Instrumental Analysis

Chapter 9

紫外 - 可见吸收光谱分析

Ultraviolet-Visible Absorption Spectrometry

（ UV-Vis ）

本章内容• 9.0 概述

• 9.1 紫外 - 可见光谱法的基本原理

• 9.2 紫外 - 可见光谱法的定量分析方法

• 9.3 紫外 - 可见光谱仪

• 9.4 紫外 - 可见光谱法的应用

9.0 概述 (Introduction)

•光学分析法（ Optical analytical method ）：

• 是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。

•电磁辐射： γ 射线→无线电波

•作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振

•紫外 - 可见吸收光谱法（紫外 - 可见分光光度法）：

利用某些物质的分子吸收 200nm ～ 800nm 光谱区的辐射

来进行分析测定的方法。

• 1 跃迁：分子中的电子受到光、热、电等的激发，从一个能级转移到另一个能级的过程。

• 2. 分子能级组成

• 分子内三种运动形式：价电子运动

• 振动

• 转动

9.0.1 分子吸收光谱的产生

• 每种运动状态都属一定的能级：

• E=Ee+Ev+Er

• 当分子吸收外界能量后，分子能级跃迁，

• 基态→激发态

电子能级 (electron energy levels )

分子振动能级 (vibrational energy

levels)

转动能级 (rotation energy levels)

分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图

电子能级

振动能级

转动能级

E1

E0

S1

S0r

r

r’

r’

• 分子内运动三种跃迁能级，所需能量大小顺序

• △ E 电子 △ E 振动

△ E 转动

• 分子吸收光能不是连续的是量子化特征

• 分子的能量变化分 E 为各种形式能量变化的总和：

• △ E= E△ 电子 + E△ 振动

+ E△ 转动

• 分子吸收能量 = 两个跃迁能级之差λc

hhvE ==∆

10nm-780nm 紫外、可见区

800nm-2.5µm 近红外区

25µm -250µm 远红外、微波区

电子能级差

1-20 eV

振动能级差

0.05-1 eV

转动能级差

<0.05 eV

• 9.1 紫外 - 可见光谱法的基本原理

• 9.1.1 紫外 - 可见吸收光谱

• 9.1.2 紫外 - 可见吸收光谱与分子结构的关系

• 9.1.3 有机化合物的紫外 - 可见吸收光谱

• 9.1.4 无机化合物的紫外 - 可见特征吸收光谱带

• 9.1.5 影响紫外 - 可见吸收光谱因素

• 9.1.6 紫外 - 可见光谱法在有机化合物结构鉴定中的应用

紫外 - 可见吸收光谱：分子吸收紫外 -可见光获得的能量 使价电子发生跃迁，由价电子跃迁产生的分子吸收光谱称为紫外 -可见吸收光谱或电子光谱（ eletronic spectrum ）。

(1) 形成过程：

M+hν → M* → h ν

辐射

入射光强 I0

待测溶液

透射光强 I

测得 A

绘制曲线

吸收值A

波长

分子吸收光谱 运动的分子外层电子 吸收外来辐射 产生电子能级跃迁

• (2) 吸收曲线：■ 不同波长的光通过待测物质，

经待测物质吸收后，

■ 测量其对不同波长光的吸收程度 ( 即吸光度 A) ，

■ 以辐射波长为横坐标

■ 吸光度 A 为纵坐标，作图，

■ 得到该物质的吸收光谱或吸收曲线

ε

3

6

9

12

15

200 220 260 280 320 340

λ/nm

λmax = 279nmε =15

• (4) 吸收曲线表示 :吸收峰…

• 物理意义 :吸收曲线表明了某种物质对不同波长光的吸收能力分布。

• 1）不同的物质，形状不同， λmax不同。▼

• 选择吸收：同一种物质对不同波长的光表现出不同的吸收能力。不同的物质对光的选择吸收性质是不同的。

• 物质对光呈现选择吸收的原因：单一吸光物质的分子或离子只有有限数量的量子化能级的缘故。反映了分子内部结构的差异，各物质分子能级千差万别，内部各能级间的间隔也不相同。

