光、電、色分子光譜的分類分子吸收光譜

轉動光譜（遠紅外光譜）

振動光譜（紅外光譜）

電子光譜（紫外-可見光譜）分子發射光譜

電子光譜（分子熒光、磷光）原子光譜的分類原子吸收光譜原子發射光譜光色譜法分類氣相色譜法高效液相色譜法電化學分析法分類電位分析法電位滴定法伏安法電色

紫外-可見分光光度法(紫外-可見吸收光譜法):物質分子對紫外-可見光的吸收進行定性、定量及結構分析。紫外-可見光區分為遠紫外(10~200nm)、近紫外(200~360nm)和可見部分(360~760nm)；遠紫外的吸收測量在真空下進行；通常研究近紫外-可見光范圍的光譜行為。第2章紫外-可見分光光度法

UltravioletandVisible(UV-vis)Spectrophotometry§2－1分子光譜概述1．分子光譜產生

M＋hνM*

基態激發態E1

E2分子吸收能量后，電子從一個能級躍遷到另一個能級分子內部電子能級的躍遷而產生的光譜：紫外-可見光譜吸收光譜(吸收曲線):橫坐標用波長或頻率表示；物質的吸收峰位置對應于分子結構，是定性依據。縱坐標用光強的參數表示，如透光率、吸光度、吸光系數等，是定量依據。2．吸收光譜特征3．光吸收定律：朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律當一束強度為I0的平行單色光照射到均勻而非散射的溶液時，光的一部分(強度為Ia)被吸收，一部分(強度為I)透過溶液，一部分(強度為Ir)被器皿表面所反射，則

I0=Ia+I+Ir

光的反射損失Ir主要決定于器皿材料、形狀、大小和溶液性質。相同條件下，Ir很小可忽略，則:I0=Ia+I散射：光通過不均勻懸浮顆粒時，部分光束將偏離原來方向而分散到各個方向去。單色光:單一頻率（波長）的光透光度（透光率或透射比）（T，Transmittance）

：透過光強度與入射光強度之比：

T=I/I0

吸光度（A,Absorbance）：物質對光的吸收程度，其值為透光度的負對數：注：A、T無單位

I0=Ia+I

為摩爾吸光系數，其單位是=

bc若b的單位是cm；c的單位是g·L-1時，a為吸光系數，單位是：

若b的單位是cm；c的單位是mol·L-1時：

與a的關系？b:溶液厚度c:吸光物質微粒數目（濃度）

與a的關系：

=Ma,M為摩爾質量。

注：

Lambert-Beer定律不僅適用于溶液，也適用于均勻的氣體和固體狀態的吸光物質，是各類吸收光譜法，如紅外光譜法和原子吸收光譜法等的定量分析依據。A=lg(I0/I)=lg(1/T)=-lgT=kbc吸光系數為a或，

吸光度A、透光率T與濃度c的關系AA=kbcATcA=kbc濃度大時，A可超過1。A=1，說明90%的光都被樣品吸收(透過10%）。A=2，說明99%的光都被樣品吸收(透過1%）。A=-lgT=kbc;T=100%時，A=0A的最適宜范圍為0.15-1.00A=lg(I0/I)=lg(1/T)=-lgT=kbc

ε＝A/bc

L·mol-1·cm-1cmmol·L-1

當吸光物質濃度為1mol·L-1,液池厚1cm時，一定波長的單色光通過溶液時的吸光度值。

ε是物質本身決定的，是物質吸光能力的量度,可作為定性分析的參考和估量定量分析方法的靈敏度。

ε<104

低

ε104~105

中

ε>5×105

高ε物理意義：最常用的形式：A＝εbc非單波長入射光引起的偏離吸光物質在溶液中發生化學變化引起偏離介質不均勻引起的偏離對朗伯-比爾定律引起的偏離非單波長入射光引起的偏離吸收定律僅對單色光的吸收才是正確的。當入射光是非單色光時，將引起定律的偏離。設混合光是雙波長。對于

