紫外-可见吸收光谱分析 - hainan university
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窦 智 峰
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紫外-可见吸收光谱分析UVUV--VIS VIS SpectrophotometrySpectrophotometry
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主要内容
• 概述
• 基本原理光谱产生机理
定性定量分析原理仪器原理
• 实验技术实验过程
实验影响因素实验方法
• 应用实例
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1. 概 述
根据Einstein-Plank定律，电磁波能量是量子化的，光子的能量与波的频
率成正比：
E = h·
h为Plank常数6.6261034
由于分子、原子、电子的运动能量都是量子化的，当频率为的电磁波
被分子中某一种运动所吸收，该运动便发生能级跃迁，从低能态E1跃迁到高
能态的E2，其能差
E = E2
E1 = h·
4
1. 概 述
• 基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学 分析法。
• 包括：光谱分析法和非光谱分析法。
• 光谱分析法是指在光(电磁波)的作用下，通过测量物质产 生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的 方法。
• 目前，紫外-可见(UV-VIS)、红外(IR)、核磁共振(NMR)等 现代波谱技术已被广泛应用于测定有机化合物的结构。
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概 述
• 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起 来的分析方法称为吸收光度法,主要有:
• 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区),可用于结构鉴定和定量分析。
• 可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400780 nm,主要用于有色物质的定量分析。
• 红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。
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概 述
• 紫外-可见吸收光谱法又叫紫外-可见分光光度法，是利用某 些物质分子能够吸收光谱中200-780nm波长的辐射来进行分析 测定的方法；
• 机理：源于价电子或分子轨道上电子的电子能级间跃迁；
• 研究对象：通常为在200-780nm有吸收的分子物质；
• 特点：仪器简单，应用广泛，可广泛用于无机和有机物质的 定性和定量测定。
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2. 基本原理
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2. 基本原理
2.1分子内电子跃迁和吸收谱带类型
1)R吸收带：
n→π*跃迁
特点:a 跃迁所需能量较小，吸收
峰位于200-400nm
b 吸收强度弱, max ＜102
2)K吸收带：
共轭双键中π→π*跃迁
特点：a 跃迁所需能量较R带大，吸收峰位于210~280nmb 吸收强度强, max 104c 随着共轭体系的增长，K吸收带长移, max 增大。
Cl
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2. 基本原理
2.1分子内电子跃迁和吸收谱带类型
3)B吸收带
特点：a 芳香族化合物(共轭封闭体系)的特征吸收峰;
b 230-270nm 之间有一系列吸收峰， max >102
;
c 苯环上有取代基并与苯环共轭，精细结构消失
A
λλnmnm
A
λλmaxmax=254 nm =254 nm λλnmnm
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2. 基本原理
2.1分子内电子跃迁和吸收谱带类型
4)E吸收带
π→π*跃迁
苯环E带特点：
E1=185nm 强吸收
max >10
4
E2=204nm 较强吸收
max >10
3
苯在乙醇中的紫外吸收光谱
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2. 基本原理
COOH
1 2
3
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2. 基本原理
2.2吸收谱谱图及主要术语
(1)摩尔吸光系数
：表示在一定波长下纯物质浓
度为1 mol/L、液层厚度为1cm时，溶液的吸光
度。(2)红移：吸收带的最大吸收峰 max向长波方向
移动。(3)蓝移：吸收带的最大吸收峰 max向短波方向
移动。(4)发色团：发色团并非有颜色，指的是分子中
能产生特征吸收峰的基团。例如羰基、硝基、苯
环等。(5)助色团：使发色团所产生的吸收峰产生红移
的、带有杂原子的饱和基团。例如-OH、-NH2、-
X等。(6)等吸收点：两个或两个以上化合物吸光度相
同的波长。
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2. 基本原理
2.3 定性定量分析
2.3.1定性分析
紫外可见光谱在化合物定性鉴定方面主要
有以下几方面：(1) 样品光谱图与标准光谱图进行比较，
判别是否为同一化合物。(2) 确定混合物中某一特定的组分是否存
在或鉴定一个纯样品中是否含有其他杂质。(3) 推断化合物的骨架结构。(4) 判别顺反异构体、互变异构体。……
紫外可见光谱定性分析的主要依据是最大吸收波长 max
和相应的摩尔吸光
系数 max
以及吸收谱线形状、吸收峰数目等。
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2.3.2定量分析
三(邻二氮菲)合铁(II)离子的吸收光谱图
max =510nm
• 不同浓度的溶液，max 不变，浓度与峰值成正
比。
2. 基本原理
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2. 基本原理
被测溶液和参比溶液的吸收 池同样材料和厚度，反射 光强度影响相互抵消，上 式简化为
atr IIII 0
2.3.2定量分析
at III 0
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2. 基本原理
• 透光率
透射光的强度与入射光强度之比称为透光率 (transmittance)，用T表示