最大吸收峰

肩峰

末端吸收

峰谷

• 2）对同一物质，其 c不同时，形状和λmax不变，只是吸

收程度要发生变化，表现在曲线上就是曲线的高低发生变化。

• (5) 吸收强度表示：

• (6) 吸收曲线用途：

• 1）定性及结构研究• ♪ 波的形状、峰的强度、位置和数目

• 2）定量：朗伯 -比尔定律，选择最大吸收波长。

ε>104 强吸收

ε103~104 中强吸收

ε<103 弱吸收

有机化合物的价电子包括

外层电子

成键的价电子 非成键的价电子

σ键， σ 电子 π键， π 电子

σ 成键轨道 σ* 反键轨道 π 成键轨道 π* 反键轨道

n 电子， n轨道

• 9.1.2 紫外 - 可见吸收光谱与分子结构的关系

１１ .. 跃迁类型跃迁类型

C C

C C

σσ

σσ**

σ→σσ→σ** σ→πσ→π**

PPxx P Pyy P Pzz PPxx P Pyy P Pzz

C C

C C

ππ

ππ**

π→ππ→π** π→σπ→σ** n →πn →π* *

n→ σn→ σ**

ππ

ππ**

σσ**

σσ

nn

各轨道能级高低顺序：各轨 道能 n <π*<σ*；

跃迁类型：

σ-σ* ， -π*

π-σ* ， n-σ*

π-π* ， n-π*

有机化合物的吸收带 :σ→σ* 、 π→π* 、 n→σ* 、 n→π*无机化合物的吸收带 : 由电荷迁移和配位场跃迁产生。

• 跃迁能量跃 E 以波长表示所在区域，紫外和可见光谱区

∀ σ → σ*>n → σ* ≥ π → π* > n → π*• <200nm 200nm~ 可见光区

• 二、跃迁类型

• 1) σ→σ* 跃迁

• 分子成键轨道中的一个电子通过吸收辐射而被激发到相应的反键轨道。

• 化合物种类：饱和烃，

• 特点：需要的能量较高 , • 位置：真空紫外光区。 <200nm

例： -C-C- 如：乙烷 : λmax=135nm C-H 如 : 甲烷 : λmax= 125nm

2) n → σ* transition化合物种类：发生在含有未共用电子对（非键电子）

原子的饱和有机化合物中。

特点：跃迁所需要的能量较高

位置：远紫外光区和近紫外光区，

150-250nm

ε=100 ～ 300 L·cm-1 ·mol -1

【例】： λmax εmax

H2O 167 1480CH3Cl 173 200CH3Br 204CH3I 258

【例】： λmax εmax

carbanyls 186 1000Carboxylic acids 204 41

3) π→π* transition化合物种类：不饱和有机化合物

特点：： max≥10 4，为强吸收带、 共轭效应

位置：吸收峰处于近紫外光区或可见区， 200nm ～700nm

例： 1,3- 丁二烯 ( 己烷 ) 217nm, 21 ， 000• 4) n→π* transition• 孤对电子向反键轨道跃迁。

• 简单的生色团中的孤对电子向反键轨道跃迁。

• 化合物种类：含有杂原子的不饱和基团，

• 特点：谱带强度弱 ,ε<100；• 位置：近紫外光区。

5. 电荷迁移跃迁 ：电子从给予体向与接受体相联系的轨道上

跃迁，发生在近紫外线区与可见光区之间。 （电荷迁移跃迁实质是一个内氧化—还原的过程

）

NCH3

CH3

NC H3

C H3

－－+hvhv hvhv

CR

O

CR

O

+_

特点：吸收谱带较宽、吸收强度大、吸收谱带较宽、吸收强度大、 εεmaxmax≥10≥1044 ，是强吸收带，是强吸收带

。。

电子接受电子接受

体体

电子接受电子接受

体体电子给予体电子给予体 电子给予体电子给予体

A. A. 发色团发色团 (chromophore)(chromophore)

9.1.2. 9.1.2. 一些常用名一些常用名词词

是指分子中产生吸收带的主要官能团；吸收带的是指分子中产生吸收带的主要官能团；吸收带的 λλmaxmax ＞＞ 210nm, 210nm,

属于属于 ππ→→ππ** 、 、 nn → →ππ* * 等跃迁类型。等跃迁类型。

生色团为不饱和基团：生色团为不饱和基团： C=CC=C 、、 N=ON=O 、、 C=OC=O 、、 C=SC=S 等；生色等；生色

团吸收带的位置受相邻取代基或溶剂效应的影响，吸收峰向长波或团吸收带的位置受相邻取代基或溶剂效应的影响，吸收峰向长波或

短波移动。短波移动。B. B. 助色团助色团 (auxochrome)(auxochrome)

是指分子中的一些带有非成键电子对的基团本身在紫外是指分子中的一些带有非成键电子对的基团本身在紫外 -- 可见可见

光区不产生吸收，但是当它与光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，使生色团的生色团连接后，使生色团的吸收带吸收带

向长波移动，且吸收强度增大。向长波移动，且吸收强度增大。

-OH-OH 、、 -OR-OR 、、 -NHR-NHR 、、 -SH-SH 、、 -Cl-Cl 、、 -Br-Br 、、 -I-I

C. C. 红移红移 (red shift or bathochromic shift)(red shift or bathochromic shift)

是指一些带有非成键电子对的基团与是指一些带有非成键电子对的基团与生色团连接后，使生色团生色团连接后，使生色团

的的吸收带向长波移动，这种效应成为红移，该基团称为红移基团吸收带向长波移动，这种效应成为红移，该基团称为红移基团

：：

-OH-OH 、、 -OR-OR 、 、 -NH-NH22 、 、 -NR-NR22 、 、 -SH-SH 、 、 -SR-SR 、 、 -Cl-Cl 、、 -Br-Br

•三、 常用术语

•1. 发色团 (Chromogenesis group) ：•指有分子中含有能产生指 * 、 n → π* 跃迁 的，并且能在紫外 - 可见光范围内产生吸收的基团。

•跃迁类型：跃 * 、 n → π* 跃迁

•基团类：— C = C—, —C = O, —N = N—, …...

