第二章　紫外-可见分光光度法 　(Ultraviolet-Visible Spectrophotometry)

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1 第二章　紫外-可见分光光度法 　(Ultraviolet-Visible Spectrophotometry) 又称: 紫外-可见分子吸收光谱法 （Ultraviolet-Visible Molecular Absorption Spectrometry）

2 2.1 紫外－可见分光光度法发展简史 1729年，Bouguer首先发现溶液对光的吸 收与液层厚度之间的关系。 1760年，Lambert就此基本定律进行了数 学运算，确定了相应的关系式。 1833年，Brewster在提取叶绿素及胡萝卜 素的研究中，注意到有机化合物的吸收光谱。

3 　　然而某些学者认为比色法起始于1852 年，因为在这一年，Beer参考了Bouguer和 Lambert的早期著作，提出了比色法的基本 定律。

4 硫氰酸盐法和亚铁氰化物法测定铁， Nessler法测氨，硫氰酸盐法测钼，都是19世 纪中叶就已提出来的分析方法。

5 随着对光度分析方法的不断研究和深 入，人们对分析方法的灵敏度和选择性也提 出了更高的要求。 在经典光度法的基础上，又发展了双波 长分光光度法、动力学分光光度法等，使光 度分析的内容和应用范围进一步扩大了。

6 近年来，随着有机试剂的迅猛发展，使 大量的有机试剂应用到分析测试领域，光度 分析方法的灵敏度、选择性得到了不断提高。

7 　　最初，比色测定是在比色管中进行的。 19世纪末，开始使用带滤光片的目视比色计。 20世纪30年代，光电比色计和分光光度 计才被引入实验室。

8 控型。 20世纪60年代，双光束自动记录光度计 问世。 20世纪70年代开始，微处理机控制的分 光光度计不断出现。双波长分光光度计迅速
　　20世纪初期的分光光度计多为单光束手 控型。 20世纪60年代，双光束自动记录光度计 问世。 20世纪70年代开始，微处理机控制的分 光光度计不断出现。双波长分光光度计迅速 发展和商品化。

9 2.2 紫外-可见分子吸收光谱法概述 1．紫外-可见分子吸收光谱法产生的本质 　　在分子中，除了原子的核能En，质心 在空间的平动能Et外，还有电子运动能Ee， 原子之间的相对振动能Ev以及分子转动能Er 等。 　　分子的总能量可写为： E=En + Ee+ Ev+ Er+ Et

10 由于En在一般化学实验条件下不发生 变化，分子的平动能Et又比较小，因此当分 子能级发生跃迁时，能量的改变为： E=Ee + Er +Ev 图2-1 表示双原子分子的能级图。

11 图2-1 表示双原子分子的能级图

12    1~20 eV 0.05~1 eV <0.05 eV    相当于紫外- 相当于红 相当于红外光
 E(总)=  Ee +  Ev +  Er　　　 　　　    1~20 eV 0.05~1 eV <0.05 eV 　　　　　　　  　   　　　 相当于紫外- 相当于红 相当于红外光 　　　 可见光能量 外光能量 甚至微波的能量

13 （1）紫外-可见吸收光谱产生的本质：紫 外-可见吸收光谱产生的本质是由物质分子 中价电子的能级跃迁所产生的。

14 　 电子能级跃迁时伴随振动能级和转动能 级的跃迁，因此电子光谱（也称：紫外-可见 吸收光谱），得到的也是由许多谱线聚集而 成的谱带。

15 （2）紫外-可见光谱区域范围： 紫外-可见光谱区域范围：10 nm~ 400 nm 称为紫外区，400 nm~ 800 nm为可见光区。 10 nm~200 nm称为远紫外区，200 nm~ 400 nm称为近紫外区。

16 玻璃器皿及有关光学元件不适合作紫外分 析之用，是由于玻璃对波长小于300 nm的电 磁波产生强烈吸收的缘故。所以，做紫外分 析时，一般采用石英制件。

17 2. 紫外-可见吸收光谱中价电子跃迁的类型 在有机物中，有几种不同的价电子。以 甲醛为例： 例：H-C=O： (a) 单键电子；(b) 双键电子； H 　　　(c) 未成对的独对（孤）电子－ n电子。

18 图2-2 各种价电子跃迁相应的能量示意图

19 （1）根据分子轨道理论，此三种电子的能 级高低次序是：<<n<*<*。 （2）共有六种跃迁类型：-*、-*、- *、n-*、n-*和-*。

20 其中-*、-*、-*三种跃迁需要能量
较大，吸收峰小于200 nm，位于真空紫外 区。 而n-*、n-*和-*三种跃迁需要能量相 对较小，吸收峰位于近紫外区甚至可见区， 对于紫外-可见分子吸收光谱分析具有重大 意义。

21 n-*、-*跃迁的区别： n-*（, 10~ 100 L·mol-1·cm-1 ）跃迁产生的 吸收峰强度低于-*（, 104 L·mol-1·cm-1 ）； 随着溶剂极性的增加，-*跃迁所产生的吸 收峰红移，n-*跃迁所产生的吸收峰蓝移。

