，可进行如下验证：在A池内装试样溶液，B池内装参比溶液在不同波长下测量吸光度A值随后倒出上述溶液，洗净池体后，在A池装参比，B池状试样，再次测定当两次的A值误差小于1％时，认为两池匹配紫外可见吸收光谱法2、分析条件选择（1）溶剂选择 多数分光光度分析是在溶液体系中进行的，制备溶液时应考虑溶剂的选择所选择的溶剂必须是透明的，不和被测物质发生化学反应，而且在所用的波长范围内无吸收此外，挥发性小、不易燃、毒性低等也常需考虑 常用溶剂有：水、正己烷、正庚烷、甲醇、乙醇、苯、丙酮、异丙醇、甘油、氯仿、石油醚等 紫外可见吸收光谱法（2）测定条件的选择 A、测定波长选择 根根据据待待测测组组分分的的吸吸收收光光谱谱，，选选择择最最强强吸吸收收带带的的最最大大吸吸收收波长波长λmaxλmax为测定波长。

为测定波长 因因为为在在λmaxλmax处处，，每每单单位位浓浓度度变变化化所所引引起起的的A A值值变变化化最最大大，，因因此此可可获获得得最最大大灵灵敏敏度度但是，当受到共存杂质干扰时，也可选择非λmax的次灵敏波长作为测量波长 紫外可见吸收光谱法 Ø 测定波长选择 方法是查资料或用双光束分光光度计作200－1000nm下的A值图 VB6的吸收光谱（200－900nm)紫外可见吸收光谱法 B、狭缝宽度及吸光度范围的选择 狭缝宽度过大，则△λ大，会使灵敏度降低，且使校正曲线偏离比尔定律但狭缝宽度过小，会使光强度减弱，引起误差最最佳佳的的选选择择应应是是在在产产生生最最小小误误差差情情况况下下的的最最大大狭狭缝缝宽度 根据吸光度与测量误差的关系，当A值在0.2-0.8之间时，测量结果的精度最好 为为此此，，应应控控制制待待测测物物浓浓度度（（稀稀释释、、浓浓缩缩））或或比比色色皿皿厚厚度度使使A A紫外可见吸收光谱法 （3）试液体系条件选择 A、酸度（pH值）: 可以改变显色剂的颜色，影响络合反应，引起金属离子水解及改变被测离子的存在形式等。

在固定被测组分浓度的情况下， 改变溶液的pH值，测定其A值， 作A值－pH值图，以找出一个对 A值影响最小的pH值区间 A0pHa    bA-pH关系曲线紫外可见吸收光谱法B、显色剂浓度 对显色剂量也需通过实验后才能确定方法是作A值－显色剂浓度曲线，找出曲线平坦处所对应的显色剂浓度范围为合适的显色剂浓度 A0Ca      bA-显色剂浓度关系曲线紫外可见吸收光谱法 C、反应时间和温度 不同的显色反应其反应速度不一样，而且反应的温度对反应的进行以及反应物的稳定性都有影响因此，在分析前对反应时间和温度都需进行研究，选出最佳条件 A0t/mina     bA-显色时间关系曲线紫外可见吸收光谱法3 3、定性分析、定性分析（（1 1）鉴定未知试样）鉴定未知试样 在相同的测定条件下，比较未知物与已知标准物的紫外光谱图，若两者的谱图相同，则可认为待测试样与已知化合物具有相同的生色团 必须注意的是：紫外图谱相同的两个化合物未必是同一种物质！因为有机物质结构上的复杂性，而多数有机物分子在溶液中只有少数几个宽的吸收峰，特别是具有相同生色团的不同结构分子，当分子比较大时，其生色团的紫外吸收光谱会不受分子结构影响。

从紫外光谱中还不能完全确定物质的分子结构，必须与红外吸收光谱、质谱以及其它方法配合起来，才能得出可靠的结论紫外可见吸收光谱法（（2 2）） 推断分子结构推断分子结构 紫外光谱是有机物对紫外光的选择性吸收，可以通过吸收光谱来推断化合物结构中的官能团 如在270－300nm区域，存在一个随溶剂极性增加而紫移的弱吸收带，证明可能存在一个羰基；在210－250nm有强吸收带，则可能含有两个双键的共轭单位；而在260－350nm有强吸收带，则表示有3－5个共轭单位；在250－300处有中等强度吸收带，还带有一定的精细结构，说明有苯环存在 紫外可见吸收光谱法 （3） 纯度检查纯度检查 如果一个化合物在紫外区没有吸收峰，而其中的杂质有较强的吸收，就可检出该化合物的痕量杂质如鉴定甲醇或乙醇中的杂质苯，可利用苯在256nm处的吸收带，而甲醇或乙醇在此波长几乎无吸收 A     波长/nm200300121、纯甲醇 2、被苯污染的甲醇紫外可见吸收光谱法4 4、定量分析、定量分析 通常在化合物的最大吸收波长通常在化合物的最大吸收波长λmaxλmax下，测定该物质溶液的下，测定该物质溶液的A A值。