常见生色团的吸收光谱

• 2.助色团（ auxochromous group ）• 含有非键电子对的杂原子饱和基团，当它们与生色团或饱

和烃相连时，能使生色团或饱和烃的吸收收向长波方向移动，并使吸收强度增加。

• 跃迁形式： n → π*。• 基团类型：带杂原子的饱和基团

• -F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-N(CH3)2<-NHC6H5<-O-

例：-NR2 (+40nm) -OR (+30nm) -SR (+30nm) -Cl (+5nm)

例：苯 =255nm ，， = 230 苯酚 =270nm ， = 1450

• 带状光谱产生的原因：

• 分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带(band broadening).

(3) 吸收带 (band) ：

电子跃迁伴随振动能级

和转动能级的跃迁。

• 3. 红移和蓝移• (1) 红移（ bathochromic shift ）：

• 指由于化合物的结构改变，如引入助色团、发生共效应以及改变溶剂等，使吸收峰向长波方向移动的现象。

• (2) 红基团：

• 使某化合物的最大吸收波长

• 向长波方向移动的基团。

• -OH 、 -OR 、 -NH2、 -SH 、 -Cl 、 -Br 、 SR 、 - NR2

波长

吸收值

OH O- NH2+NH3

benzene phenol phenolate ion aniline anilinium ion 255nm 270nm 287nm 280nm 254nm

OH O- NH2+NH3

benzene phenol phenolate ion aniline anilinium ion 255nm 270nm 287nm 280nm 254nm

OH O- NH2+NH3

benzene phenol phenolate ion aniline anilinium ion 255nm 270nm 287nm 280nm 254nm

OH O- NH2+NH3

benzene phenol phenolate ion aniline anilinium ion 255nm 270nm 287nm 280nm 254nm

•（ 3 ）蓝移（紫移）•指由于化合物的结构改变或受溶剂影响等，使吸收峰向短波方向移动的现象。

•（ 4 ）蓝（紫）基团•使某化合物的最大吸收波长向短波方向移动的基团。

•例 : -CH 2 - -CH2CH3 -OCOCH3

4. 增色效应：由于化合物结构改变或其它原因，使吸收强度增加现象。

5. 减色效应：当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的摩尔吸光系数带 max减小，即吸收带强

度降低的现象。

•9.1.3 、常见有机化合物紫外 - 可见吸收光谱•由由→→ * 、、→→ * 、 n→ σ* 、 n→π*及电荷迁移跃迁产生。

•1. 饱和烃及其取代衍生物

•跃迁类型： * 跃迁：饱和烃的跃 max小于 150nm

• n→σ* 跃迁： CH3Cl ： 173

• CH3Br ： 204

• CH3I ： 258nm

•化合物的用途：用于测定紫外和（或）可见吸收光谱的溶剂

水 190nm 乙醇 210nm

正已烷 195nm 环已环 210nm

• 2. 不饱和烃及共轭烯烃• 键的类型：键键 +π 键• 跃迁类型：：迁类 * 和和迁类 *

• 例：乙烯： ：乙 * 跃迁，

λmax=185 nm

λmax=217 nm

λmax=258 nm

CH2 CH2

CH2 CH CH CH2

CH2 CH CH CH CH CH2

• 3. 羰基化合物• 跃迁类型：：迁类 * 、 n→σ* 、 n→π* 三个吸收带

• 例： C = O : n → π*: 270~290nm

• R 吸收带： n→π* 吸收带

• 特 点： 强度弱 <100 L·mol -1 ·cm-1

• eg ：丙酮 276nm (弱带） n → π*

• 190nm （强度较大） n → σ*• 150nm ( 强度更大） *

4. 苯及其衍生物

苯：三个吸收带，由苯：三 * 跃迁引起的。

E 1带： 185nm ， =47 000 L·mol -1 ·cm-1

• 产生的原因 ：苯环内乙烯键上的电子被激发，

• 无振动

E 2带： 204nm ， =7 900 L·mol -1 ·cm-1

• 产生的原因 ：由苯环的共轭二烯所引起。

• 有低分辨率的振动结构。

• B 带（精细结构 -fine structrue ）： 230~270nm ε=200 L·mol -1 ·cm-1

• 产生的原因：这是由于振动跃迁在基态电

子上的

• 跃迁上的叠

加而引起的。

• 在极性溶剂

中，这些精细结构消失。

• 取代苯：不同的取代基团对吸收产生影响。

9.1.4.9.1.4. 无机化合物的电子光谱无机化合物的电子光谱 11.. 电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁 ：与有机物类似，电子从给予体向与：与有机物类似，电子从给予体向与