• 吸光度
透光率的负对数称为吸光度(absorbancy)，用符号A表 示。A愈大，溶液对光的吸收愈多。
2.3.2定量分析
0
t
II=T
t
0lglgII
=T-=A
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2. 基本原理
2.3.2定量分析
• 郎伯-比尔(Lambert-Beer)定律
• A=bc——溶液厚度b，单位cm；浓度c，单位molL-1；摩尔吸光系数，单
位Lmol-1cm-1
• 对于一个特定的化合物来说，其摩尔吸光系数随波长、溶剂和温度而
改变。但在一定的条件下，它应是一个特征常数，表明该物质对某一
特定波长光的吸收能力。愈大即表示该物质对该波长光的吸收能力愈
强。
• 摩尔吸光系数是鉴定有机化合物的参数之一，也是衡量分析灵敏度高
低的一个重要依据。
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引起偏离的因素(两大类)：a. 物理性因素；
b. 化学性因素；
原因：吸光物质发生解离、缔合、溶剂化等现象朗伯-比耳定律前提：所有的吸光质点之间不发生相互作用所以适用条件：稀溶液
2. 基本原理
2.3.3朗伯-比耳定律适用性
原因：难以获得真正的单色光。非单色光、杂
散光、非平行入射光都会引起对朗伯-比耳定律的
偏离；
方法：为克服非单色光引起的偏离，首先应选
择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待
测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。
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2. 基本原理
• 辐射光源
• 单色器
• 样品吸收池
• 检测系统
• 信号指示系统
2.4 紫外可见分光光度计原理
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2. 基本原理
2.5紫外可见分光光度计
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3. 实验技术
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3. 实验技术
3.1实验过程
样品溶液固体样品
溶剂选择
浓度选择选择参比液
选择吸收池上机测试
测试条件选择
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3. 实验技术
3.2 实验影响因素
1.溶剂的影响
紫外分析常用溶剂
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3. 实验技术
3.2 实验影响因素
2.溶液pH值影响
酸性条件：吸收峰为
203
nm和254
nm，与苯
的 max
几乎相同。
中性条件：
max
为
230
nm，次吸收峰为
280
nm
教材：P97
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3. 实验技术
3.2 实验影响因素
3.浓度的影响
4.温度的影响
b. 化学性因素；
朗伯—比耳定律的偏离
除特殊的测定实验外，通常室温下进行即可。
原因：吸光物质发生解离、缔合、溶剂化等现象朗伯-比耳定律前提：所有的吸光质点之间不发
生相互作用所以适用条件：稀溶液
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3.3基本实验方法
1.标准对照法
2.标准曲线法(工作曲线法 )
3.标准加入法
样
标
样
标
CC
AA
C AC
A
标 样样
标
3. 实验技术
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
AC
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4. 应用实例
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4. 应用实例
4.1 化合物结构的定性鉴定
主要依据：(1)如果一个化合物在200～800
nm范围内没有吸收谱带，表明该化合物不
存在双键或环状共轭体系，可能是一个只含键的饱和化合物，如直接烷烃
或环烷烃以及脂肪族饱和的胺、醇、醚和烷基氟或烷基氯等；
(2)共轭双键体系结构相似的化合物，随着共轭双键的增加，化合物的最
大吸收波长发生红移，吸光度增大；
n 1 2 3 4 5 6
λ/nm 180 217 268 304 334 364
max /(×103) 10 21 34 64 121 138
例如：
多烯化合物H-(CH=CH)n-H的吸收特性
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4. 应用实例
(3)改变样品溶液的pH值，观察其紫外光谱的变化，可以得知该
化合物是否存在酚或芳香胺的结构。
4.1 化合物结构的定性鉴定
酸性条件：吸收峰为
203
nm和254
nm，与苯
的 max
几乎相同。
中性条件：
max
为
230
nm，次吸收峰为
280
nm
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4. 应用实例
4.1 化合物结构的定性鉴定
思考题：下面两个化合
物是否可以用UV光谱进
行鉴别？并简述理由。
CH2 CH3
a. b. λmax <200nm λmax >200nm 有紫外吸收
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4. 应用实例
4.2 定量分析
主要依据：
0
t
II=T
t
0lglgII
=T-=A A=bc
例如：
已知甲苯在208nm处的摩尔吸光系数ε=7900L/(mol·cm)，要在
1.0cm的吸收池中得到50%的透光率，若进行测试需要100ml甲
苯溶液，问需要多少质量的甲苯？
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4. 应用实例
4.3 其它应用
1.平衡常数的测定
2.配合物结合比测定
3.有机物异构体判断
……
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4. 应用实例
课后习题
在1cm的吸收池中，5.00×10-4mol/L的A物质溶液在
440nm和590nm的吸光度分别为0.683和0.139；8.00×10-
5mol/L的B物质溶液在这两个波长的吸光度分别为0.106和 0.470；现有A和B的混合溶液一份，此混合液在上述两波长
下测得的吸光度分别为1.022和0.414，求混合液中A和
B的 物质的量浓度。
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谢谢大家！