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紫外-可见吸收光谱 Ultraviolet visible Spectroscopy (UV –VIS) 第三章 紫外-可见吸收光谱 UV-VIS §1 定义 §2 可见吸收光谱简介 §3 基本原理 §4 化合物电子光谱 §5 仪器 §6 应用 §1 定义 物质吸收了 外来辐射的能量， 分子中的电子从低 能级跃迁到较高能 级同时产生分子 的振动与转动 图 双原子分子的三种能级跃迁示意图(实际上电子能级间 隔要比图示大很多，而转动能级间隔要比图示小很多) 1．分子吸收光谱的产生——由能级间的跃迁引起 ▲能级：电子能级、振动能级、转动能级. ▲跃迁：电子受激发，从低能级转移到高 能级的过程 2．分子吸收光谱的分类： 分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大 小顺序 3．紫外-可见吸收光谱的产生 由于分子吸收中每个电子能级上耦合有许多 的振-转能级，所以处于紫外-可见光区的电子 跃迁而产生的吸收光谱具有 “带状吸收” 的 特点 ¡ 分子能量的变化是电子运动能量变化、分子 振动能量变化与分子转动能量变化的总和 ΔE =Ee +Ev + Er ¡波长200～400nm范围的光称为紫外光人眼能 感觉到的光的波长大约在400～750nm之间，称 为可见光。

¡ 利用分子吸收200～750nm（紫外-可见光谱区 ）的辐射来进行分析测试的方法称为分子紫外- 可见吸收光谱分析 § 2 吸光光度法简介 在分析化学中，利用有色溶液颜色的深 度测定有色溶液的浓度的方法，叫吸光光度 法它包括比色法、可见及紫外分光光度法 § 2.1 光与吸收光谱 一、光的两象性 光是电磁波的一种，因其波长很短，故又有 粒子性爱因斯坦用公式表示为： E= hν= hc/λ 式中 E 为光子能量， h 为普朗克常数， h = 6.626×10-34J·S c 为光传播速度，c = 3 ×1010 cm/s λ 为波长，ν为频率 二、光谱的划分 光是电磁波，这些不同颜色的光的频率，波长 是不同的白光是由许多种颜色的光复合而成一 种单一频率的光，叫单色光日光（太阳光）是由 一个连续的光谱系列所组成它可以被三棱镜分解 成一个连续变化的光谱系列 电磁波谱可以包括如下种类： 无线电波微波远红外近红外可见光近紫外远 紫外x射线γ射线 光的波长与频率之间有一定的关系： ν=c/λ 白光与光谱 颜色与波长 可见光的波长范围： 光的吸收与发射 三、吸收光谱 1、原子吸收光谱 当原子外层电子有选择地吸收某些波长 的光谱时，通过该原子的光中就缺少了该波 长的光。

在光谱上就有若干条黑线，象这样 建立起来的分光光度法叫原子吸收分光光度 法本章不讨论 2、分子吸收光谱 ①电子光谱 在多原子分子中，分子轨道中有许多电子能 级，平时各电子都尽先进入低能级，处于基态 当有光波照射这些分子时，轨道中的电子会吸收 光波中的某些波长的光，使这束光中缺少某些波 长的光电子本身将从低能级跃迁到高能级上 象这样的情况下，被吸收的光往往波长较短 ，在紫外和可见光范围本章主要讨论这一部分 内容 ② 红外吸收光谱 在分子内部有时吸收的能量不足以引起电 子跃迁，而仅仅是分子振动或转动能级的变化 此时，分子只吸收波长较长、频率较低的红 外光波由此建立的分光光度法叫红外吸收光 谱法，本章不讨论 吸收光谱的应用 ■ 原子吸收法主要用于各种元素的检测 ■ 可见光分光光度法主要用于各种无机离子及其络 合物的检测、各种染料分析等 ■ 紫外吸收光谱法大量在生物化学物质、蛋白质、 各种药物分析中使用 ■ 红外光谱法广泛应用于有机官能团的鉴定，为有 机结构的研究提供重要信息 四、分子吸收与显色的关系 1．补色 有色溶液的颜色是由于入射光被选择性吸收 一部分光使透过光的组成发生改变而引起的。

