紫外可见分光光度法.docx

1、紫外可见分光光度法第一章 紫外-可见分光光度法(Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, UV-Vis)1.1 紫外-可见吸收光谱1.2 吸收光谱的测量-Lambert-Beer 定律1.3 紫外-可见光度计仪器组成1.4 分析条件选择1.5 UV-Vis分光光度法的应用 UV-Vis方法是分子光谱方法，它利用分子对外来辐射的选择性吸收特性。 UV-Vis涉及分子外层电子的能级跃迁；光谱区在190780nm. UV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光谱(UV)为四大波谱之一，是鉴定 许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。 1.1 紫外-

2、可见吸收光谱一、分子吸收光谱的形成1. 过程：运动的分子外层电子-吸收外来辐射-产生电子能级跃迁-分子吸收谱。2. 能级组成：除了电子能级(Electron energy level)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)能级和转动(Rotation)能级的跃迁！据量子力学理论，分子的振-转跃迁也是量子化的或者说将产生非连续谱。因此，分子的能量变化E为各种形式能量变化的总和：其中Ee最大：1-20 eV; Ev次之：0.05-1 eV; Er最小：0.05 eV 可见，电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大12个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转

3、能级的跃迁，形成所谓的带状光谱。 不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。 定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，据吸收曲线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构二、分子吸收光谱跃迁类型有机分子能级跃迁1. 可能的跃迁类型 有机分子包括:成键轨道 、 ；反键轨道 *、*；非键轨道 n；例如 H2O分子的轨道各轨道能级高低顺序： n*（分子

4、轨道理论计算结果）；可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*-*：C-H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于 真空紫外区；-* 和-*跃迁：尽管所需能量比上述-*跃迁能量小，但波长仍处于 真空紫外区；n-*：含有孤对电子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl (173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm) CH3NH2(215nm)；(CH3)3N(227nm)，可见，大多数波长仍小于 200nm，处于近紫外区。 以上四种跃迁都与成键和反键轨道有关（-*，-*，-

5、*和n-*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因而在此不加讨论。 只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。 2. 几个概念：生色团（Chromogenesis group）： 分子中含有非键或键的电子体系，能吸收特征外来辐射时并引起n-* 和-*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。助色团（Auxochromous group） ： 含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。常见助色团助色顺序为：-F-CH3-Br-OH-OCH3-NH2-NHCH3-

6、NH(CH3)2-NHC6H5i，测得的吸光度比在“单色光” x处测得的低，产生负偏离；反之，当 xi，则产生正偏离。b）谱带宽度与狭缝宽度：“单色光”仅是理想情况，经分光元件色散所得的“单色光”实际上是有一定波长范围的光谱带(即谱带宽度)。单色光的“纯度”与狭缝宽度有关，狭缝越窄，它所包含的波长范围越小，单色性越好。1.3 紫外-可见光度计仪器组成 紫外-可见光度计仪器由光源、单色器、吸收池和检测器四部分组成。一、光源 对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。1. 钨及碘钨灯：3402500 nm，多用在可见光区；2. 氢灯和氘灯：160375nm，多用在紫外区。二、单色

7、器(Mnochromator) 与原子吸收光度仪不同，在UV-Vis光度计中，单色器通常置于吸收池的前面！（可防止强光照射引起吸收池中一些物质的分解）三、吸收池(Cell，Container)： 用于盛放样品。可用石英或玻璃两种材料制作，前者适于紫外区和可见光区；后者只适于可见光区。有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。四、检测器：硒光电池、PMT、PDA二、紫外可见光度计仪器 分光光度计分为单波长和双波长仪器。1. 单波长分光光度计(a) 单光束(b) 双光束（空间分隔）(c) 双光束（时间分隔）(d)特点： 双光束方法因光束几乎同时通过样品池和参比池，因此可消除光源不稳产生的误差。 2. 双波长

8、分光度计通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差A。AB1和AB2分别为在1和2处的背景吸收，当1和2 相近时，背景吸收近似相等。二式相减，得这表明，试样溶液浓度与两个波长处的吸光度差成正比。特点：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液(消除了由于参比池的不同和制备空白溶液等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。 3、二极管阵列分光光度计特点：单吸收池，测定速度快4. 分光光度计的校正 当光度计使用一段时间后其波长和吸光度将出现漂移，因此需要对其进行校正。波长标度校正： 使用镨-钕玻璃（可见光区）和钬玻璃（紫外光区）进行校正。因为二者均有其各自的

9、特征吸收峰。吸光度标度校正： 采用 K2CrO4 标准液校正（在25oC时，于不同波长处测定0.04000g/L的 KOH 溶液（0.05mol/L）的吸光度 A，调整光度计使其A 达到教材 P31 中表 2.1 所列的吸光度。4. 分光光度计的校正 当光度计使用一段时间后其波长和吸光度将出现漂移，因此需要对其进行校正。波长标度校正： 使用镨-钕玻璃（可见光区）和钬玻璃（紫外光区）进行校正。因为二者均有其各自的特征吸收峰。吸光度标度校正： 采用 K2CrO4 标准液校正（在25oC时，于不同波长处测定0.04000g/L的 KOH 溶液（0.05mol/L）的吸光度 A，调整光度计使其A 达到

