《分析化學》(十)—紫外-可見分光光度法

主要根據李發美第七版教材和西安交通大學717藥學基礎綜合大綱整理的。

今天我們來學習第十章—紫外-可見分光光度法

定義：根據物質分子對波長紫外可見光區（200~700nm）這一範圍的電磁波的吸收特性所建立的光譜分析方法。基本原理：是根據化合物分子中價電子能級躍遷所產生的吸收強度與物質的濃度與液層厚度成正比，即朗伯-比爾定律。

①靈敏度較高，一般為10^-7次方到10^-4次方g/mL；

②準確度較好，相對誤差一般在0.5%，

③儀器設備簡單，操作方便，分析速度較快。

4種躍遷所需能量依次是:σ→σ*>n→σ*≥π→π*>n→π*（根據示意圖記）

σ→σ*躍遷：

吸收峰波長小於150nm（遠紫外區），在紫外光譜中不出現，

n→σ*躍遷：

含雜原子飽和基團，如羥基，氨基，滷素原子等化合物屬於此類躍遷，

吸收峰波長在200nm左右。150-250nm（真空紫外區）

π→π*躍遷：

共軛的π→π*躍遷吸收峰波長大於200nm為強吸收(ξmax>10^4)，且供應鏈越長，躍遷所需能量降低，吸收峰長移越多。

n→π*躍遷：

含有雜原子不飽和基團，如羰基等化合物產生此類躍遷，

在紫外光區或可見光區有弱吸收，ξmax在10~100之間，

電荷遷移躍遷：

是指用電磁輻射照射化合物時，電子從給予體向接收體相聯繫的軌道上躍遷，吸收波長位置取決於電子給予體和接受體相應電子軌道的能量差。

最大特點是強度大，ξmax>10^4。

配位場躍遷：

在配體存在下，過渡元素d軌道和f軌道分裂，當吸收光能後，低能態的d電子或f電子向高能態的d軌道或f軌道躍遷，吸收一般位於可見區，吸收強度較小，ξmax>10^2。

吸收光譜（absorption spectrum）【10，15】

可以對照課本的圖來記憶，常考名詞解釋

又稱吸收曲線，是以波長λ為橫坐標，以吸光度A或透光率T為縱坐標所描繪的曲線。

吸收峰：

曲線上吸光度最大的地方，它對應的波長稱為最大吸收波長。

吸收谷：

峰與峰之間吸光度最小的部位，該處的波長稱為最小吸收波長。

肩峰：

在一個吸收峰旁邊產生一個曲折，對應的波長稱肩峰波長。

末端吸收：

再吸收曲線的短波長處呈現強吸收，而不成峰行的部分。

生色團（chromophore）：

是有機化合物分子結構中有π→π*或n→π*躍遷的基團，即能在紫外-可見光範圍內產生吸收的原子基團，如碳雙鍵，碳氧雙鍵，氮氮雙鍵，-NO2，碳硫雙鍵。

助色團（auxochrome）：

是指含有非鍵電子的雜原子飽和基團，當它們與生色團或飽和烷烴相連時，能使生色團或飽和烴的吸收峰向長波方向移動，並使強度增加的基團，如羥基，氨基，烷氧基，巰基，-氯

紅移(red shift)：

也稱長移，是由於化合物的結構改變（發生共軛，引入助色團）以及溶劑改變等，使吸收峰向長波方向移動的現象。

藍移(blue shift)：

也稱紫移或短移，是由於化合物的結構改變或受溶劑影響使吸收峰向短波方向移動的現象。

增色效應與減色效應：

由於化合物結構的改變或其他原因，使吸收強度增加，稱增色效應或濃色效應。

使吸收強度減弱，呈減色效應或淡色效應。

強帶和弱帶：

化合物的紫外-可見吸收光譜中，摩爾吸光係數值大於10^4的吸收峰稱為強帶，小於10^2的吸收峰稱為弱帶。

字有點醜，你們湊合看吧

位阻影響：

化合物中若兩個發色團能很好的處於同一平面上，產生共軛效應，可使吸收帶長移，但若兩個發色團由於立體位阻妨礙它們處於同一平面上，不易產生共軛，使吸收帶短移。

跨環影響：

有些β，γ不飽和酮中，由於適當的立體排列，使羰基氧的孤對電子和碳碳雙鍵的π電子發生作用，使相當於n→π*躍遷的R帶吸收長移，吸收強度最強。

溶劑效應：

極性溶劑不但使譜圖的精細結構全部消失，而且使π→π*躍遷吸收峰長移，使n→π*躍遷吸收峰短移，後者的移動一般比前者的移動大。

體系PH的影響：

體系PH無論對酸性，鹼性或中性物質都有明顯的影響。

定義：當一束平行的單色光通過均勻的非散射試樣時，試樣對光的吸收吸光度與試樣的濃度成正比。[說明：物質對單色光吸收的強弱與物質的濃度關係不確定，不能提供準確的定性定量信息]→朗伯比爾定律是光吸收的基本定律，是分光光度法定量分析的依據和基礎。

