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紫外-可见吸收光谱UltravioletvisibleSpectroscopy(UV–VIS)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转振电分EEEEchhE能级差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。转振电EEE远红外吸收光谱红外吸收光谱可见吸收光谱紫外转振电mevEmevEmevE25~25005.0~005.025.1~251~05.025.1~06.020~1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·Sc为光传播速度，c=3×1010cm/sλ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。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。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：物质的颜色吸收光颜色波长范围／nm黄绿紫400～450黄蓝450～480橙绿蓝480～490红蓝绿490～500紫红绿500～560紫黄绿560～580蓝黄580～600绿蓝橙600～650蓝绿红650～750物质颜色和吸收光颜色的关系思考题CuSO4溶液显蓝色，它吸收（）nm范围内的光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。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’sLaw）吸光度A=lg(1/T)=lg(I0/I)=abcA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为光度法中最基本的吸收定律，光度法的理论基础。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：TTAlog1log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=εbcmol/L109.885.551050066Fe2ccm)(L/mol101.12109.819.046bcA答：该络合物的摩尔吸光系数为1.1×104L/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6nm,较好一点为2nm。（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。MRRM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。abab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RAAA（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紫红色），1﹕2（pH4～8红色），1﹕3（pH8～11.5黄色，最稳定）三种不同颜色的络合物生成。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＝ＫcA＝-lnT/2.3＝Ｋc对T微分，得到dA＝－0.43dT/T＝Kdc仪器测量误差dT引起浓度的相对误差为：TTdTTAdTAdAcdclog43.043.0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（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了解到，为使测量结果得到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.2～0.8范围内。为此，可以从下列两方面来考虑。1．控制溶液的浓度，如改变试样的称量和改变溶液的稀释度等。2．选择不同厚度的比色皿。（三）选择适当的参比溶液在光度测量时，利用参比溶液来调节仪器的零点，以消除由于比色皿壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差。如果显色剂及制备试液时所用的其他试剂均为无色，而且被测试液中又无其他有色离子存在时，可用蒸馏水作参比溶液。如果显色剂为无色，而被测试液存在其他有色离子时，应采用不加显色剂的被测试液作参比溶液。如果显色剂有色，其它试剂均无色，应采用（）作参比溶液。如果显色剂和试剂均有颜色时，可将一份试液加入适当掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂作用，显色剂及其