接受体相联系的轨道上跃迁，发生在接受体相联系的轨道上跃迁，发生在

近紫外线区与可见光区之间。近紫外线区与可见光区之间。

hvhv

hvhv

电子接受电子接受

体体电子给予电子给予

体体

MMn+____n+____LLb-b- MM(n-1)+____(n-1)+____LL(b-1)-(b-1)-

ClCl-- ____ ____(H(H22O)O)nn ClCl ____ ____(H(H22O)O)n n --

hvhvFeFe3+3+________OHOH--

hvhv[Fe[Fe3+3+________CNSCNS--]]2+2+

FeFe2+2+________OHOH

[Fe[Fe2+2+________CNS]CNS]2+2+

εεmaxmax≥10≥1044 ，是强吸收带，是强吸收带

2. 2. 配位体场跃配位体场跃迁迁

A. A. ff →f →f 跃迁跃迁

镧系镧系 ------ 4------ 4f f

锕系锕系 ------ 5------ 5f f

由于由于 f f 轨道被具有高量子轨道被具有高量子

数的外层轨道所屏蔽，受外界数的外层轨道所屏蔽，受外界

影响较小，并且不易受外层电影响较小，并且不易受外层电

子有关的键合性质的影响。 子有关的键合性质的影响。

εεmaxmax＜＜ 100100 ，是弱吸收带，是弱吸收带

因此，呈现窄带吸收因此，呈现窄带吸收

B. B. dd →d →d 跃迁跃迁

•其核心是对分子中电子共轭结构的影

响。

1.共轭效应

•当在一个分子中有多个生色团时，共轭

•原生色团的吸收带消失，新吸收带出现在较长的波长处，吸收强度增加

•无共轭作用：各吸收带位置相互影响小

•分子中有多个发色团（相同、不相同）

波长

吸收值

•9.1.5 影响紫外 - 可见吸收光谱因素

■ 原因：共轭体系的形成使分子的最高已占轨道能级升高 , 最低空轨道能级能量降低 . π→ππ→π ** 能量降低，共轭能量降低，共轭体系长 , π→ππ→π ** 能量差越小 , 长波移动 .

■例 :

1,3,5,7,9,11-十二烷基六烯

1,3,5,7,9-癸四烯

1,3,5,7-辛四烯

1,3,5-已三烯

1,3-丁二烯

乙烯

化合物

138,0003646

121,0003345

64,0003044

34,0002683

21,0002172

10,0001801

εmax/L/(mol⋅cm)

λmax/nm

n

K 吸收带——共轭体系的 π—π* 跃迁所产生的吸收带，

特点： ε>104 L·mol -1 ·cm-1， max =217nm-280nm

并且随共轭双键数的增加而产生红移和增色效应。

例：共轭烯烃和取代的芳香化合物可以产生这类谱带。

影响因素：共轭体系数目、位置、取代基种类

如：

乙烯： λmax185nm ，（ ε= 10 000 ）

CH2=CH-CH=CH2， λmax=217nm ，（ ε=21 000 ）。

• 2.助色效应• 取代基为含孤对电子，可使分子吸收红移； 

• 如： -NH2、 -OH 、 -Cl ， 

• 取代基为推电子基团，则使分子吸收蓝移。 

• 如： -R ， -OCOR ，

• 苯环或烯烃上的 H被各种取代基取代，多产生红移。

• 3. 超共轭效应• 烷基上的烷电子与共轭体系中的电电子共轭，使吸收

峰向长波方向移动，吸收强度增强。

—OH 270nm

■4. 溶剂的影响■溶剂效应：溶剂的极性的不

同引起某些化合物的吸收光

谱的红移或紫移。

■极性溶剂作用 : 影响吸收

的波长、强度、精细结构

•峰的形状改变：随溶剂极性

增加，吸收光谱变平滑，精

细结构消失；

•峰的位置改变：随溶剂极性

增加，增 * 红移 , n →π* 紫移

•例：极性溶剂中 , 振动精细

结构消失

• 溶剂极性增大

∀ π→π* 跃迁波长红移

• 溶剂极性增大

• n→π* 跃迁波长蓝移

水

结论：

在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。

与已知化合物紫外光谱作对照时注明所用的溶剂是否相同在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。

• 空间位阻、构象、跨环共轭引起红 / 蓝移 , 增 / 减色

• 空间位阻影响：由于立体位阻，妨碍共轭系统的形成，使吸收峰紫移。使 max减小。

反式 1,2-二苯乙烯

λmax295nm,

εmax27000

>C = C<>C = C<

顺式 1,2-二苯乙烯

λmax280nm,

εmax1050095% 乙醇中 cis-及 trans-偶氮苯的吸收光谱

5. 立体化学效应 (stereochemical)