值1 1）） 标准曲线法标准曲线法（工作曲线法）（工作曲线法） 配配制制一一系系列列不不同同浓浓度度的的标标准准溶溶液液，，并并以以不不含含待待测测组组分分的的空空白白溶溶液液作作参参比比，，测测定定标标准准溶溶液液的的A A值值，，制制成成A A值值－－浓浓度度C C曲曲线线（（即即标标准准曲曲线线））在在相相同条件下，测定未知试液的同条件下，测定未知试液的A A值，从校正曲线上求得未知试样的含量值，从校正曲线上求得未知试样的含量 A0C标准曲线Fe2+ －邻菲咯啉标准溶液紫外可见吸收光谱法 （（2 2）标准加入法）标准加入法 （增量法）（增量法） 待测试样的确切组成是不完全确知的，这就为配制与与待待测测试试样样组组成成相相似似的的标标准准溶溶液液带来困难可用标准加入法克服这一困难 A0C（增量）Cx标准加入法A BC DE FA BDE F样品溶液空白溶液光源ItI0紫外可见吸收光谱法Ø 取若干份体积相同的试样溶液，从第二份开始分别按比例加入不同量的待测组分的标准溶液，然后用溶剂稀释至一定体积，测其吸光度，以A对加入量作图。

这时曲线并不通过原点相应的截距所反映的吸收值正是试样中待测组分所引起的效应外延此曲线使与横坐标相交，相应于原点与交点的距离，即为所求的试样中待测组分的浓度 待测液标准溶液溶剂稀释01248紫外可见吸收光谱法实验紫外可见吸收光谱法实验邻二氮菲分光光度法测定微量铁                       第一部分 仪器简介              （以岛津UV－265紫外可见分光光度计为例）记录仪控制面板光源样品光束参比光束样品池参比池一、一、主要结构和各部件的功能主要结构和各部件的功能二、参数选择与程序设定二、参数选择与程序设定1、开机后，用Photometric mode T%－透光率；ABS－吸光度；E－能量Scan  SpeedFast－快；M－中；Slow－慢Scale打印纸的规格：nm/cmScan  ModeOVRLY－重复展位；SEQ－顺序记录TIME－扫描；PRINT－数据打印Wavelength  RangeSTART－900nm，END－200nmParameter选择参数项Light Source Change光源切换波长Curve打印线：实线、虚线等2、程序设定Function 1：Comment－在屏幕上方打印文字信息Function 2：Auto calc－作标准曲线，测定未知样品中化合物                                          浓度（定量）Function 3：Data Proc－进行多波长计算，同时测定一个样品                                        几个波长下的吸收值Function 4：Peak Pick－编制某一化合物在特定波长范围内有                                        最大吸收值  选选 择择 各各 项项 功功 能能 第二部分 实 验                 （ 邻二氮菲分光光度法测定微量铁 ）一、实验目的一、实验目的        1、了解紫外可见分光光度计工作原理及操作方法        2、掌握标准曲线测定未知样品的浓度的方法二、基本原理二、基本原理        在pH为2～9的溶液中，Fe2+ 与邻二氮菲发生显色反应，生成的橙红色络合物非常稳定，其溶液在510nm有最大吸收峰。

本实验以盐酸羟胺为还原剂，将Fe3+ 还原为Fe2+ 三、主要试剂三、主要试剂     1、铁盐标准溶液              2、邻二氮菲水溶液      3、盐酸羟胺水溶液         4、Hac－NaAc缓冲溶液      5、HCl溶液四、实验步骤四、实验步骤    1、测量Fe2+ －phen吸收曲线        目的是选择Fe2+ 与邻二氮菲生成的橙红色络合物的最大吸收波长mg/mLmL分别注入50mLmL盐酸羟胺溶液摇匀，在加入5mL Hac-NaAc缓冲溶液和5mL邻二氮菲溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10min ，比色试剂空白溶液（即上述不加标准铁的溶液）为参比溶液，在分光光度计上，在420～600nm比色2、绘制标准曲线mg/mLmL于8只50mL容量瓶中，按步骤1的顺序加入试剂，在λmax下，分别测定各溶液的吸光度值以标准溶液的含铁量为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线铁标准溶液系列空白溶液A根据实际的测定值选择最大吸收波长λmax为测量波长波长/nmFe2+ －phen吸收曲线A铁溶液浓度-1 标准曲线3、自来水中微量铁的测定mL的自来水于50mL容量瓶中，按步骤1的顺序加入试剂，在最大吸收波长λmax下比色，根据吸光度值，在标准曲线上查出水样中铁的含量。