22 （3）除上述六种跃迁可产生紫外-可见吸收 谱带外，还有两种跃迁也可产生紫外-可见吸 收谱带，即电荷转移跃迁和配位场跃迁。

23 综上所述：发生在电磁光谱的紫外和可 见光区内，由于电子的跃迁或转移而引起的 吸收光谱共有以上八种价电子跃迁类型。

24 3. 在有机物的紫外-可见谱解析中吸收带的 分类 在有机物的紫外-可见谱解析中，通常 将吸收带分为以下四种类型。

25 (1) R吸收带：R带由n-*的跃迁引起的吸收
带。这是由CO或NO2等单一的发色团引起 的。 一般max<100 L·mol-1·cm-1 ，测这种吸收带 需用浓溶液。 随着溶剂的极性增大，会产生蓝移/紫移。

26 (2) K吸收带：由-*的跃迁所产生的。其特
点是强度高（max>104 L·mol-1·cm-1），含共 轭生色基的化合物的紫外谱都有这种吸收 带。 随着共轭体系的增大，K带吸收峰产生红 移，而R带变化不明显。 随着溶剂的极性增大，会产生红移。

27 (3) B吸收带（苯吸收带）：由苯环振动和-
*的跃迁重叠而引起的芳香族化合物的特征 吸收带。 例如：苯的B带吸收在230 nm~270 nm， 呈精细的振动结构。 当苯环与生成基相连时，就有B和K两 种吸收带，其中B带的波长位置较长。

28 (4) E吸收带：在苯环结构中三个乙烯键的环
状共轭系统中，-*跃迁所产生的芳香族化 合物的特征吸收带，称为E带。 特点：E带可分为E1带（~180 nm）和E2带 （~200 nm），它们都是强吸收带；而相应 苯的B带（~253 nm）是较弱的吸收带。

29 ４. 无机化合物的紫外-可见吸收光谱 在溶液中无机络合物的紫外-可见吸收光 谱，其吸收带往往宽而少。 一般由两类形式的跃迁所产生：配位场 跃迁和电荷转移跃迁。

30 （1）配位体场吸收光谱／吸收带 概念 配位体场吸收谱带指的是过渡金属水合 离子或过渡金属离子与显色剂（通常是有机 化合物）所形成的络合物在外来辐射作用 下，由于吸收了适当波长的可见光（有时是 紫外光），从而获得的相应吸收光谱。

31 机理 过渡金属络合物中，由于配位体的影 响，中心离子的d轨道或f轨道能级发生分 裂。当过渡金属络合物吸收了可见或紫外 光区的某部分波长的光时，d电子或f电子就 可以从较低的能级跃迁到较高的能级，称为 d -d跃迁或f- f跃迁。 这种跃迁一般发生在可见光区。

32 特点 配位体场吸收光谱通常位于可见光 区；强度弱，摩尔吸收系数约为0.1 L·mol-1·cm-1 ~100 L·mol-1·cm-1 。

33 （2）电荷转移吸收光谱／吸收带 概念 电荷转移吸收光谱指的是许多无机物 （例如：碱金属卤化物）和某些由两类有机 化合物混合而得的分子络合物，它们在外来 辐射激发下会强烈地吸收紫外光或可见光， 从而获得的紫外-可见吸收光谱。

34 机理 在这一吸收过程中，实际上是发生了一 个电子从体系的一部分（称为：电子给予 体）转移到体系的另一部分（称为：电子接 受体）的过程，因而这样获得的吸收光谱称 为电荷转移吸收光谱。

35 类型 i) 配位体金属的电荷转移 例如：[Fe(SCN)6]3-呈深红色，在490 nm 附近有强吸收，这就是由于该络合物吸收了 某波长的光，使一个电子从SCN-的某一轨道 跃迁到Fe3+的某一轨道上。

36 ii) 金属配位体的电荷转移 产生这种电荷转移的必要条件是：金属 离子容易被氧化（处于低氧化态）；而配位 体容易被还原，配位体具有空的反键轨道， 可接受从金属离子转移出来的电子。

37 iii) 分子络合物内部电荷转移 　 例如：在乙醇介质中，将醌与氢醌混 合，就可以得到美丽的醌氢醌暗绿色结晶， 它的吸收峰在可见光区。

38 特点 电荷转移吸收光谱的最大特点是：吸 收强度大，摩尔吸收系数一般超过104 L·mol-1·cm-1 。

39 （3）两种吸收谱带的区别 　　这类光谱一般位于可见光区。 　　电荷迁移吸收产生的谱带较宽，吸收强 度大，最大波长处的摩尔吸收系数max可大于 104 L cm-1mol-1。 与电荷迁移跃迁比较，配位场跃迁产生 的吸收谱带的摩尔吸收系数小，一般max< 102 L cm-1mol-1。

40 2.3 分光光度法的对比度 1. 对比度的概念 　在光度法中，对比度是指显色剂与金属 离子所形成络合物（MeR）的最大吸收峰波 长（MeRmax）与显色剂本身（HnR）最大吸 收峰波长（HnRmax）之间的差值。 　 对比度以来表示： =MeRmax- HnRmax 　　

41 一般认为： 40 nm时，显色反应的对比度较小； =40 nm~80 nm时，显色反应的对比度为中等； 80 nm时，显色反应具有较高的对比度。 一般要求：显色剂与有色化合物的对比 度在60 nm以上。

42 2. 对比度在实际分析测定中的意义 对比度实质上表示了显色反应颜色变化 的程度；反映了过量显色剂对测定体系的影 响。 　　如果显色反应的对比度大，则过量试剂 对测定的影响较小；反之，对比度小，则过 量试剂对测定的影响就比较大。

