紫外可见光谱分析实验讲义

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1、第十三章紫外可见光谱分析在仪器分析中紫外—可见分光光度法是历史悠久、应用最为广泛的一种光学分析方法。他是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析，所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外—可见分光光度法。分光光度法是在比色法的基础上发展起来的，两者所依据的原理基本上是相同的。由于分光光度法采用了更为先进的单色系统和光检测系统，使得分光光度法在灵敏度、准确度、精密度及应用范围上都大大的优于比色法。物质分子吸收一定波长的紫外光时，分子中的

2、价电子从低能级跃迁到高能级而产生的吸收光谱叫紫外光谱。紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，所以又称为电子光谱。由于电子跃迁的同时，伴随着振动能级和转动能级的跃迁，故紫外光谱为带状光谱。紫外吸收光谱的波长范围是10-400nm(纳米),其中10-200nm为远紫外区（这种波长的光能够被空气中的氮、氧、二氧化碳和水所吸收，因此只能在真空中进行研究，故这个区域的吸收光谱称真空紫外），200-400nm为近紫外区,一般的紫外光谱是指近紫外区。波长在400～800nm范围的称为可见光谱。常用的分光光度计一般包括紫外及可见两部分，波长在200～800nm（或200～1000nm）

3、相对其他光谱分析方法来说，紫外—可见分光光度法有如下特点，1）、、其仪器设备和操作都比较简单，分析速度较快，且分析成本低；2)灵敏度较高,由于相应学科的发展，使新的有机显色剂的合成和研究取得可喜的进展，从而对元素测定的灵敏度大大提高了一步。特别是由于多元络合物和各种表面活性剂的应用研究，使许多元素的摩尔吸光系数由原来的几万提高到几十万。相对于其它痕量分析方法而言，光度法的精密度和准确度一致公认是比较高的。不但在实际工作中光度法被广泛采用，在标准参考物质的研制中，它更受重视，很多光度分析法已制定成为标准方法。如在紫外区直接检测抗坏血酸时，其最低检出浓度可达到10-6g/mL；3）

4、有较好的选择性，目前已有些元素只要利用控制适当的显色条件就可直接进行光度法测定，如钴、铀、镍、铜、银、铁等元素的测定，已有比较满意的方法了，通过适当的选择测量条件，一般可在多种组分共存的体系中，对某一物质进行测定；4）精密度和准确度较高。在仪器设备和其他测量条件较好的情况下，对于一般的分光光度法来说，其浓度测量的相对误差在1～3%范围内，如采用示差分光度法测量，则误差往往可减少到千分之几。虽然相对误差比重量法和滴定法大，但对于微量组分的测定已经满足要求；5）适用浓度范围广，可从常量分析（尤其是使用示差法）到痕量分析（经预富集后）；6）用途广泛，由于各种各样的无机物和有机物在紫外

5、可见区都有吸收，因此均可借此法加以测定。到目前为止，几乎化学元素周期表上的所有元素（除少数放射性元素和惰性元素之外）均可采用此法。在医药、化工、冶金、环境保护、地质等诸多领域，紫外—可见分光光度法不但可以进行定量分析，还可以对被测物质进行定性分析和结构分析，进行官能团鉴定、相对分子质量测定、配合物的组分及稳定常数的测定等等。由于分光光度法具有以上优点，因此目前仍广泛地应用于化工、冶金、地质、医学、食品、制药等部门及环境监测系统。13.1基本原理紫外可见吸收光谱遵从朗伯－比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即A=κ

6、cl式中比例常数κ与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。13.1.1理论基础紫外可见吸收研究的是分子内部的运动，可分为分子内原子在平衡位置附近的振动，价电子运动和分子绕其重心的转动。所以分子的能量E等于以上三项之和：式中，Ee、Ev、Er分别代表电子能、振动能和转动能。分子从外界吸收能量后，就引起分子能级的跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子化的特征：紫外吸收光谱是由于分子中的电子跃迁产生的。按分子轨道理论，在有机化合物分子中这种吸收光谱取决于分子中成键电子的种类、电

7、子分布情况，根据其性质不同可分为3种电子：（1）形成单键的σ电子；（2）形成不饱和键的π电子；（3）氧、氮、硫、卤素等杂原子上的未成键的n电子图13.1　基团中的σ，π，n成键电子当它们吸收一定能量ΔE后，将跃迁到较高的能级，占据反键轨道。分子内部结构与这种特定的跃迁是有着密切关系的，使得分子轨道分为成键σ轨道、反键σ*轨道、成键π轨道、反键π*轨道和n轨道，其能量由低到高的顺序为：σ<π