10、教材 P31 中表 2.1 所列的吸光度。二、反应条件选择1. 显色剂的选择原则： 使配合物吸收系数 最大、选择性好、组成恒定、配合物稳定、显色剂吸收波长与配合物吸收波长相差大等。2. 显色剂用量： 配位数与显色剂用量有关；在形成逐级配合物，其用量更要严格控制。3. 溶液酸度：配位数和水解等与 pH 有关。4. 显色时间、温度、放置时间等。三、参比液选择1. 溶剂参比：试样组成简单、共存组份少（基体干扰少）、显色剂不吸收时，直 接采用溶剂（多为蒸馏水）为参比；2. 试剂参比：当显色剂或其它试剂在测定波长处有吸收时，采用试剂作参比（不 加待测物）；3. 试样参比：如试样基体在测定波长处有吸收，但

11、不与显色剂反应时，可以试样 作参比（不能加显色剂）。四、干扰消除1. 控制酸度： 配合物稳定性与pH有关，可以通过控制酸度提高反应选择性，副反应减少，而主反应进行完全。如在0.5MH2SO4介质中，双硫腙与Hg2+生成稳定有色配合物，而与Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等离子生成的有色物不稳定。2. 选择掩蔽剂3. 合适测量波长4. 干扰物分离5. 导数光谱及双波长技术二、定量分析1. 单组份定量方法1）标准曲线法（略）2）标准对比法： 该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为cs的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数k，然后由Ax=kcx求出cx 该法只有在测定浓度范围内遵守L-B

12、定律，且cx与cs大致相当时，才可得到准确结果。2. 多组分定量方法 由于吸光度具有加合性，因此可以在同一试样中测定多个组份。 设试样中有两组份 X 和 Y，将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：图a)：X,Y 组份最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。图b)和c) ：X,Y 相互干扰，此时可通过解联立方程组求得X和Y的浓度：其中，X,Y 组份在波长 1 和 2 处的摩尔吸光系数 可由已知浓度的 X, Y 纯溶液测得。解上述方程组可求得 cx 及 cy。 3. 双波长法-等吸收点法 当混合物的吸收曲线重迭时，如右下图所示，可利用双波长法来测定。具体做法：将

13、a 视为干扰组份，现要测定 b 组份。a)分别绘制各自的吸收曲线a, b；b)画一平行于横轴的直线分别交于a组份曲线上两点，并与b组分相交；c)以交于 a 上一点所对应的波长 1 为参比波长，另一点对应的为测量波长 2，并对混合液进行测量，得到： A1=A1a + A1b + A1s A2 =A2a + A2b + A2s若两波长处的背景吸收相同，即A1s= A2s二式相减，得，A=(A2a- A1a)+( A2b- A1b)由于 a 组份在两波长处的吸光度相等，因此， A=( A2b- A1b)=(2b-1b)lcb从中可求出cb同理，可求出ca.4. 系数倍率法 情况同3。但若其中一干扰组

14、份 b 在测量波长范围内无吸收峰时，或者说没有等吸收点时可采用该法。具体做法：同前法可得到下式，A1=A1a + A1bA2 =A2a + A2b两式分别乘以常数k1、k2并相减，得到，S=k2(A2a+A2b)-k1(A1a+A1b)=(k2A2b-k1A1b)+(k2A2a-k1A1a)调节信号放大器，使之满足k2/k1=A1b/A2b，（K=E1/E2，K掩蔽系数）则S=(k2A2a-k1A1a)=(k22-k11)lca因此，差示信号只与 ca 有关，从而求出 ca。同样可求出cb。5、多波长线性回归法A=E1C1L+E2C2LA/E2=(E1/E2)C1L+C2L对多波长下的值进行线

15、性回归，得C1，C26. 导数光谱法1）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。导数光谱是解决干 扰物质与被测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提高 光谱分辨率的一种数据处理技术。2）原理： 已知 ， 对波长求一阶导数，得可见，一阶导数信号与浓度成正比。 同样可得到二阶、三阶.n 阶导数信号亦与浓度成正比。导数光谱的特点：1、峰形特点2、特征性增加 吸收峰数为：导数阶数+1，即 n+13、可消除干扰：高一阶的导数，可消除低一阶的干扰。4、分辨率提高：随导数阶数的增加，峰形越来越尖锐，峰变窄，因而导数光谱法分辨率高5、灵敏度提高3）导数峰高测量方法 测量方法有三，如下图：正切法：

16、相邻峰(极大或极小)切线中点至相邻峰切线(极小或极大)的距离d；峰谷法：两相邻峰值(极大或极小)间的距离p1或p2；峰零法：极值峰至零线间的距离。7. 配合物组成和稳定常数测定1）摩尔比法(饱和法)设配合物的显色反应为：具体做法：固定cM，增加cR，并测定一系列MRn的吸光度A，以cR/cM比值对A作图，得如图所示曲线。其中，曲线拐点处对应的值为配合比n 设MRn 的电离度为，则2）等摩尔连续变化法(Job法)具体做法：保持cR+cM=c 恒定，但改变cM与cR的相对比例，若以cM/c对吸光度A作图，当达最大吸光度时cM/cR之比即为配位比。由两曲线外推的交点所对应的cM/c亦可得出配位比。若比值为0.5，则配位比n为1:1；若比值为0.33，则配位比n为1:2或者n=(1-cM/c)/(cM/c) 设cM/c=f，则 该法适于离解度小、配合比低的配合物组成测定。8. 弱酸离解常数的测定 设有一元弱酸HB，其离解反应如下：若测出B-和HB，即可求出Ka。 测定时，配制三份不同pH值的溶液。一份为强碱性，一份为强酸性，分别在B-和HB的最大吸收波长处测定吸光度，求出各自的摩尔吸光系数。第三份为已知pH值的缓冲溶液，分别在B-和HB的最大吸收波长处测得总吸光度，解联立方程求得B-和HB，然后按前式求出pKa或Ka。