第 二 章 分 光 光 度 法
Ultravilet-Visible Spectrometry
研究物质在 紫外、可见光区 的 分子吸收光谱 的分析方法称为紫外 -可见分光光度法。
紫外 — 可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收 200 ~ 800 nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。
这种分子吸收光谱产生于 价电子和分子轨道上的电子 在 电子能级间的跃迁,广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。
2.1 分子吸收光谱的产生电子能级振动能级转动能级在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，
还有核间相对位移引起的 振动 和 转动 。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。
下图为 分子的能级示意图 。
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.1 常用术语生色团,能吸收 UV-VIS的原子团或结构系统 。
助色团,本身不吸收,但使生色团的吸收峰向长波方向移动,并增加其吸收强度 。
红 移,某些化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团后,吸收的最大波长向 长波 移动,
这种效应称红移效应,这些基团称 向红团 。
兰 移,某些发色团的碳原子端引入一些取代基后，吸收的最大波长向 短波 方向移动。这种效应称兰移效应，这些基团称 向兰团 。
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.2 能产生 UV-VIS光谱的电子类型
A,形成单键的?电子 — 原子中的 S,Px
B,形成双键的?电子 — 原子中的 Py,Pz电子
C,未成键的 n电子 — 原子中的孤对电子
C
O
o o
o o
=?
=?
o= n
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.3 主要讨论的跃迁类型
A,n?* 远紫外 — 近紫外区
B,n?* 近紫外 — 可见光区
C,* 近紫外 — 可见光区
D,电荷转移跃迁 近紫外 — 可见光区内氧化
— 还原过程,使波长增长
E、配位体场吸收 可见光区
（ d d 跃迁）
2.2 有机化合物的电子光谱在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主要由*,*,n*、
n*及 电荷迁移跃迁 产生。无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁（即 d— d跃迁和 f— f跃迁）产生。
各种电子跃迁相应的吸收和能量示意图能量
/nm
*反键轨道
*反键轨道
n非键轨道
成键轨道
成键轨道
*
*
*
n
*
*
n
*
200 300 400
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.4 光的吸收定律朗伯定律 A = logI0/It = 2-logIt = KL
当 入射光强度 和 溶液浓度 一定时，溶液的吸光度 与 溶液的厚度 成正比。
比尔定律 A =?bc (A = abc)
当 入射光强度 和 溶液层厚度 一定时，溶液的 吸光度 与 溶液的浓度 成正比。
2.3 分光光度计紫外 -可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。
光源 单色器 吸收池 检测器 读出
2.3 分光光度计
2.3.1 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 。
分光光度计中常用的光源有 热辐射光源 和 气体放电光源 两类 。 热辐射光源用于可见光区 。
A,白炽光源：钨灯,碘钨灯波长,320-2500nm
B、气体放电光源：氢灯、氘灯波长,200-350nm
2.3 分光光度计
2.3.2 单色器单色器一般由入射狭缝,准光器 （ 透镜或凹面反射镜使入射光成平行光 ）,色散元件,聚焦元件和出射狭缝等几部分组成 。 其 核心部分是色散元件,起分光的作用 。
色散元件,棱镜 或 光栅,使不同波长的光以不同角度传播 。
构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。
入射狭缝 准直镜 物镜棱镜焦面出射狭缝
f
入射狭缝准直镜光栅物镜出射狭缝
f
其中最主要的分光原件为棱镜和光栅
2.3 分光光度计棱镜 有 玻璃 和 石英 两种材料。它们的 色散原理 是依据 不同的波长 光通过棱镜时有 不同的折射率 而将不同波长的光分开。
由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于 350 - 3200 nm的波长范围，即只能用于可见光域内。
