5.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：
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)。6.导数光谱法1）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。导数光谱是
解决干扰物质与被子测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提
高光谱分辨率的一种数据处理技术。2）原理：已知，
对波长求一阶导数，得控制仪器使I0在整个波长范围内保持恒定，即dI0/d?=0，则可见，一阶导数信号与
浓度成正比。同样可得到二阶、三阶….n阶导数信号亦与浓度成正比。随导数阶数的增加，峰形越来越尖锐
，因而导数光谱法分辨率高（右图）。吸收峰数为：导数阶数+1，即n+110ppm苯的乙醇液1ppm苯的乙醇液
纯乙醇1ppm苯的乙醇溶液，一阶导数光谱基本光谱1ppm苯的乙醇溶液，四阶导数光谱选择性及灵敏度均提
高（苯的导数信号）3）导数峰高测量方法测量方法有三，如下图：正切法：相邻峰(极大或极小)切线中
点至相邻峰切线(极小或极大)的距离d；峰谷法：两相邻峰值(极大或极小)间的距离p1或p2；峰零法：极值峰至零线间的距离。7
.配合物组成和稳定常数测定1）摩尔比法(饱和法)设配合物的显色反应为：具体做法：固定cM，增加cR，并测定一系列MRn的吸
光度A，以cR/cM比值对A作图，得如图所示曲线。其中，曲线拐点处对应的值为配合比n。
设MRn电离度为?，则2）等摩尔连续变化法(Job法)
具体做法：保持cR+cM=c恒定，但改变cM与cR的相对比例，若以cM/c对吸光度A作图，当达最大吸光度时cM/cR之比即为配
位比。由两曲线外推的交点所对应的cM/c亦可得出配位比。若比值为0.5，则配位比n为1:1；若比值为0.33，则配位比n为1:2…
…或者n=(1-cM/c)/(cM/c)
设cM/c=f，则
该法适于离解度小、配合比低的配合物组成测定。00.20.40.60.81.
0A’AAcM/c8.弱酸离解常数的测定设有一元弱酸HB，其离解反应如下：若测出[B-]
和[HB]，即可求出Ka。测定时，配制三份不同pH值的溶液。一份为强碱性，一份为强酸性，分别在B-和HB的最大吸
收波长处测定吸光度，求出各自的摩尔吸光系数。第三份为已知pH值的缓冲溶液，分别在B-和HB的最大吸收波长处测得总
吸光度，解联立方程求得[B-]和[HB]，然后按前式求出pKa或Ka。资料源自网络第二章紫外-可见分光光度法(Ul
travioletandVisibleSpectrophotometry,UV-Vis)?2.1紫外-可见吸收光谱
2.2吸收光谱的测量-----Lambert-Beer定律2.3紫外-可见光度计仪器组成2.4分析条件选择2
.5UV-Vis分光光度法的应用UV-Vis方法是分子光谱方法，它利用分子对外来辐射的吸收特性。UV-Vis涉及分子
外层电子的能级跃迁；光谱区在160~780nm.UV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光谱(UV)为四大波谱之一，是鉴定
许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。2.1紫外-可见吸收光谱一、分子吸收光谱的形成1.过
程：运动的分子外层电子--------吸收外来外来辐射------产生电子能级跃迁-----分子吸收谱。2.能级组成：除了电子
能级(Electronenergylevel)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)
能级和转动(Rotation)能级的跃迁！据量子力学理论，分子的振-转跃迁也是量子化的或者说将产生非连续谱。因此，分子的能量变化?
E为各种形式能量变化的总和：其中?Ee最大：1-20eV;?Ev次之：0.05-1eV;?Er最小：?0.05eV
可见，电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大1~2个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转能级的跃迁，形成所谓的
带状光谱。不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收
不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸
收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，据吸收曲
线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构。?-胡罗卜素咖啡因阿斯匹林丙酮几种有机化合物的分子吸收光谱图。
有机分子能级跃迁1.可能的跃迁类型有机分子包括:成键轨道?、?；反键轨道?、?非键轨道n
C????H??H??Ooooo?=??=?o=n二、分子吸收光谱跃迁类型各轨道能
级高低顺序：????n????；可能的跃迁类型：?-?；?-?；?-?；n-?；?-?；n-??-?：C-
H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于真空紫外区；?-?和?-?