43 如何选择测定波长？ 如果显色反应的对比度较大，则测定波 长往往与络合物的最大吸收波长一致。 如果显色反应的对比度较小，此时测定 波长决定于MeR /HnR的比值或MeR - HnR 的差值。 因此，对比度的概念可以为选择测定波 长提供帮助。

44 3. 影响对比度的因素 对比度的大小与显色剂的结构、反应条 件、金属离子的性质及络合物的组成有关。

45 2.4 光吸收定律—朗伯-比耳定律 1. 朗伯-比耳定律 （Lambert-Beer Law） （1）定义1： A= lg I/I为吸光度 (Absorbance) 　　其中：I和I分别为试样入射光强度和出 射光强度。

46 （2）朗伯-比尔定律的数学表达式为： n A= i ci l i=1 其中：i表示某一吸光质点。c为浓度，单位molL-1；l为液层厚度，单位为cm；为摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1 。 该式物理意义为：物质的吸光度与物质的 吸收系数和浓度的乘积成正比。

47 ：表示物质分子对某一波长光的吸收本 领，称为摩尔吸收系数/摩尔吸光系数。与物 质性质、入射光波长及温度等因素有关。 (a) 是吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特 征常数。 (b) 不随浓度c和光程长度l的改变而改变。在 温度和波长等条件一定时， 仅与吸收物质 本身的性质有关，与待测物浓度无关。 (c) 可作为定性鉴定的参数。

48 (d) 在数值上等于浓度为1 molL-1、液层厚
度为1 cm时，该溶液在某一波长下的吸光 度。  >105 L·mol-1·cm-1 ：超高灵敏；  = (610)104 L·mol-1·cm-1 ：高灵敏；  < 2104 L·mol-1·cm-1 ：不灵敏。

49 (e) 同一吸收物质在不同波长下的 值是不同
的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系 数，常以max表示。 max表明了该吸收物质最大限度的吸光能 力，也反映了光度法测定该物质可能达到的 最大灵敏度。 max越大，表明该物质的吸光能力越强； 用光度法测定该物质的灵敏度越高。

50 吸光度具有加和性： n A=A 1+ A 2+ A 3+…+ A n=  A i i=1

51 当物质中只有一种吸光组分，则上式可简 化为： A= cl

52 （3）定义2：若将I/I0称为透光度（亦称: 透
射率），用T表示，T= I/I0 则 A= lgI0/I= -lgT= cl 溶液透光度愈大，则吸光度愈小，表明 它对光的吸收愈少。

53 2. 朗伯-比耳定律成立的条件及其偏离该定律的因素
（1）成立的条件 (a) 适用于极稀的溶液(一般c < 0.01 molL-1)。 (b) 电磁波辐射和所讨论的吸光成分之间的相 互作用机制只是光被该成分所吸收。

54 (c) 采用“单色光”。 (d) 吸收成分（分子或离子）的行为相互 无关，且不论其数量和种类如何。

55 （2）偏离该定律的因素 图2-3 定量分析中的校正曲线

56 偏离朗伯-比耳定律的主要原因有： (a) 在实际工作中，由出射狭缝投射到被测物 上的光，并非理论上所要求的单色光，而是 一个有限宽度的谱带，称为光谱通带。

57 (b) 散射的影响 当被测试样中含有悬浮物或胶粒等散射 质点时，入射光通过试样就会因为光的散射 而损失一部分，使透射率减小，而吸光度增 大，导致偏离比耳定律。 质点的散射强度与入射光的波长4次方 成反比，因此散射对紫外区的测定影响更 大。

58 (c) 化学因素 若在试样中，被测组分发生离解、缔 合、光化及互变异构等作用，或与溶剂发生 相互作用，就会使被测组分的吸收曲线发生 明显改变，导致偏离比耳定律。

59 (d) 荧光的影响 某些物质吸收光后，会重新辐射出与 入射光波长相同或波长更长的光，荧光的 存在将导致比耳定律的失效。

60 (e) 非平行光的影响 若入射光不垂直于吸收池的光学面， 这就使得通过试样的实际光程大于吸收池 的厚度，但这种影响很小，一般可忽略。

61 3. 朗伯-比尔定律的应用条件 朗伯-比尔定律不仅适用于紫外光、可见 光，也适用于红外光； 不仅适用于均匀非散射的液态样品，也 适用于微粒分散均匀的固态或气态样品。

62 2.5 紫外-可见分光光度法的分析方法 1. 定性、定量分析的依据 物质分子结构  E（跃迁能） 特征吸收谱（光吸收选择性） 定性 吸收谱高度或面积  定量

63 （1）定性分析方法 用紫外-可见吸收光谱来鉴定一个化合 物，通常是将该化合物的光谱特征以及吸收 峰的形状与纯化合物的标准紫外-可见吸收光 谱图作比较。

64 如果没有标准物，可借助紫外-可见标 准图谱或有关电子光谱数据资料进行比较。 常用的标准谱图有以下四种： (a) Sadtler Standard Spectra (Ultraviolet), Heyden, London, 1978. (b) R. A. Friedel and M. Orchin, “Ultraviolet and Visible Absorption Spectra of Aromatic Compounds” Wiley, New York, 1951.

65 (c) Kenzo Hirayama: “Handbook of Ultraviolet
and Visible Absorption Spectra of Organic Compounds”, New York, Plenum, 1967. (d) “Organic Electronic Spectral Data”, John Wiley and Sons, 1946~.