石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从 185
- 4000nm，即可用于 紫外、可见和近红外 三个光域。
2.3 分光光度计光栅 是利用光的 衍射 与 干涉 作用制成的，它可用于 紫外、可见及红外光域,而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。
它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。
缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。
2.3 分光光度计光栅 分为 透射光栅 和 反射光栅,常用的是 反射光栅 。 反射光栅又可分为 平面反射光栅 （ 或称闪耀光栅 ） 和 凹面反射光栅 。
光栅原理,
A 衍射角与入射波长有关
B 分辨率与光栅刻度成正比
C 亮度随光栅上的总条纹数增加而增加。
2.3 分光光度计闪耀光栅,利用光栅槽面的平面反射作用，
使衍射光集中到某一角度范围内，因而在某一角度观察时，可得到特别明亮的光谱。适当选择线角度，可使闪耀角定向到所需的光域。
2.3 分光光度计
2.3.3 吸收池比色皿,玻璃 （可见）
石英 （可见、紫外）
为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向 。
2.3 分光光度计
2.3.4 检测器将 光信号 转化成 电信号 --光电管,光电倍增管,
光伏电池
2.3.5 读出系统百分透光率 T%,吸光度 A
900V dc 90V
123456789 阳极 阴极石英封口读出装置
R
光电倍增管（ PMT）电路图
2.4 定量分析
A =?bc
值小时，须使被测物质与显色剂生成颜色较深的有色物质而进行测定。显色剂多为络合剂。
方法：
A,标准曲线法
B,多组分混合物的同时测定
C,差示分光光度法
y
y
x
xyx
y
y
x
xyx
lclcA
lclcA
222
111
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。
示差分光光度法测量原理：当试样中组份的浓度过大时,则 A值很大,会产生读数误差 。 此时若以一浓度略小于试样组份浓度作参比,则有：
Ax=ε Lcx(待测物浓度 ) As=ε Lcs(“空白,浓度 )
Δ A= Ax- As=ε L(cx-cs)= ε LΔ c
具体做法：以浓度为 cs的标准溶液调 T=100%或 A=0（ 调零 ）,
所测得的试样吸光度实际就是上式中的?A,然后求出?c,则试样中该组份的浓度为 (cs+?c)。
2.5 实验技术
A,吸收波长的选择：绘制吸收光谱图 。
B,比尔定律的范围,A = 0.2-0.8为佳,
测量误差小 。
C,吸收池的校正：同一组池相互间的吸光度差值?0.5%。 仪器的调整：波长的校正 。
D,试样的处理,显色混浊溶液引起散射,
正偏差,须过滤或离心 。
E,仪器操作
Ultravilet-Visible Spectrometry
研究物质在 紫外、可见光区 的 分子吸收光谱 的分析方法称为紫外 -可见分光光度法。
紫外 — 可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收 200 ~ 800 nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。
这种分子吸收光谱产生于 价电子和分子轨道上的电子 在 电子能级间的跃迁,广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。
2.1 分子吸收光谱的产生电子能级振动能级转动能级在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，
还有核间相对位移引起的 振动 和 转动 。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。
下图为 分子的能级示意图 。
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.1 常用术语生色团,能吸收 UV-VIS的原子团或结构系统 。
助色团,本身不吸收,但使生色团的吸收峰向长波方向移动,并增加其吸收强度 。
红 移,某些化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团后,吸收的最大波长向 长波 移动,
这种效应称红移效应,这些基团称 向红团 。
兰 移,某些发色团的碳原子端引入一些取代基后，吸收的最大波长向 短波 方向移动。这种效应称兰移效应，这些基团称 向兰团 。
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.2 能产生 UV-VIS光谱的电子类型
A,形成单键的?电子 — 原子中的 S,Px
B,形成双键的?电子 — 原子中的 Py,Pz电子
C,未成键的 n电子 — 原子中的孤对电子
C
O
o o
o o
=?
=?