有色溶液的颜色是被吸收光的补色，各种光的 颜色关系如下： 物质质的颜颜色 吸收光 颜颜色波长长范围围／nm 黄绿绿紫400～450 黄蓝蓝450～480 橙绿蓝绿蓝480～490 红红蓝绿蓝绿490～500 紫红红绿绿500～560 紫黄绿绿560～580 蓝蓝黄580～600 绿蓝绿蓝橙600～650 蓝绿蓝绿红红650～750 物质颜色和吸收光颜色的关系 思考题 ¡二苯硫踪的CCl４溶液吸收580~620nm范围 内的光，它显 蓝 色 2、吸光物质与吸光度 一般来说，吸光物质浓度越大，在一些特 定频率上的光被吸收也越多，颜色看上去也越 深故此，可见光的吸光光度法就是根据这一 定律建立起来的 一般来说，不同物质在不同的波长上有最 大吸收根据这一性质，使用连续变化的单色 光（只含一种频率的光）进行扫描，就可鉴别 不同的化合物光谱定性就是以此为根据的 § 2 光度分析法的基本原理 一、光度分析法的特点 1、适用范围：常用于测定试样中１%～10-3 %的微量 组分，甚至可测定低至10-4 %～10-5 %的痕量组份目 前，随着仪器和方法的改进，有的已达10-9 %一般 情况下，相对误差为2～5 %，这在微量分析中已是十 分精确的了。

2、特点：灵敏、快速、准确、简便 § 2 基本原理 § 2.1 光吸收定律： 朗伯-比耳定律（Lamber-Beer’s Law） 吸光度 A = lg ( 1 / T ) = lg ( I0 / I ) = a b c A 为吸光度，I0 为入射光，I 为出射光，b 为溶液厚度 ， a 为比例常数，吸光系数 质量吸光系数 K — 浓度 c 单位为 g/L ； 摩尔吸光系数ε —浓度 c 单位为 mol/L ¡朗伯-比耳定律 在一定的条件下待测溶液的吸光度 与溶液浓度呈线性关系 此便为光度法中最基本的吸收定律，光度 法的理论基础式中K的数值与其它个量的单 位有关 当规定c单位为 mol/L, b为cm时，K用ε 代表（称摩尔吸光系数）,此ε值手册上有许 多数据可参考 ε值还与温度、光的波长有关，与吸光 物质的本性有关 吸收度的加和性 A总λ＝A1λ+ A2λ + A3λ +----+ Anλ 透光率 T 在光度分析中，有时还用透光率来表示光的 吸收程度: T = I／I0 透光率用百分比形式表 示它与吸光度A的关系为： 例： 已知Fe2+浓度为500微克/升的溶液，用邻 二氮菲光度法测定铁。

比色皿长2cm，在波长 508nm处测得吸光度为A=0.19 ，计算摩尔吸光系 数ε 解： 根据： A =εbc 答：该络合物的摩尔吸光系数为1.1×104 L/mol·cm 2.2 比尔定律的局限性和产生偏离的因素 在光度法中有一条标准曲线，应该是直线， 但是在实际绘制中却常常出现弯曲情况如果标 准曲线弯曲，测定数据必带来很大的误差，故应 努力找出原因设法解决之一般来说引起标准曲 线弯曲的主要原因有如下几种 （一）比尔定律的局限性 比尔定律为：A=KC即A∝C 这是在溶液很稀的情况下，即各溶质质点互不干 扰时才成立 当溶液较浓时，溶液中的有色配合物会互相吸引 、排斥，光线在质点之间发生反射，使出射光线发 生改变，从而使比尔定律失效 一般来说，C 越大，偏离也越大 所以比尔定律只在浓度小于0.01mol/L稀溶液中成立 ，适用 （二） 非单色光所引起的偏离 在朗伯-比尔定律中A=εbc ，ε是一个与波 长有关的常数，对于同一个有色吸光物质来说 ，不同波长的光其吸收大小不同的，即ε是不同 的 如果在分光光度计中使用的光不是单一波 长的光，而是由许多波长的光组成的，那么就 会引起A的数值发生变化，而且波长相差越大 、波长范围越宽误差越大。