跨环效应（ cross-ring effect ） :指两个发色基团虽不共轭，但由于空间的排列，使它们的电子云仍能互影响，， max和和 max改变

----指非共轭基团之间的相互作用 . 使共轭范围有所扩大

• 6. 体系 pH值的影响• 苯酚• A 在碱性溶液中， 红移到 235nm 和 287nm. • B 在酸性或中性水溶液中， 210.5nm及 270nm 吸收带；

270nm 287nm

B

A-OH -O-OH-

H+

9.2 紫外 - 可见光谱法的定量分析方法

2.2.1 光谱学定量基础

2.2.2 定量分析方法

2.2.3 光谱法定量分析的准确度、灵敏度及检测

限

2.2.4 分析条件的选择

• 一、光谱学定量基础• 1. 透射率与吸光度

• 当一束平行光（ I0 ）通过均匀的液体介质时，

• 光的 一部分被吸收（ Ia ），

• 一部分透过液（ It ），

• 一部分被器皿表面反射和待测物溶液散射（ I r）。

• I0= Ia + It +I r

• 因此，在样品测量时必须同时采用参比池和参比溶液扣除这些影响！

入射光强度

吸收光强度

反射光强度

透射强度

9.2.1 光谱学定量基础

• 透光率（ T% ）——透光率表示透过光强度与入射光强度的比值，用T 来表示，计算式为：

0I

IT t=

• 吸光度（ A ）——透光率的倒数的对数叫吸光度。用表示：

tI

I

TA 0lg

1lg ==

待测物的溶液对吸收波长的光的吸收程度可用透光率 T 和吸光度 A来表示。

• 当用一束强度为 Io的单色光垂直通过厚度为 l 、吸光物质

浓度为 c 的溶液时，溶液的吸光度正比于溶液的厚度 l 和溶液中吸光物质的浓度 c 的乘积。数学表达式为：

入射光强度

klcI

ITA ==−= 0lglg

透射率 比例系数透射光强度

物质浓度

介质厚度

吸光度

2 Lambert-Beer 定律

吸光系数

•当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度 A 与其浓度和液层厚度成正比，

•1. k ：比例系数

当浓度以 g/L 表示时，称 k 为吸光系数，以 a 表示，

当浓度以 mol/L 表示时，称 k 为摩尔吸光系数，以， 表示，

越大，表示方法的灵敏度越高。越 与波长有关。

klcA =

alcA =

lcA ε=

2.含意：大小可表示出吸光物质对某波长光的吸收本领（即吸收程度）。

• 3. 影响因素：吸光物质的性质、温度、溶液性质、入射波长

• 4. 吸收定律应用注意几点：

• （ 1 ）入射光为单色光；

• （ 2 ）溶液为稀溶液；

• （ 3 ）吸光度的加合性：吸收定律能够用于彼此不相互作用的多组分溶液。它们的吸光度具有加合性，且对每一组分分别适用，即：

• A总

= A1+ A2+ A3…+ An=ε1lc1+ε2lc2+ε3lc3…+εnlcn=

• （ 4 ）吸收定律对紫外光、可见光、红外光都适用 lci

n

ii∑ε

• 当 l 一定时， A 与 c 并不总是成正比，即偏离 L-B 定律！

• 原因：由样品性质和仪器决定。

• 1. 样品性质影响

• a. 待测物高浓度 -- 吸收质点间隔变小—质点间相互作用—对特定辐射的吸收能力发生变化 ---ε 变化；

• b.试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化；

• c. 溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；

• d.胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失。

4 偏离 L-B 定律的因素

• 2. 仪器因素

• 仪器因素包括光源稳定性以及入射光的单色性等。

• a ）入射光的非单色性：不同光对所产生的吸收不同，可导致测定偏差。

• b ）谱带宽度与狭缝宽度：

• 光是有一定波长范围的光谱带 ;

• 单色光的“纯度”与狭缝宽度有关。

9.3 紫外分析方法• 本节内容

• 1 定性分析 (qualitative analysis) 定性鉴别

• 纯度检查

• 杂质限量测定

• 2 结构分析

• 3 定量分析 (quantitative analysis) 单组分的定量

• 多组分的定量

• 化合物物理化学参数：

• 摩尔质量、配合物的配合比、稳定常数、酸、碱电离常数

9.3.1 定性分析

•UV 针对对象：不饱和共轭有机化合物

•2.3.1 定性鉴别

•1. 方法 1 （比较吸收光谱曲线法 ）

• 在相同的测定条件下，比较未知物与已知物的吸收光谱曲线，如果它们的吸收光谱曲线完全等同，则可以认为待测样品与已知化合物有相同的的生色团，有近似的结构。

•方法：

•① 利用标准物质或纯物质的吸收曲线比较

•② 利用标准谱图或光谱数据比较

•例： Sadtler Standard Spectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978.