o= n
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.3 主要讨论的跃迁类型
A,n?* 远紫外 — 近紫外区
B,n?* 近紫外 — 可见光区
C,* 近紫外 — 可见光区
D,电荷转移跃迁 近紫外 — 可见光区内氧化
— 还原过程,使波长增长
E、配位体场吸收 可见光区
（ d d 跃迁）
2.2 有机化合物的电子光谱在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主要由*,*,n*、
n*及 电荷迁移跃迁 产生。无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁（即 d— d跃迁和 f— f跃迁）产生。
各种电子跃迁相应的吸收和能量示意图能量
/nm
*反键轨道
*反键轨道
n非键轨道
成键轨道
成键轨道
*
*
*
n
*
*
n
*
200 300 400
2.2 有机化合物的电子光谱
2.2.4 光的吸收定律朗伯定律 A = logI0/It = 2-logIt = KL
当 入射光强度 和 溶液浓度 一定时，溶液的吸光度 与 溶液的厚度 成正比。
比尔定律 A =?bc (A = abc)
当 入射光强度 和 溶液层厚度 一定时，溶液的 吸光度 与 溶液的浓度 成正比。
2.3 分光光度计紫外 -可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。
光源 单色器 吸收池 检测器 读出
2.3 分光光度计
2.3.1 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 。
分光光度计中常用的光源有 热辐射光源 和 气体放电光源 两类 。 热辐射光源用于可见光区 。
A,白炽光源：钨灯,碘钨灯波长,320-2500nm
B、气体放电光源：氢灯、氘灯波长,200-350nm
2.3 分光光度计
2.3.2 单色器单色器一般由入射狭缝,准光器 （ 透镜或凹面反射镜使入射光成平行光 ）,色散元件,聚焦元件和出射狭缝等几部分组成 。 其 核心部分是色散元件,起分光的作用 。
色散元件,棱镜 或 光栅,使不同波长的光以不同角度传播 。
构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。
入射狭缝 准直镜 物镜棱镜焦面出射狭缝
f
入射狭缝准直镜光栅物镜出射狭缝
f
其中最主要的分光原件为棱镜和光栅
2.3 分光光度计棱镜 有 玻璃 和 石英 两种材料。它们的 色散原理 是依据 不同的波长 光通过棱镜时有 不同的折射率 而将不同波长的光分开。
由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于 350 - 3200 nm的波长范围，即只能用于可见光域内。
石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从 185
- 4000nm，即可用于 紫外、可见和近红外 三个光域。
2.3 分光光度计光栅 是利用光的 衍射 与 干涉 作用制成的，它可用于 紫外、可见及红外光域,而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。
它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。
缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。
2.3 分光光度计光栅 分为 透射光栅 和 反射光栅,常用的是 反射光栅 。 反射光栅又可分为 平面反射光栅 （ 或称闪耀光栅 ） 和 凹面反射光栅 。
光栅原理,
A 衍射角与入射波长有关
B 分辨率与光栅刻度成正比
C 亮度随光栅上的总条纹数增加而增加。
2.3 分光光度计闪耀光栅,利用光栅槽面的平面反射作用，
使衍射光集中到某一角度范围内，因而在某一角度观察时，可得到特别明亮的光谱。适当选择线角度，可使闪耀角定向到所需的光域。
2.3 分光光度计
2.3.3 吸收池比色皿,玻璃 （可见）
石英 （可见、紫外）
为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向 。
2.3 分光光度计
2.3.4 检测器将 光信号 转化成 电信号 --光电管,光电倍增管,
光伏电池
2.3.5 读出系统百分透光率 T%,吸光度 A
900V dc 90V
123456789 阳极 阴极石英封口读出装置
R
光电倍增管（ PMT）电路图
2.4 定量分析
A =?bc
值小时，须使被测物质与显色剂生成颜色较深的有色物质而进行测定。显色剂多为络合剂。
方法：
A,标准曲线法
B,多组分混合物的同时测定
C,差示分光光度法
y
y
x
xyx
y
y
x
xyx
lclcA
lclcA
222
111
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。
示差分光光度法测量原理：当试样中组份的浓度过大时,则 A值很大,会产生读数误差 。 此时若以一浓度略小于试样组份浓度作参比,则有：
Ax=ε Lcx(待测物浓度 ) As=ε Lcs(“空白,浓度 )
Δ A= Ax- As=ε L(cx-cs)= ε LΔ c
具体做法：以浓度为 cs的标准溶液调 T=100%或 A=0（ 调零 ）,
所测得的试样吸光度实际就是上式中的?A,然后求出?c,则试样中该组份的浓度为 (cs+?c)。
2.5 实验技术
A,吸收波长的选择：绘制吸收光谱图 。
B,比尔定律的范围,A = 0.2-0.8为佳,
测量误差小 。
C,吸收池的校正：同一组池相互间的吸光度差值?0.5%。 仪器的调整：波长的校正 。
D,试样的处理,显色混浊溶液引起散射,
正偏差,须过滤或离心 。
E,仪器操作