跃迁：尽管所需能量比上述?-?跃迁能量小，但波长仍处于真空紫外区；n-?：含有孤对电子的分子，如H
2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl(173nm);CH3I(258nm)；(C
H3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)CH3NH2(215nm)；(CH3)3N
(227nm)，可见，大多数波长仍小于200nm，处于近紫外区。以上四种跃迁都与?成键
和反键轨道有关（?-?，?-?，?-?和n-?），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因而在此不加讨论。
只有?-?和n-?两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。
2.几个概念：生色团（Chromogenesisgroup）：分子中含有非键或?键的电子体系，能吸收外
来辐射时并引起n-?和?-?跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。助色团（Auxochromousgroup
）：含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。红移或蓝移（Red
shiftorblueshift）：在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向（红移）或
短波方向移动（蓝移）的现象。那么促使分子发生红移或蓝移的因素有哪些呢？1）共轭体系的存在----红移如CH2
=CH2的?-?跃迁，?max=165~200nm；而1,3-丁二烯，?max=217nm2）异构现象：使异构物光谱出现差异。
如CH3CHO含水化合物有两种可能的结构：CH3CHO-H2O及CH3CH(OH)2;已烷中，?max=290nm
，表明有醛基存在，结构为前者；而在水溶液中，此峰消失，结构为后者。3）空间异构效应---红移如CH3I(258nm
),CH2I2(289nm),CHI3(349nm)4）取代基：红移或蓝移。取代基为含孤对电子，如-NH2、-
OH、-Cl，可使分子红移；取代基为斥电子基，如-R，-OCOR，则使分子蓝移。苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多
产生红移。5）pH值：红移或蓝移苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带；而在碱性溶液中，
则分别红移到235nm和287nm（p-?共轭）.6）溶剂效应：红移或蓝移由n-?跃迁产生的吸收峰，随溶剂
极性增加，形成H键的能力增加，发生蓝移；由?-?跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，激发态比基态能量有更多的下降，发生红移。
随溶剂极性增加，吸收光谱变得平滑，精细结构消失。无机物分子能级跃迁一些无机物也产生紫外-可见吸收光
谱，其跃迁类型包括p-d跃迁或称电荷转移跃迁以及d-d,f-f跃迁或称配场跃迁。1.电荷转移跃迁(Charge
transfertransition)一些同时具有电子予体(配位体)和受体(金属离子)的无机分子，在吸收外来辐射
时，电子从予体跃迁至受体所产生的光谱。?max较大(104以上)，可用于定量分析。2.配场跃迁(Ligandfi
eldtransition)过渡元素的d或f轨道为简并轨道(Degenerationorbit)
，当与配位体配合时，轨道简并解除，d或f轨道发生能级分裂，如果轨道未充满，则低能量轨道上的电子吸收外来能量时，将会跃迁到高
能量的d或f轨道，从而产生吸收光谱。吸收系数?max较小(102)，很少用于定量分析；多用于研
究配合物结构及其键合理论。无配场八面体场四面体场平面四面形场d轨道电子云分布及在配场下的分裂示意图2.2
吸收光谱的测量-----Lambert-Beer定律一、?几个术语当强度为I0的入射光束(Incide
ntbeam)通过装有均匀待测物的介质时，该光束将被部分吸收，未被吸收的光将透过(Emergent)待测物溶液以及通过散射(S
cattering)、反射(Reflection),包括在液面和容器表面的反射)而损失，这种损失有时可达10%，那么，I0=Ie
+Is+Ir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！二、Lambert-Beer定律
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，即k为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长
有关。?当浓度以g/L表示时，称k为吸光系数，以a表示，即?当浓度以mol/
L表示时，称k为摩尔吸光系数，以?表示，即?比a更常用。?越大，表示方法的灵敏度越高。?与波长有关，因此，?
常以??表示。三、偏离L-B定律的因素样品吸光度A与光程b总是成正比。但当b一定时，A与
c并不总是成正比，即偏离L-B定律！这种偏离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---?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。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。假设入射光由测量波长?x和干扰?i波长组成，据Beer定律，溶
液对在?x和?i的光的吸光度分别为：综合前两式，得?当?x=?i时，或者说当?x=?i时，有A=?xbc,符合
L-B定律；?当?x??i时，或者说当?x??i时，则吸光度与浓度是非线性的。二者差别越大，则偏离L-B越大；?
当?x>?i，测得的吸光度比在“单色光”?x处测得的低，产生负偏离；反之，当?x度与狭缝宽度：“单色光”仅是理想情况，经分光元件色散所得的“单色光”实际上是有一定波长范围的光谱带(即谱带宽度)。单色光的“纯度”
与狭缝宽度有关，狭缝越窄，它所包含的波长范围越小，单色性越好。2.3紫外-可见光度计仪器组成紫外-可见光度计仪器
由光源、单色器、吸收池和检测器四部分组成。一、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。1.