谱图叠加比较谱图叠加比较

•2. 方法 2•确定吸收峰的位置

•当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，利用伍德沃德 （ Woodward-Fieser ）和斯科特 （ Scott ）经验规则求最大吸收波长，并与实测值对比。

•伍德沃德规则：它是计算共轭二烯、多烯烃及共轭烯酮类化合物 π—π* 跃迁最大吸收波长的经验规则。

•斯科特规则：是计算芳香族羰基化合物衍生物的最大吸收波长的经验规则。

• 3. 对比吸光度或吸光系数的比值：• 例 :药典规定 VB12定性鉴别 λ278,λ361,λ550三处最大吸收

，，

3.45-3.15 1.88-1.70550

361

278

361 ==A

A

A

A，

9.3.2 结构分析

• 确定一些化合物的构型和构象（见 2.1.5 影响紫外 - 可见吸收光谱因素）

• 1. 某些特征基团的判别

• 2. 共轭体系的判断

• 3. 异构体的判断

• -- 顺反异构体判别

• -- 互变异构体判别

9.3.3 定量分析

• 9.3.3 定量分析 ----Lambert-Beer law2. 单组份定量方法

• 1 ）标准曲线法

• 条件：浓度与吸光度关系符合 Lambert-Beer law

• 过程：

• 配制标准系列→固定条件→测定 A→ 绘 A-c 曲线

• 样品→同样条件→测定 A → 内插 c 或代入方程

cAKcA ∝⇒=

• 【例】 : • 芦丁含量测定 : 分别移取 0.200mg/mL 标样 0~5mL→

25mL, • 样品 3.0mg → 25mL

• 解 : • A = 0.0105c + 1.162• A=0.845, c=0.710mg/mL

• cx%=0.710/3.00x100=23.7%

0.491

0.400

3

0.240

0.200

2

0.000

0.000

1

0.8451.1560.9500.712吸光度

cx1.000.8000.600浓度

试样654

芦丁标准溶液曲线

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

c 浓度mg/25mL

A

• 2 ）标准对比法：

• 条件：未知液浓度与标液浓度相近；

• 符合朗伯比尔定律。

• 因使单个标准，误差因素较多。

标

标

c

Ak =

xx kcA =

标

样标样

标

样

标

样

A

Acc

A

A

c

c ×=⇒=

• 例：精密称取 B12样品 25.0mg ，用水溶液配成

100ml 。精密吸取 10.00ml ，又置 100ml 容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在 1cm 的吸收池中，于 361nm处测定吸光度为 0.507 ，求 B12的百分含量。

• 解 :

mLgmLgci /1045.2100/1045.21207

507.0 53 −− ×=×=×

=

mLgci /1050.2100

10

100

1050.2 52

−−

×=××=

98.0%%10001.502

102.45100%%

5-

-5

12 =×××=×=

样c

cB i

• 2. 多组分定量方法• （ 1） 解联立方程组的方法 :吸光度具有加合性。

• 测定同一试样中两个组分的含量

• 两组份 X 和 Y，（将其显色后），分别绘制吸收光谱：

1 ） X,Y 组份最大吸收波长不重迭，相

互不干扰，按两个单一组份处理。

x1

x11 λλελ A、测定⇒

y2

y22 λλελ A、测定⇒

x1

x1

xxx1

x1

λ

λλλ ε

ε AccA =⇒⋅= y

2

y2

yyy

2y

2λ

λλλ ε

ε AccA =⇒⋅=

2 ） y对 X组分测定不影响

在λ1处求 cx

求 cy

3） x,y 相互干扰，可通过解联立方程组

求得 X和 Y的浓度。

yy

xxyx lclcA

222 λλλ εε +=+

yy

xxyx lclcA

222 λλλ εε +=+

yy

xxyx lclcA

111 λλλ εε +=+

•解线性方程组法•等吸收双波长法•系数倍率法

• 【例】以分光光度法测定合金钢中的锰和铬。称取 1.000g钢样，溶解后稀释至 50.00mL ，将其中的 Cr氧化成Cr2O7

2-， Mn氧化成 MnO4-，然后在 440nm 和 545nm 用

1.0cm 吸收池测得吸光度值分别为 0.204 和 0.860 。已知ε440Mn = 95.0 L.mol-1cm-1， ε440Cr =369.0 L.mol-1cm-1,ε545Mn = 2.35×103 L.mol-1cm-1， ε545Cr = 11.0 L.mol-1cm-1。求此合金

钢中 Mn ， Cr 的质量分数。 (MMn=54.94 g.mol-1

MCr=52.00 g.mol-1)