對于

測定時，總入射光強度，總透過光強度，則總吸光度A為：如，則：如，則：消除措施：選擇最大吸收波長。

吸光物質在溶液中發生化學變化引起偏離

由于吸光物質變成了不同的存在形式,對原來最大吸收波長光的吸收能力發生變化，引起對吸收定律偏離。消除措施：控制適當的顯色條件。對酸度控制，可消除該影響。

介質不均勻引起的偏離

Lambert-Beer定律要求吸光物質的溶液均勻。如是膠體溶液、乳濁液或懸浮物質，當入射光通過溶液時，因散射現象而造成損失，使實際測得的吸光度增大，從而偏離Lambert-Beer定律。故紫外-可見吸光光度法一般僅適用于透明溶液。

A=lg(I0/I)散射：光通過不均勻懸浮顆粒時，部分光束將偏離原來方向而分散到各個方向去。與紫外-可見吸收光譜有關的電子有3種:形成單鍵的σ電子,形成雙鍵的π電子以及未參與成鍵的n電子(孤對電子)根據分子軌道理論，這三種電子的能級高低次序為：（σ）<（π）<（n）<（π＊

）<（σ＊

）σ、π：成鍵分子軌道.n:非鍵分子軌道.σ＊、π＊：反鍵分子軌道1．電子躍遷類型、能量及所在波長區§2-2化合物電子光譜的產生躍遷所需能量次序：

σ→σ＊>n→σ＊>π→π＊>n→π＊有機化合物主要有四類躍遷①σ→σ＊躍遷；

②n→σ＊躍遷；③π→π＊躍遷；④n→π＊躍遷；受到外來輻射時，處在較低能級的電子躍遷到較高能級。分子軌道的能級不同，要實現各種不同的躍遷所需要吸收外來輻射的能量也各不相同。對于有機化合物,最有用的吸收光譜是基于π→π＊和n→π＊躍遷產生的,實現這兩類躍遷所需要的能量相對較小,其吸收峰波長一般處于大于200nm的近紫外光區,n→π＊躍遷還可能在可見光區σ→π＊

π→σ＊躍遷所需能量次序：

σ→σ＊>n→σ＊>π→π＊>n→π＊對于有機化合物來說，分子中哪些基團在吸收輻射后會產生π→π＊和n→π＊躍遷？①生色團：能導致在紫外-可見光區產生吸收的基團：含不飽和鍵和未成對電子。如-C=C-、>C=O、-N=O、-N=N-、-C=N等，相應于π→π＊與n→π＊躍遷。2．常用術語：生（發）色團、助色團②助色團：本身無吸收，但能使生色團吸收強度和波長發生改變的基團：含有孤對電子的基團。如：-OH、-NH2、-SH、-X(鹵素）等。孤對電子與生色團中π電子相互作用,使π→π＊躍遷能量降低并引起吸收峰位移.③紅移、藍（紫）移、增色效應和減色效應使最大吸收波長移向長波方向為紅移；移向短波方向為藍移。伴隨強度增大或減小為增色效應或減色效應。3．影響紫外可見光譜的因素

π→π＊躍遷中，當使用極性大的溶劑時，由于溶劑與吸光物質相互作用，激發態π＊比基態π的能量下降更多（激發態極性大于基態），使得激發態與基態之間的能量差減小，導致吸收光譜λmax紅移。n→π＊躍遷中，基態n電子與極性溶劑形成氫鍵，降低了基態能量，使得激發態與基態之間能量差變大，導致吸收光譜λmax藍移。溶劑極性不同引起吸收光譜紅移或藍移--溶劑效應（1）溶劑效應影響吸收強度和精細結構極性溶劑使精細結構消失，典型的例子是對稱四嗪在不同溶劑中的吸收光譜（1）溶劑效應溶劑的選擇原則：(a)溶解樣品；(b)在樣品吸收的范圍內無吸收；(c)盡量選用非極性溶劑。（1）溶劑效應（2）空間效應分子處于同一平面時，各生色團間的相互作用達到最大，分子的激發能降低，吸收較長波長的光，且強度增大。二苯乙烯結構示意圖0.575光源單色器吸收池檢測器顯示§2-3紫外-可見分光光度計紫外-可見分光光度計組件光源單色器樣品池檢測器信號輸出基本要求：光源強，能量分布均勻，穩定作用：將復合光色散成單色光棱鏡:光柵:光學玻璃，石英作用：將光信號轉換為電信號，并放大光電管，光電倍增管，光電二極管，光導攝像管表頭、記錄儀、屏幕、數字顯示1．基本組成部件（1）光源