66 不能单凭紫外-可见吸收光谱数据来鉴定 某一未知物。 紫外-可见吸收光谱是配合红外光谱、有 机质谱和核磁共振波谱进行有机物结构研 究的一种有效的工具。

67 （2）定量分析方法 a. 标准工作曲线法（校正曲线法）—可能 存在背景干扰 见图2-4。

68 图2-4 标准工作曲线（校正曲线）

69 b. 增量法（标准加入法）—可消除背景干扰 方法：绘制A~增量c的校正曲线。 见图 2-5。

70 图2- 5 增量法校正曲线 其中：OO，长度所对应的浓度 C x就是未知试 样中被测组分的浓度。

71 2. 分光光度法的扩展 （1）催化分光光度法（或称：催化比色 法；动力学分光光度法） 如果催化反应是一个显色或褪色反应， 就可以用分光光度法测定催化反应的反应物 或生成物之一的浓度变化，这就是催化分光 光度法。 反应速度在一定范围内与催化剂的用量 有一定的比例关系，被测组分是催化剂。

72 　W 例如：H2O2 + 2I- +2H+  I2 + 2H2O pH一定时，d[I2]/dt =k[H2O2][I-]2[W] d[I2]/dt= k’ [W] 积分得： [I2]= k[W]t (1) 根据光吸收定律 [I2]=A/l (2) 将(2)式代入(1)式得 A= k’’ [W] t (3)

73 （3）式就是钨的动力学分光光度法测定 的基础。在此式的基础上，可分为三个基本 方法测定钨的浓度。 预先配制一系列钨的标准溶液，在相同 条件下记录吸光度A随时间t变化的动力学曲 线。如图2-6所示。

74 图2-6 A-t曲线

75 定量方法： a) 固定时间法 (3)式变为： A=k [W] 作A~[W]图，用待测样品在t时的At值在 工作曲线上求出相应的[W] x值。 见图2-7(a)。

76 图2-7(a) A~[W]曲线

77 b) 固定浓度法 (3)式变为[W]= kt-1 [W]t-1 测定达到某一预定A值时的时间t，绘 制t-1~[W]标准工作曲线，见图2-7(b)。

78 图2-7(b) t-1~ [W]曲线

79 c) 正切法（斜率法） 　　由(3)式得 A=k’’ [W] t A/t = k’’ [W] 则：A/t  [W] 而A/t 即为A ~t关系曲线的斜率，求出 每条A ~t曲线的各自斜率 tg ，再在图2-7(c) 上由tg x 求出相应W的未知浓度Cx。

80 图2-7(c) tgx~ [w]曲线

81 （2）双波长分光光度法 仪器结构图见2-8。

82 图2-8

83 A1= -lgI1/I0 = 1cl + Ab A2 = -lgI2/I0 = 2cl + Ab’ 其中：I0、I1和I2分别为开始照射到吸收 池的两束光强度及通过吸收池后两束光强 度。Ab 和Ab，为背景吸收。 若1与2很接近，可以认为其背景吸收 相同，即： Ab = Ab，。

84 A=A2- A1=(2-1)cl
量，这就是双波长分光光度法定量分析的依 据。

85 等吸收波长法中波长选择的原则： a）干扰组分在两个波长处等吸收； b）被测组分在选定的两个波长处的A要足 够大，以便保证有足够的灵敏度。

86 （3）导数分光光度法 A= -lgI/I0 =bc 则：dnA /d n= bcdn /d n

87 导数光谱具有以下特征： a. 谱带的极值数随导数阶数的增加而增加， 一个吸收带经过n次求导后，产生的极值 （包括极大和极小）数为n+1个。 b. 零阶曲线的极大处，相应于奇阶导数 (n=1，3，5……)曲线过零点；零阶曲线的 拐点处相应于奇阶曲线为极大或极小。

88 c. 偶阶导数（n=2，4……）曲线的形状与零 阶曲线较为相似，零阶曲线的极大处相应于 偶阶导数曲线的极大或极小；零阶曲线的拐 点相应于偶阶导数曲线通过零点。 d. 在导数曲线中，随着求导阶次的增加，谱 带变锐，带宽变窄。二阶导数曲线的半宽度 仅为零阶曲线半宽度的1/3，四阶导数曲线的 半宽度仅为零阶曲线半宽度的1/5。

89 例如：典型的高斯型吸收曲线（或称： 零阶曲线）及其相应的一至四阶导数光谱， 见图2-9。

90 图2-9 吸收光谱与导数光谱的峰和谷的关系 a. 吸收光谱；b- e. 一至四阶导数光谱

91 由导数光谱进行定量测量的计算方法 如图2-10所示： 图2-10 导数光谱的求值法

92 a. 正切法：画一条直线正切于两个邻近的极 大或极小，然后测量中间极值至切线的距离 （d）作为导数值。 b. 峰谷法：在多组分的定量分析中多采用两 个相邻极值（极大和极小）间的距离（图中 的p1和p2）作为导数值。 c. 峰零法：极值到零线之间的垂直距离(z)也 可以作为导数值。

93 （4）胶束增溶分光光度法 所谓胶束增溶是指金属离子与络合剂反 应时，加入离子表面活性剂，形成 “胶束”， 它均匀地分布在体系中，可以和被测组分发 生缔合或把被测组分包围起来，对缔合物起 分散剂的作用，使多元离子缔合物发生胶束 增溶现象，而稳定地保持在水溶液中，因而 大大地提高了方法的灵敏度。生成的离子缔 合物的常达105 Lmol-1cm-1以上，而一般的 比色分析中仅在103~104 Lmol-1cm-1之间。