• 根据吸光度的加合性列出联立方程

• A440=A440 Mn+A440

Cr=ε440Mn

l cMn++ε440Cr

l c

• A545=A545Mn +A545

Cr= ε 545Mn

l cMn++ε545Cr l c

• 0.204=95.0 × l× cMn+369.0 ×l×cCr

• 0.860=2.35 x 103 ×l × cMn+11.0 × l × cCr

• cMn=3.64×10-4 mol ·L-1

• cCr=4.59×10-4 mol ·L-1

• （ 2 ）双波长法

• 定量测定两混合物组分：等吸收波长法和系数倍率法。

• * 等吸收波长法 ( 等吸收点法）

• 等波长选择的基本条件：

• 干扰组分在这两个波长应具有相同的吸光度；

• 待测组分在这两个波长处的吸光度差值应足够大

• A1=A1a+A1b+A1s

• A2=A2a+A2b+A2s

• ΔA= A2-A1=(A2a -A1a)+(A2b-A1b)=(ε2b-ε1b)lcb

λ2 λ1

a

b

• 应用示例 :• 双波长法测定双嘧啶片中甲氧苄啶 (TMP) 的含量

• 双嘧啶主要含 TMP 和磺胺嘧啶（ SD ）

• 选择：

• λ2=274nm （为测定波长），

• λ1=308nm （为参比波长）。

• 4. 导数光谱法（ 1953 年提出， 80 年代起引人注目）

• 1 ）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法

。

• 导数光谱的波形特征： Gauss 曲线表示光谱

• 2 ）目的：解决干扰物质与被测物质吸收光谱重叠，

• 消除胶体和悬浮物散射影响和背景吸

收，

• 提高分辨率

• 3 ）原理：将 A=εl c 对波长进行 n次求导。

• 结论： 1阶导数信号与浓度成正比。

• 2阶、 3阶… .n 阶导数信号亦与浓度成正比。

•

lcd

d

d

Adn

n

n

n

λε

λλλ =

cLd

d

d

Ad

cLd

d

d

Ad

cLd

d

d

Ad

cLd

d

d

dA

cLA

4

4

4

4

3

3

3

3

2

2

2

2

λε

λ

λε

λ

λε

λ

λε

λ

ε

=

=

=

=

=• 3 ）特点：

• 随导数阶数的增加，

• 峰形越来越尖锐，

• 灵敏度提高 , 分辨率高。

• 同时把噪声也放大了

吸收光谱曲线及其 1至 4阶导数光谱

应用示例• 废水中苯胺和苯酚的含量测定

• 图中， AλC、 A λD正比于苯酚的浓度， AλF 、 AλN 正比于苯胺浓度。利用标准曲线法，可分别测出废水中苯酚和苯胺的浓度。

三、光谱法定量分析的准确度、灵敏度及检测限

• 光谱法的准确度

• 光谱法的灵敏度

• 光谱法的检测限

准确度、灵敏度及检测限

不同的透光度读数，产生的误差大小不同：

－ lgT=εbc

微分：－ dlgT＝－ 0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =εb dc

两式相除得：

dc/c = （ 0.434 / TlgT ） dT

以有限值表示可得：

Δc/c = （ 0.434/TlgT ） ΔT

浓度测量值的相对误差（ Δc/c ）不仅与仪器的透光

度误差 ΔT 有关，而且与其透光度读数 T 的值也有关。

是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？

最佳读数范围与最佳值 设： ΔT =1% ，则可绘出溶液浓度相

对误差 Δc/c 与其透光度 T 的关系曲线

。如图所示：

当： ΔT =1% ， T 在 10% ～ 70%

之间时浓度相对误差较小，最佳读数

范围。

可求出浓度相对误差最小时的透光度 Tmin 为：

Tmin＝ 36.8%, Amin＝ 0.434

用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在 T %=10 ～ 70%

( 吸光度 A =1.00 ～ 0.15) 。

9.4 分析条件的选择（实验）

9.4.1 仪器测量条件

9.4.2 反应条件选择

9.4.3 参比液选择

9.4.4 干扰消除

9.5 紫外 - 可见光谱仪

紫外 -可见分光光度计主要组成部件

紫外 -可见分光光度计的类型

测定过程：

由光源发出的光，

经单色器获得一定波长单色

光照射到样品溶液，

被吸收后，

经检测器将光强度变化转变

为电信号变化，

并经信号指示系统调制放大

后，显示吸光度 A（或透射

比 T) 。

光源

λ1 、 λ2 、 λ3 、 …、 λn →分光系统

↓

λmax

↓

检测系统

光→电

↓

调制放大记录系统→显示 A

I0→样品池→ It

↓

2.5.1 紫外 - 可见分光光度计主要组成部件

光源 分光系统 样品池 检测系统 记录系统

1. 光源：提供入射光的元件。

白炽光源 : 热辐射光源：可见光区， 340-2 500nm

• 影响因素：灯电压

• 如 钨丝灯和卤钨灯；

气体放电光源 : 气体放电发光光源：紫外光区， 375-160 nm 。