指在一定波長下，吸光物質在單位濃度及單位厚度時的吸光度。

在給定單色光，溶劑和溫度等條件下，吸收係數是物質的特性常數，表明物質對某一特定波長的吸收能力。

不同物質對同一波長的單色光，可有不同的吸收係數，吸光係數愈大，表明該物質的吸光能力愈強，測定的靈敏度愈高，所以吸收係數是定性和定量的依據。

吸收係數有兩種表示方式：

指在一定波長時，溶液濃度為1mol/L，厚度為1cm的吸光度。

指在一定波長時，100mL溶液中含被測物質1g，厚度為1cm的吸光度。

Δ摩爾吸光係數與百分吸光係數的關係：

注意：多練習一下課本中出現的例題，今年計算題考到了。

摩爾吸收係數ξ在光度分析中有什麼意義？如何求出ξ值？ξ值受什麼影響？

意義：當吸光物質的濃度為1mol/L和吸收層厚度為1cm時，吸光物質對某波長光的吸光度。

在適宜的低濃度時，測其吸光度A，然後根據朗伯比爾定律計算求得

ξ值受入射光的波長，吸光物質的性質，溶劑，溫度，溶液的組成，儀器靈敏度等因素的影響

化學因素：

溶液中溶質可因濃度改變而有離解，締合，與溶劑間的作用等原因而發生偏離比爾定律的現象；空白溶液選擇不當，不能使幹擾吸收完全消除。

可控制條件設法減免

光學因素：

非平行光，非單色光，雜散光，散射光和反射光（一般情況下可用空白對比補償）均可導致偏離比爾定律

透射率測量誤差：

暗噪音，散粒噪音（儀器噪音）均可導致偏離比爾定律

紫外可見分光度光度計的基本結構，主要部件及作用【17，18】

光源：

單色器：

吸收池：

檢測器：

訊號處理及顯示器：

作用是檢測信號強度的大小並以一定的方式顯示或記錄下來。

波長性能：

儀器顯示的波長數值與單色光的實際波長值之間的誤差：小於等於±0.3nm。重複使用同一波長，單色光實際波長的變動值，小於等於0.2nm，

透光率測量範圍：

儀器能測量透光率範圍0~300%（T），

吸光度性能：

儀器能測量吸光度範圍，-0.477~+3.00（A），以透光率測量值的誤差表示，透光率滿量程誤差為小於=±0.3%，同樣情況下重複測量透光率的變動性，小於等於±0.3%

解析度：

單色器分辨兩條靠近的譜線的能力

雜散光：

通常以側光訊號較弱的波長處所含雜散光的強度百分比為指標。

單光束分光光度計：

用鎢燈或氫燈做光源，從光源到檢測器只有一束單色光，儀器的結構比較簡單，對光源發

光強度的穩定性要求較高。

雙光束分光光度計：

雙光束光路是被普遍採用的光路。可以減免因光源強度不穩而引起的誤差，測量中不需要移動吸收池，可在隨意改變波長的同時記錄所測量的光度值，便於描繪吸收光譜。

雙波長分光光度計：

紫外分光光度法定性分析方法(應用1) 【08，18】

在相同條件下，將試樣與標準品化合物進行下列對比：

對比吸收光譜的一致性：

若兩者完全相同，則可能是同一化合物，若兩者有明顯差別，則肯定不是同一化合物

Δ利用紫外可憐分光光度法定性鑑別的依據及局限性：

主要依據：

多數有機化合物具有吸收光譜特徵(如吸收光譜形狀，吸收峰數目，各吸收峰的波長位置，強度和相應的吸光係數值等)。

局限性：

紫外吸收光譜一般只有一個或幾個寬吸收帶，曲線的變化不多，不同的化合物可能有很類似甚至雷同的吸收光譜，因此在用紫外吸收光譜數據或曲線進行定性鑑別時有一定的局限性。

紫外可見分光光度分析方法--純度檢查(應用2)【08，18】

雜質檢查

若在紫外光區化合物沒有明顯吸收，而雜質有較強吸收：在紫外光區掃描化合物光譜。若化合物在紫外光區有吸收，則有雜質存在。

若在紫外光區化合物有較強的吸收，而雜質在化合物吸收峰波長處無吸收或弱吸收：測定化合物的吸收光譜和吸收峰處的吸光係數。

若光譜變形，吸收係數減小，則有雜質存在。

若在紫外光區化合物有較強的吸收，而雜質在化合物吸收峰波長處比化合物吸收更強：測定化合物的吸收光譜和吸收峰處的吸光係數.