94 （5）溶剂萃取分光光度法 溶剂萃取与分光光度法相配合，同样 地可以大大地提高测定的灵敏度。 在分光光度法中，除了用溶剂萃取分 离干扰离子外，更常在萃取后的有机相中 直接进行比色测定。因而使测定既快速又 简便。

95 （6）示差分光光度法 (differential spectrophotometry) A=|AS-AX|=l |cs-cx| 当保持c s不变时，吸光度(A)就只与被 测试样的浓度(c x)有关。

96 按所选择的测量条件，示差法有三种测 定方式：高浓度测定法、低浓度测定法和高 精度测定法。 其中高浓度测定法是采用比试样浓度稍 小的标准溶液调节透射比到100 %，然后测 量试样溶液的吸光度，获得表观吸光度值。 此时的吸光度值可处于正常的读数范围。

97 （7）漫反射光谱技术 　　(diffuse reflectance spectrometry) 当光线照射到粗糙的物体表面时形成漫 反射。 所反射的光可定量表示为反射比，即所 有反射光线的量与入射光线的量的比值。

98 　 由于漫反射的光线是向四处发散的，因 此为了作精确测量就必需收集各个角度的反 射光线。 　 积分球就是用来精确定量测量漫反射反 射比的工具。

99 　　实际应用时，反射比是将样品的反射光 谱和标准参考物的反射光谱相比较而得到 的。 　　常用的三种标准参考物是：金溶胶、聚 四氟乙烯微珠和硫酸钡（积分球内部也相应 地涂上同种材料）。

100 　　积分球漫反射光谱技术，可直接用于测 量固体表面、粉末和浑浊试样（乳浊液、悬 浊液）等的紫外-可见吸收光谱。

101 （8）光纤在线测量技术 　　光纤主要是基于光线反射与折射中的全 反射原理，使得光线可以沿着细小（约毫米 级）的石英纤维传导，即光导纤维的波导作 用。

102 　 光纤只能在有限波长范围工作。 　　工作波长范围取决于三个因素：光纤 对光线的吸收、覆层材料以及光纤传播的 长度。

103 用途： 光纤的一个主要用途就是将光线从一些不 便于引入光谱仪的环境中导出进行光谱测 量。 另一个主要用途就是向少量样品或者很小 的容器中传送或者获取光线。

104  2.6 紫外-可见分光光度法分析的特点和常 用术语 1. 特点 （1）灵敏度较高 分光光度法具有较高的灵敏度，其检测 下限一般为10-5 molL-1，有些体系也可能达 到10-6 molL-1。

105 （2）精密度高 分光光度法的精密度是指多次重复分析 结果的弥散程度。 精密度一般用相对标准偏差来表示。 光度分析中，一般分析的相对标准偏差 在2 %~5 %范围内。由于近代分光光度仪器 的改进，其相对标准偏差可控制在n 0/00甚至 更小。

106 （3）分析范围广 随着有机试剂的迅速发展，多数元素 的离子可通过选择适当的显色剂显色而进 行比色测定。 同时，对许多有机化合物来说，光度 法亦不失为一个好的测定方法。

107 （4）分析速度较快 和测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽 和控制实验条件加以消除，不必分离，因而 具有较快的分析速度。
光度法测定的主要过程为：溶样、显色 和测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽 和控制实验条件加以消除，不必分离，因而 具有较快的分析速度。

108 2. 术语 （1）生色团 在有机化合物中，能在紫外或可见光 区产生光吸收的含有键的不饱和基团称为 生色团。 例如：-COOH、-NO2、-CHO等。

109 （2）助色团 指本身不会使化合物产生颜色或产生紫 外光吸收的基团，但这些基团与生色基团连 接时，却能使生成基团的吸收波长移向长波 并使吸收强度增加，这样的基团称为助色 团。

110 通常助色基团是由含孤对电子的元素 （例如：氧、氮和卤素等）所构成的官能 团。例如：-NH2、-OH、-OR、-SH、-SR、 -Cl、-Br和-I等。 各种助色基团助色效应的强弱顺序如 下：-F<-Cl<-Br<-OH<-SH<-OCH3<-NH2< -NHR< -NR2<-O-

111 （3）蓝移 由于取代基或溶剂极性的影响，使吸收 谱带的最大吸收波长向短波方向移动的现象 称为短移、紫移或蓝移。

112 （4）红移 由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性 影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向 长波方向移动的现象，称为长移或红移。
（4）红移 由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性 影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向 长波方向移动的现象，称为长移或红移。

113 （5）溶剂效应 有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收 峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种 现象称为溶剂效应。 紫外-可见吸收光谱中常用的溶剂包括： 己烷、庚烷、环己烷、二氧杂己烷、水和乙 醇等。

114 溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响 吸收强度和精细结构。 例如：B吸收带的精细结构在非极性溶 剂中较清楚；但在极性溶剂中则较弱，有时 要消失而出现宽峰。 因此，在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。

115 2.7 紫外-可见分光光度分析中的一些影响 因素 1. 溶剂 同一样品的吸收峰峰位、吸收曲线形状 在不同溶剂中可能不同，这可能是溶质与溶 剂之间的相互作用引起的。

116 选择溶剂的原则： a. 溶剂在整个选用的波长范围内，吸收要尽 可能地小； b. 样品可以在溶剂中得到充分的溶解； c. 一般采用非极性溶剂（例如：环己烷、 CCl4和氯仿等），尤其是当吸收物质为极性 分子时，更应该如此。