故在仪器制造厂里总是尽可能使分光光度 计的波长宽度小一点，目前普通仪器是6 nm, 较好一点为2 nm （三） 化学因素引起的偏离 (1)有色物质的离解、缔合、互变异构所引起 的偏离 由于大多数的有色物质都是弱酸、弱碱 或者是配合物当浓度 C 改变时，它们的电 离度也会发生改变，从而当 C 增大时，电离 度变小，使有色质点增大过多，从而使吸光 度A也偏大，结果使之偏离比尔定律 (2) 介质不均匀性引起的偏离 朗伯-比尔定律在均匀、非散射时可成立 ，当介质不均匀，或有胶体、乳浊、悬浮体 存在时，入射光除了被吸收外，还有反射、 折射损失，故所测A值比实际吸收要大许多 ，导致偏离比尔定律 引起工作曲线弯曲的原因还有一些，如： 溶质的性质变化、操作不当等等 § 2.3 影响显色反应的若干因素 (一) 吸光光度法对显色反应的要求 对于可见光吸光光度法的显色反应来说，一般 应该满足下列要求 1、选择性好，干扰少，或者干扰容易除去 2、灵敏度高 3、有色络合物组成恒定，符合确定的化学式 4、有色络合物组成稳定，不易受光、热、空气、 时间等因素的影响 5、有色络合物与显色剂，被测液之间的色差要大 一般Δλ≧60nm 为好。

所谓 即： Δλ＝∣λMR－λR ∣ (二) 影响显色反应的因素 1、显色剂的用量 一般，显色反应可用下式表示： M ＋Ｒ ＝ ＭＲ 通常有如下几种情况：( 见下图） 2、溶液的酸度 （1）影响有色络合物的离解 Ｍ ＋ ＨＲ ＝ ＭＲ ＋ Ｈ+ 酸度增大，离解也增大 （2）影响被测离子的存在形态 Al(H2O)63+ ＝ [Al(H2O)3(OH)3]↓ ＋ 3Ｈ+ 显色剂的用量 显色剂的用量对显色反应是否完全和测定结果的 准确度有很大影响 R：显色剂 显色剂的用量要通过实验确定，也就是作A-R曲线来确定 a ba b 吸光度 吸光度 吸光度 显色剂浓度 R显色剂浓度 R 显色剂浓度 R AAA （3）影响络合物的组成 如：磺基水杨酸与Fe3+的显色反应在不同酸度时 可以有1﹕1（pH1.8～2.5），1﹕2（pH4～8）， 1﹕3（pH8～11.5）三种不同颜色的络合物生成 酸度对吸光度影响如下图： 3、温度的影响：一般在室温．有些需加热． 4、显色时间的影响 5、溶剂的影响：可提高显色反应的灵敏度． 6、共存离子的影响： § 2.4 光度测量误差和测量条件的选择 ¡一、 仪器测量误差 ¡在吸光光度分析中，除了各种化学条件所引起的误差外 ，仪器测量不准确也是误差的主要来源． ¡任何光度计都有一定的测量误差，这种误差可能来源于 光电池不灵敏、光电流测量不准和光源不稳等。

如果测 量误差以光电流表示为Δi，相当于光强的误差ΔI，由此 引起透光率的误差为ΔT 对于同一光度仪器，ΔT基本上 为一常数，一般为0.01～0.02 ¡在光度计中，透光率的标尺刻度是均匀的．吸光度与透 光率为负对数关系，故它的标尺刻度是不均匀的．同样 大小的ΔT在不同A时所引起的吸光度误差ΔA是不同的 这种情况可以清楚地从下图吸光度和透光率的关系标尺 看出，A值越大，ΔT引起的ΔA也越大 通过以下推导可以知道，吸光度在0.2～0.8（透光率 在15～65%）范围内的相对测量误差较小 根据朗伯-比耳定律 A＝ -logT ＝ abc ＝Ｋ c A＝ -lnT/2.3 ＝ Ｋ c 对T微分，得到 dA＝－0.43dT/T ＝ K d c 仪器测量误差dT引起浓度的相对误差为 作图得 ： 可见当T＝0.368或者Ｔ＝36.8%时，即： Ａ＝0.434 时，仪器的测量误差最小从上 图可知，在Ｔ＝15－65% 、或者是：Ａ＝ 0.2－0.8范围内时，浓度测量的相对误差较 小 二、测量条件的选择 为了使测定结果有较高的灵敏度和准确度 ，必须注意选择最适合的测量条件，主要有如 下几点 （一）入射光波长的选择 为使测定结果有较高的灵敏度，在一般情 况下，入射光应选择被测物质溶液的最大吸收 波长。

如遇干扰时，则可选另一灵敏度稍低， 但能避免干扰的入射光因此，选择适当的波 长不仅能提高分析的灵敏度，还能提高分析的 准确度 （二）控制适当的吸光度范围 从仪器测量误差的讨论中已了解到，为了使测 量结果得到较高的准确度，一般应控制标准。