紫外：氫、氘燈發射160~375nm的連續光。

可見：鎢燈或碘鎢燈發射320~2500nm的連續光。

氙燈適合于紫外和可見部分，發射250~750nm的連續光。（2）單色器由入射狹縫、準光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫組成。核心部分：色散元件，將復合光色散成單色光色散元件為棱鏡和光柵。（3）吸收池

紫外及可見光區：石英比色皿可見光區：光學玻璃比色皿(吸收紫外光)注意：不能用手拿光學面；放入試樣室時必須用濾紙（或鏡頭紙）吸干外面的溶液；盛溶液時只裝2/3。（4）信號接收器

光電管、光電倍增管。（5）讀出裝置

數字顯示、記錄儀、表頭等。2．分光光度計類型①單波長單光束分光光度計：

一般分光光度計0.575光源單色器吸收池檢測器顯示②單波長雙光束分光光度計：在單色器后采用光束分裂器將光束分為強度相等的兩束光；一束通過參比池，另一束通過樣品池。可消除光源強度變化帶來的背景誤差比值光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器樣品池參比池§2-4分析條件選擇一、儀器測量條件誤差來源：光源不穩定、實驗條件偶然變動、讀數不準確等選擇適宜的吸光度范圍（0.15~1.00)，使測量結果的誤差盡量減小。通過調節待測溶液濃度，選用適當厚度的吸收池使A落在此區間內。選擇最大吸收波長為入射光波長（最大吸收原則），靈敏度最高。二、顯色反應與分析條件選擇

1顯色反應

2反應條件確定

3測定中干擾及消除顯色反應選擇

靈敏度高，一般ε>104選擇性好顯色劑在測定波長處無明顯吸收。對照性好,顯色劑與有色配合物

λmax>60nm反應生成的有色化合物組成恒定，穩定。顯色條件易于控制，重現性好。M+nR=MRn(R:顯色劑)反應條件確定（1）顯色劑用量M+nR=MRn顯色劑用量通過實驗確定，作A隨顯色劑濃度變化曲線，選恒定A值時的顯色劑用量。（2）溶液酸度影響最佳酸度通過實驗確定，固定溶液中待測組分與顯色劑濃度，改變pH值，測定A與pH關系，找出最適宜pH范圍。(R:顯色劑)（3）其它問題顯色反應時間、溫度、放置時間對配合物穩定性的影響。三、參比溶液的選擇用參比溶液調節透射比為100％（A=0），以消除溶液中其它成分以及吸收池和溶劑對光的吸收所帶來誤差1、溶劑參比當試樣溶液組成簡單、共存其它組分很少且對測定波長的光幾乎沒有吸收時，采用溶劑參比，可消除溶劑、吸收池影響2、試劑參比如顯色劑或其它試劑在測定波長有吸收，按顯色反應相同條件，只是不加試樣，同樣加入試劑和溶劑為參比。可消除試劑中組分產生吸收的影響四、干擾及消除方法控制酸度、選擇適當的掩蔽劑、選擇適當的測定波長、分離等。§2－5紫外-可見分光光度法應用

—定性、定量、結構分析1．定性分析

比較吸收光譜在相同測量條件下，測定未知物的吸收光譜與所推斷化合物的標準物吸收光譜直接比較。如吸收光譜形狀完全一致（λmax，吸收峰數目、位置及ε等）。可初步認為是同一化合物。2．有機化合物構型、構象的測定順反異構體的判別：反式異構體λmax和ε都大于順式（二苯乙烯：反式295nm,27000;順式280nm,10500）；3．定量分析（1）單組分分析：標準曲線法或標準對比法標準曲線法：配制一系列不同含量的標準溶液，以不含被測組分的空白溶液為參比，在相同條件下測定標準溶液的吸光度。繪制標準曲線。在相同條件下測定未知試樣的吸光度，從標準曲線上找到與之對應的未知試樣的濃度。建立一個方法時，首先要確定符合朗伯-比爾定律的濃度范圍，即線性范圍，定量測定一般在線性范圍內進行。標準對比法