117 2. 浓度 依据朗伯-比耳定律，它的适用范围是极 稀的溶液（一般c<0.01 molL-1）。 3. pH值 它直接影响生成物的形成速率、结构和 稳定性，故pH的变化不仅可以引起吸收峰的 位移，还可以改变吸收曲线的形状。

118 4. 温度 显色反应与温度有很大关系。显色温度 的确定，需要根据反应性质来加以选择。 此外，温度对光的吸收和颜色的深浅均有影响，所以在绘制工作曲线和进行样品测试时，操作温度应尽量保持一致。

119 5. 共存离子的干扰 （1）种 类 a. 共存离子本身有颜色； b. 共存离子与显色剂反应生成有色化合物 或沉淀； c. 共存离子与待测离子或显色剂作用，生 成更稳定的无色络合物或发生氧化-还原反 应，阻碍了待测离子与显色剂间的反应。

120 （2）消除干扰的方法 a. 加入掩蔽剂； b. 改变干扰离子的价态； c. 选择最佳的显色条件以避免干扰； d. 选择适当的测定波长以消除干扰；

121 e. 利用空白液抵消某些有色离子的干扰； f. 利用校正系数消除干扰； g. 预先使被测离子与干扰离子分离； h. 利用被测物质（例如：金属离子）能形成 三元络合物的特点，提高显色反应的选择 性。

122 6. 杂散光的影响 从单色器出口狭缝出来的单色光，除了 所需要的单色光外，其它波长的光都叫杂散 光。 杂散光对测定结果的影响程度取决于光 源的能量分布、试样的吸收特性以及检测器 的波长灵敏特性。 I杂散光1/4

123 2.8 实验技术 1. 样品的制备 紫外-可见吸收光谱测定通常是在溶液中 进行。固体样品需转变成溶液，无机样品用 合适的酸溶解或用碱熔融，有机样品用有机 溶剂溶解或抽提。

124 对光谱分析溶剂的要求是： 良好的溶解能力； 在测定波段没有明显的吸收； 被测组分在溶剂中具有良好的吸收峰形； 挥发性小、不易燃、无毒性和价格便宜等。

125 2. 测定条件的选择 为了使测定获得比较满意的结果，必须 注意选择合适的测定条件。

126 （1）波长的选择 一般根据待测组分的吸收光谱，选择最 大吸收波长max作为测定波长，这样灵敏度 最高，同时吸光度随波长的变化最小，可以 得到较好的测定精度。 但在实际工作中，并不一定选择max， 例如：待测组分的max受到共存杂质的干 扰，或待测组分的浓度太高等，在这样的情 况下，可以选用其它吸收峰进行测定。

127 （2）狭缝宽度的选择 狭缝宽度直接影响测定的灵敏度和工作 曲线的线性范围。 一般在不减少吸光度时的最大狭缝宽 度，就是应该选取的合适的狭缝宽度。

128 （3）吸光度范围 吸光度在0.2~0.7(透光度为20 %~65 %) 时，吸光度的测定误差较小，且当A=0.434 时测量的浓度相对误差最小。 因此，应把待测组分浓度的吸光度控制 在0.2~0.7之间。

129 3. 反应条件的选择 显色反应一般应满足的条件： 生成的有色化合物应有较大的摩尔吸收系数； 有较高的选择性；
有色化合物组成应恒定、稳定性好； 生成物与显色剂的max之差一般应大于60 nm。

130 （1）溶液酸度 溶液酸度对待测组分的测定有显著影响。 直接影响待测组分的吸收光谱； 显色剂的形态； 待测组分的化合状态； 显色化合物组成。 在实际工作中常用单因素实验来确定适 宜的溶液酸度。

131 常用于吸收光谱测定中的缓冲溶液有： NaH2PO4+ HCl （pH =3） NaAc + HCl （pH =5） KH2PO4+ NaOH （pH =7） H3BO3+ KCl （pH =9） H3BO3+ NaOH （pH =11）

132 （2）显色剂浓度 显色剂用量将影响显色反应。过量的显 色剂可以使显色反应趋于完全，但是过量太 多，有可能改变有色化合物的组成，影响化 合物的颜色。 可用单因素实验测定溶液吸光度随显色 剂用量的变化。根据变化曲线，选择获得具 有高灵敏度且吸光度恒定的显色剂用量。

133 （3）温度的影响 在分光光度法的测定中，通常都选用室 温显色反应。当温度对显色反应速度可能有 较大的影响时，需要考虑温度的影响。 合适的温度可用单因素实验来确定。

134 （4）显色时间 这里包括两种时间：一种是由于显色反 应速度不同，达到反应完全所需的时间；另 一种是有色化合物维持稳定的时间。 这两种时间均可用单因素实验来考察。

135 4. 参比溶液的选择 （1）溶剂参比溶液 当待测组分溶液的组成较为简单，共存 的组分在测定波长的光吸收很小时，可用溶 剂作为参比溶液。

136 （2）试剂参比溶液 如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸 收，按显色反应相同的条件，以不加入试样 的溶液作为参比溶液。

137 5. 共存离子干扰的消除方法 （1）加入适当的掩蔽剂 例如：用铬天青S测定铍时，Cd，Co， Cu，Fe，Mn，Mo，Pb，V(IV)，W及Zn等 有干扰。 方法：在pH为4.6的溶液中，这些干扰 元素可用EDTA掩蔽。