• 如 氢灯和氘灯 ( 功率大 3-5倍 ) 。

2. 分光系统：将来自光源的光按波长的长短顺序分散为单色光，并能随意调节所需波长光的一种装置。

• 紫外 - 可见分光光度计测定范围： 185 nm～

• 3 000nm棱 镜：由玻璃或石英制成，不同由 的光有不同

的折射率。但光谱疏密不均 。

光 栅：由抛光表面密刻许多平行条痕（槽）而制成，利用光的衍射作用和干扰作用使不同 的光有不同的方向，起到色散作用。（光栅色散后的光谱是均匀分布的）

入射狭缝准光器 色散元件、

聚焦元件出射狭缝

入射狭缝 准光器 色散元件 聚焦元件 出射狭缝

透镜或凹面反射镜使入射光成平行光

棱镜和光栅

• 3. 吸收池• 功用：用于盛放分析试样。

• 材料：石英：可见光区及紫外光区。

• 玻璃：可见光区。

• 注意：光学面垂直于光束方向

• 吸收池配对

• 4. 检测器：将接受到的光信号转变成电信号的元件。

• 功能：测量单色光透过溶液后光强度变化。

• 要求：灵敏度高 , 响应时间短，线性好、噪音低，稳定。

• 类型：光电管、光电倍增管、光电二极管阵列

吸收池

• 5. 信号指示系统作用 : 信号处理并以适当方式指示或记录下来。

• 放大检测器的输出信号，

• 把信号由直流变为交流或相反，

• 改变信号的相位，滤去不需要成分，

• 执行某些信号的数学运算。

装置 : 模拟技术和光计数技术

• 直读检流计、数字显示、自动记录装置等。

• 微处理机：操作控制；数据处理。

• 按其光学系统可分为

• 单光束分光光度计

双光束分光光度计

双波长分光光度计

多道分光光度计

光导纤维探头式分光光度计

2.5.2 紫外 - 可见分光光度计的类型

一束经过单色器的光，轮流通过参比溶液和试样溶液，进行吸光度的测定。

•例： 722型、 751型、英国 SP500型•特点：常规分析，结构简单，操作方便，维修容易。适于在给定波长处测量吸光度或透光度，不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性

•缺点： A 受电源波动影响较大

信号记录处理系统

单色器

检测器 光源

吸收池

1. 单光束分光光度计（ single beam spectrophotometer ）

碘

单光束分光光度计光路图

2. 双光束分光光度计（ double beam spectrophotometer ）

通过一个快速转动的扇形镜将经单色器的光一分为二，然后用另一个扇形镜将脉冲辐射再结合进入换能器。即两光束同时分别通过参照池和测量池

• 特点：消除、补偿光源和检测器的不稳定。精确度高。

信号记录处理系统

吸收池

单色器

吸收池

检测器

由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两个不同的单色光（ λ1、 λ2），它们交替地照射

同一溶液，然后经过光电倍增管和电子控制系统。得到的信号是两波长处吸光度之差 ΔA,

•ΔA =Aλ2 -Aλ1

单色器

单色器 切光器

吸收池

λ 1

λ 2

检测器

3. 双波长分光光度计（ double wavelength spectrophotometer ）

光源

11

1

1

0lg BAlcI

IA ∆+== λ

λλ ε

22

2

2

0lg BAlcI

IA ∆+== λ

λλ ε

lcAAI

IA )(lg

1212

2

1

λλλλλ

λ εε −=−==∆

结论：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、 可作成导数光谱、不需

参比液、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高、选

择性高 。化学反应动力学研究

• 光源→复合光 -样品池→全息光栅色散→单色光→光

二极管阵列接收→ 190-900nm→ 全波长的吸收光谱

• 特点：

• 快速反应动力学研究

• 多组分混合物分析

• 检测器。

4. 多通道分光光度计（ multichannel spectrophotometer ）

检测器二极管阵列（ CCD）

多色仪

5. 光导纤维探头式分光光度计（ optical fiber probe-type spectrophotometer ）

• 一种用光导纤维传输检测光强的分光光度计（探测器

）

• 特征：沿光线传播的方向依次为入射狭缝、凹面光栅

、光导纤维及探测器，光纤支架支承并固定光导纤维

的入射端，光导纤维的出射端连接探测器。经过凹面

光栅的衍射，各波长的出射光线由光导纤维传输到探

测器上，再由探测器检测出各个波长的光强度。经过

凹面光栅的衍射，各波长的出射光线由光导纤维传输

到探测器上，再由探测器检测出各个波长的光强度。

• 优点：免除阵列探测器的使用，节省费用，降低成本

；省去探测器精确定位的麻烦，便于调试和维修；探

测器的安装位置可以不固定，为设计和安装带来很大

的方便。

本章小结• 9.1 紫外 - 可见吸收光谱

• 9.2 lambert-Beer 定律

• 9.3 紫外 - 可见分光光度计法的应用

• 9.4 分析条件的选择

• 9.5 紫外 - 可见分光光度计