钨及碘钨灯：340~2500nm，多用在可见光区；2.氢灯和氘灯：160~375nm，多用在紫外区。二、单色器(Mnoc
hromator)与原子吸收光度仪不同，在UV-Vis光度计中，单色器通常置于吸收池的前面！（可防止强光照射引起吸
收池中一些物质的分解）三、吸收池(Cell，Container)：用于盛放样品。可用石英或玻璃两种材料制作，前者
适于紫外区和可见光区；后者只适于可见光区。有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。四、检测器：硒光电池、PMT、PDA二、紫外可见光度
计仪器分光光度计分为单波长和双波长仪器。1.单波长分光光度计单光束双光束（空间分隔）双光束（时间
分隔）特点：因光束几乎同时通过样品池和参比池，因此可消除光源不稳产生的误差。光源检测器单色器单色器切
光器吸收池双波长分光光度计示意图2.双波长分光度计通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差?A。
?SB1和?SB2分别为在?1和?2处的背景吸收，当?1和?2相近时，背景吸收近似相等。二式相减，得这表明，试样溶液浓度与
两个波长处的吸光光差成正比。特点：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液(消除了由于参比池的不同和制备空白溶液
等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。3.分光光度计的校正当光度计使用一段时间后其波长和吸
光度将出现漂移，因此需要对其进行校正。波长标度校正：使用镨-钕玻璃（可见光区）和钬玻璃（紫外光区）进行校正。
因为二者均有其各自的特征吸收峰。吸光度标度校正：采用K2CrO4标准液校正（在25oC时，于不同波长处测
定0.04000g/L的KOH溶液（0.05mol/L）的吸光度A，调整光度计使其A达到教材P31中表2.1所列的
吸光度。2.4分析条件选择一、仪器测量条件由于光源不稳定性、读数不准等带来的误差。当分析高浓度的样品时，误
差更大。由L-B定律：微分后得：将上两式相比，并将dT和dc分别换为?T和?c，得
当相对误差?c/c最小时，求得T=0.368或A=0.434。即当A=0.434时，吸光度读数误差最小！
通常可通过调节溶液浓度或改变光程b来控制A的读数在0.15~1.00范围内。二、反应条件选择显色剂的选择原则：
使配合物吸收系数?最大、选择性好、组成恒定、配合物稳定、显色剂吸收波长与配合物吸收波长相差大等。2.显色剂用量：
配位数与显色剂用量有关；在形成逐级配合物，其用量更要严格控制。3.溶液酸度：配位数和水解等与pH有关。4
.显色时间、温度、放置时间等。三、参比液选择溶剂参比：试样组成简单、共存组份少（基体干扰少）、显色剂不吸收时，直
接采用溶剂（多为蒸馏水）为参比；2.试剂参比：当显色剂或其它试剂在测定波长处有吸收时，
采用试剂作参比（不加待测物）；3.试样参比：如试样基体在测定波长处有吸收，但
不与显色剂反应时，可以试样作参比（不能加显色剂）。四、干扰消除1.控制酸度
：配合物稳定性与pH有关，可以通过控制酸度提高反应选择性，副反应减少，而主反应进行完全。如在0.5MH2SO4介质
中，双硫腙与Hg2+生成稳定有色配合物，而与Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等离子生成的有色物不稳定。2.选择掩蔽剂3
.合适测量波长4.干扰物分离5.导数光谱及双波长技术2.5UV-Vis分光光度法的应用一、定
性分析1.制作试样的吸收曲线并与标准紫外光谱对照；2.利用Woodward-Fieser和Scott经验规则求最大吸收波
长。即，当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，可通过此类规则估算最大吸收波长并与实测值对比。Woodwa
rd-Fieser规则Woodward-Fieser规则估算最大吸收波长的几个实例：四二、定量分析1.单组份定量方法1
）标准曲线法（略）2）标准对比法：该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为cs的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸
收系数k，然后由Ax=kcx求出cx该法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律，且cx与cs大致相当时，才可得到准确结果
。2.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。3.双波
长法---等吸收点法当混合物的吸收曲线重迭时，如右下图所示，可利用双波长法来测定。具体做法：将a视为干扰组份，
现要测定b组份。a)?分别绘制各自的吸收曲线；b)?画一平行于横轴的直线分别交于a组份曲线上两点，并与b组分相交；c)?以交于a上一点所对应的波长?1为参比波长，另一点对应的为测量波长?2，并对混合液进行测量，得到：A1=A1a+A1b+A1sA2=A2a+A2b+A2s若两波长处的背景吸收相同，即A1s=A2s二式相减，得，?A=(A2a-A1a)+(A2b-A1b)由于a组份在两波长处的吸光度相等，因此，?A=(A2b-A1b)=(?2b-?1b)lcb从中可求出cb同理，可求出ca.4.系数倍率法情况同上。但其中一干扰组份b在测量波长范围内无吸收峰时，或者说没有等吸收点时可采用该法。具体做法：同前法可得到下式，A1=A1a+A1bA2=A2a+A2b两式分别乘以常数k1、k2并相减，得到，S=k2(A2a+A2b)-k1(A1a+A1b)=(k2A2b-k1A1b)+(k2A2a-k1A1a)调节信号放大器，使之满足k2/k1=A1b/A2b，则S=(k2A2a-k1A1a)=(k2?2-k1?1)lca因此，差示信号只与ca有关，从而求出ca。同样可求出cb。 |
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