138 （2）改变干扰离子的价态 例如：用铬天青S测定Al (III)时，Fe (III) 有干扰，可加入抗坏血酸使其还原为Fe (II)而 消除影响。

139 （3）选择适当的测定波长 这种方法仅在干扰组分与待测组分的 收峰波长相距较大的情况下使用。

140 如果上述方法都不能使用，也可采用预 离的方法，例如：萃取分离、色谱分离、沉 分离、离子交换和蒸馏等方法，将干扰组分 待测组分分开，然后进行吸收光谱的测定。

141 6. 表观摩尔吸收系数的精确求法 根据朗伯-比耳定律，可以计算物质的 表观摩尔吸收系数： =A/ bc 值：反映物质对光吸收的灵敏度。

142 精确求取摩尔吸收系数的方法是：在不 同带通宽度时测定表观摩尔吸收系数，绘制 表观摩尔吸收系数对带通宽度的曲线关系 图，将曲线外推到带通宽度为零处，这时相 应的摩尔吸收系数即为精确的表观摩尔吸收 系数。

143 2.9 紫外-可见分光光度计的构造、类型及 发展趋势 1. 构造 通常由以下五个部分组成— （1） 一个或多个辐射源； （2）波长选择器； （3）试样容器（吸收池） ； （4）辐射换能器； （5）信号处理器和读出装置。

144 （1）辐射源 对光源的主要要求是： 在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连 续的具有足够强度和稳定的辐射； 并且辐射能随波长的变化尽可能小； 使用寿命长。

145 紫外-可见分光光度计的辐射光源有：白炽 光源和气体放电光源两类。 在可见和近红外光区的常用光源为白炽光 源，例如：钨灯和碘钨灯等。

146 紫外光区主要采用氢灯、氘灯和氙灯等放 电灯。 氘灯与氢灯的特性相似，不同的是氘灯 的辐射强度约高2~3 倍，寿命较长，成本较 高。 氙灯是让电流通过氙气而产生强辐射。 其强度高于氢灯，但欠稳定。 在紫外-可见分光光度计上最常用的有 两种光源：即钨灯和氘灯。

147 （2）波长选择器 波长选择器通常有两种类型：滤光片和 借助棱镜或衍射光栅的几何色散。 现在的商品仪器几乎都用光栅做色散元 件。光栅在整个波长区可以提供良好的、均 匀一致的分辨能力，而且成本低、便于保 存。

148 （3）吸收池/ 试样容器 在紫外-可见分光光度法中，一般使用液 体试液，试液放在分光光度计光束通过的液 体池中。 吸收池又称比色皿或比色杯。

149 对吸收池的要求：主要是能透过所研究的 光谱区辐射线。 吸收池的两个光学面必须平整光洁，使用 时不能用手触摸。 按材料可分为：玻璃吸收池和石英吸收池 两种。

150 吸收池有多种尺寸和不同结构，吸收池 的光径可在0.1 cm~10 cm之间变化，其中 以1 cm光径吸收池最为常用，根据使用要 求选用。 在用于高浓度或低浓度测定时，可相 应地采用光径较小或较大的吸收池。

151 （4）辐能转换器/检测器/接受器 作为一个理想的检测器，它应具有高灵 敏度、高信噪比、响应时间快并且在整个研 究的波长范围内有恒定的响应的特点。

152 在紫外-可见分光光度计上，现在广泛使 用的检测器是光电倍增管。 它不仅响应速度快，能检测10-8 s~10-9 s 的脉冲光，它可将光电流放大至106~107 倍； 而且灵敏度高，比一般光电管高200 倍。 多通道光度计使用的是硅光二极管阵列 检测器 （Diode Array Detector，简称： DAD）。

153 （5）信号处理器和读出装置 它可放大检测器的输出信号。 它也可以把信号从直流变成交流(或相反)， 改变信号的相位，滤掉不需要的成分。 同时信号处理器也可用来执行某些信号的数 学运算，例如：微分、积分或转换成对数。

154 在现代仪器中，常用的读出器件有：数 字表、记录仪、电位计标尺和阴极射线管 等。 现在很多紫外-可见分光光度计都装有微 处理机。一方面将信号记录和处理，另一方 面可对分光光度计进行操作控制。

155 2. 分光光度计的类型 目前市售的分光光度计类型很多。但可 以归纳为以下四种类型： 单光束、双光束、双波长和多道分光光 度计。 其中多道仪器具有快速扫描的特点，整 个光谱扫描时间不到1 s。

156 3. 紫外-可见分光光度计的发展趋势 （1）分光光度计的组件发展 a. 全息光栅正在迅速取代机刻光栅 全息光栅的杂散光很少，与一般光栅相 比，全息光栅的刻蚀误差显著地下降了。

157 b. 电视式显示和电子计算机绘图迅速普及 表头 数子电压表 电视式显示 c. 光电倍增管作为检测器已成为主导 光电管或光电池 光电倍增管（灵敏度 高、 响应快）

158 （2）分光光度计的构型发展 a. 电子计算机控制的分光光度计日见增多 微处理机控制的分光光度计不仅促使分 光光度计进一步自动化，而且大大地改善了 仪器的性能。 例如：使分光光度计具有多级导数的能 力，具有光谱累积和平均的特点（性），从 而大大提高了仪器的信噪比。

159 b. 双波长分光光度计迅速发展 1968年日立公司制造出第一台商品化的 365型双波长分光光度计。 c. 快速扫描分光光度计陆续问世 利用光分析可以跟踪化学反应历程，一 般分光光度计只适于历程为20 min~30 min以 上的反应，要研究速度较快的反应，就需要 设计出快速扫描分光光度计，例如：多道分 光光度计（采用多道光子检测器，整个光谱 扫描时间不到1 s）。

160 4. 仪器的最新进展 （a）仪器的自动化程度大大提高； （b）重视适用附件的开发； （c）仪器向小型化（或微型化）、数字化和 便携式的方向发展； （d）新型的紫外-可见分光光度计不断涌现。

161 2.10 紫外-可见分光光度计的实际应用 1. 纯度检验 吸收峰，而杂质在紫外-可见光区有较强的 吸收时，则可方便地检出该化合物中痕量
如果某一化合物的紫外-可见光区没有 吸收峰，而杂质在紫外-可见光区有较强的 吸收时，则可方便地检出该化合物中痕量 的杂质。

162 2. 未知样品的检定 通常将未知样品的紫外-可见吸收光谱 与标准谱相对照。 3. 分子结构的推测 根据未知化合物的紫外-可见区吸收光 谱可以推测所含的官能团。 一般单凭紫外-可见吸收光谱并不能决 定分子的结构，还需与红外光谱、有机质 谱和核磁共振谱等综合考查，方可定论。

163 （1）若一个化合物在220 nm~800 nm无吸收 峰， 则此分子结构中不含共轭体系，没有 醛基、羰基、溴或碘。它可能是脂肪族碳氢 化合物、腈、醇、醚、羰基、氯化烃和氟化 烃。 （2）若一个化合物在210 nm~280 nm有吸 收，则可能含有两个共轭单位。

164 （3）若一个化合物在260 nm~300 nm有强吸 收带，表示有3~5个共轭单位。 （4）若一个化合物在280 nm~300 nm有弱吸 收带，表示有羰基存在。在280 nm~300 nm 有中等强度的吸收带，且有一定的精细结 构，表示有苯环结构。

165 4. 有机化合物异构体的判别 （顺反异构、互变异构和旋光异构等） 对于顺反异构来说，一般顺式异构体的 最大吸收峰波长比反式异构体要小，因此可 用紫外-可见吸收光谱法进行区别。

166 5．研究化学反应的速度 例如：催化分光光度法 6．测定配位化学物的组成 用吸光光度法可以测定配位化合物的组 成（配位比）及稳定常数。 常用的方法有：斜率比法、摩尔比法、 等摩尔连续变化法（连续浓度变更法）和平 衡移动法等。

167 7. 有机化合物分子量的测定 某种物质的紫外-可见吸收光谱，是该 物质内部特征结构的反映。 所谓物质的内部特征结构，主要指的 是该物质分子中所含有的发色团。

168 对于具有相同发色团的不同物质，如 果都取相同的重量（或配成相同浓度的溶 液），则分子量越大者，发色团所占的比 例越小，吸收强度越小；反之，分子量越 小者，发色团所占的比例越大，吸收强度 就越大。 因此，可以根据这个原理来测定有机 化合物的分子量。

169 8. 紫外-可见分光光度计应用的最新进展 （1）多组分不经分离、直接测量； （2）联用技术； （3）积分光度法进入复兴时期。

170 第二章 复习思考题 1. 电子光谱（亦称紫外-可见光谱）产生的本 质是什么？ 2. 紫外-可见吸收光谱中通常有哪几种价电子 跃迁类型？除此还有哪两种跃迁可产生UV- Vis吸收谱？ 3. 在有机物紫外-可见吸收谱解析中吸收带如 何分类？

171 4. 紫外-可见分光光度法中的对比度是指什 么？在实际分析测定中有什么意义？影响对 比度的因素有哪些？ 5. 紫外-可见分光光度法定量分析的基本方法 有哪几种？有哪些扩展方法？ 6. 紫外-可见分光光度分析的特点有哪些？ 7. 紫外-可见分光光度计的发展趋势是什么？

172 参考书目： 1．《仪器分析》，高等教育出版社，武汉大学化学系编，2001年6月第一版 2．《仪器分析》，林新花 主编，华南理工大学出版社，2002年第一版

173 3．《现代仪器分析》上册，清华大学出版 社，清华大学分析教研室编，1983年 4．《分光光度分析》（分析化学丛书第四 卷，第一册），科学出版社，罗庆尧、邓延 倬、蔡汝秀、曾云鹗编著，1998年第二次印 刷，1992年第一版

174 5．《分光光度学》，机械工业出版社，杨 茹，邱法林，刘翊编，1998年6月第一版第 一次印刷 6．《紫外、可见分光光度法》上册，原子 能出版社，陈国珍等编，1983年

175 7．《分析化学》，人民教育出版社，成都 工学院，上海化工学院编，1979年 8．《现代仪器分析实验与技术》，清华大 学出版社，陈培榕、邓勃主编，1999年12月 第一版，2004年5月第4次印刷。

176 9.《紫外可见分光光度计》，化学工业出版 社，李昌厚 著，2005年6月第一版，2005年7 月北京第二次印刷。 10. 《仪器分析》，哈尔滨大学出版社，向 文胜、王相晶 主编，2006年9月第1版，2006 年9月第一次印刷。

177 11. 《实用仪器分析》，北京大学出版社， 杨根元，金瑞祥，应武林 主编，1997年9 月第2版，1997年9月第一次印刷。