若光譜變形，吸光係數增大，則有雜質。

雜質的限量檢測：

若在紫外光區化合物沒有明顯吸收，而雜質有較強吸收：在雜質吸收峰波長處測化合物的吸光度值。

規定化合物的吸光度值不得超過允許的限量值。

若在紫外光區化合物有較強的吸收峰和谷，而雜質在化合物吸收峰波長處無吸收，在化合物吸收谷波長處有吸收：測定化合物吸收峰與吸收谷兩處的吸光度比值。

規定化合物吸光度比值不得低於最低允許值。

紫外可見分光光度單組分的定量分析方法(應用3)及優缺點：【08,18】

吸光係數法：

該方法簡單快速，但此法要求分光光度計單色器的解析度要足夠高，要注意儀器的校正和檢定，是否易造成朗伯比爾定律的偏高。

校正曲線法(工作曲線法)：

在相同條件下配製一系列不同濃度的標準溶液，在測量波長下測定其吸光度，描繪A-C吸收曲線，或求回歸方程。把試樣吸光度代入回歸方程或從A-C曲線求出試樣被測組分的濃度。此法即使入射光不純，但只要儀器的工作條件一致，A與C成線形或近似線性關係就可定量，此法操作繁瑣但實用。

對照法：

當A與C成線且具近似為零或不忽略不計時，可配一樣品溶液或一標準溶液，根據A標/A樣=C標/C樣，可求出樣品的濃度。此法要求在測定過程中測定條件與儀器的工作狀態要固定。在測定濃度範圍內，吸光度與濃度成一條過原點的直線或近似過原點的直線關係，未知試樣組份濃度與標準溶液濃度相近。

如何選擇紫外分光光度法單組份的測定波長，為什麼？【16】

紫外分光光度法單組分的測定選擇不受幹擾，峰頂較平緩的最大吸收波長做測量波長。

選擇溶劑時，組分的測定波長必須大於溶劑的截止波長。

因為：

最大吸收波長處較為平坦，在此處較小範圍內吸光度變化不大，不會導致偏離比爾定律，可提高分析結果的準確度

原理：若含A，B兩組分的混合物，其中A是幹擾組分，B是待測組分。選擇B組分的最大吸收波長λ2為測定波長，參比波長λ1的選擇應是Aλ1(A)=Aλ2(A)，根據吸光度的加和原則混合物在λ1和λ2的吸光度分別為：

Aλ1=Aλ1(A)+Aλ1(B);

Aλ2=Aλ2(A)+Aλ2(B);

則ΔA=Aλ2(A)+Aλ2(B)-Aλ1(A)-Aλ1(B)，

由於Aλ1(A)=Aλ2(A)，

故ΔA=Aλ2(B)-Aλ1(B)=(E(B2)-E(B1))c(B)l

操作:在幹擾組分A的等吸收波長(λ1與λ2)處，測定試樣的吸光度Aλ1(樣)與Aλ2(樣)的值，然後根據ΔA值，計算b的含量，

優點：

該方法測混合物時，可不經分離直接測定待測組份，

選擇波長的原則：

①幹擾組分在兩波長處的吸光度相等，即Aλ1(b)=Aλ2(b)；

檢測波長的選擇：

一般選擇在被測組分最大吸收波長處，

溶劑的選擇：

所選溶劑應易於溶解樣品並不與樣品作用，且在測定波長區間內吸收小，不易揮發，

參比溶液的選擇：

測量試樣溶液的吸光度時，需要消除溶液中其他成分，吸收池及溶劑對光的反射和吸收所帶來的誤差，最有效的辦法是先以參比溶液調節透光率為百分百，然後測定待測溶液的吸光度，

溶液吸光度的範圍與測定：

吸光度的A值在0.2~0.7之間，樣品的測定相對誤差較小，是測量的適宜範圍，

顯色反應及顯色條件的選擇：

將被測物轉變轉變為有色化合物的反應稱顯色反應，所用試劑為顯色劑，通過顯色反應進行物質測量的方法稱為比色法，

顯色反應的要求：

①被測物質和所生成的有色物質之間必須有確定的計量關係，

顯色條件的選擇：

①顯色劑用量：顯色劑用量可通過實驗選擇，在固定金屬離子濃度的情況下做吸光度隨設計濃度的變化曲線，選取吸光度固定時的顯色劑用量。

②溶液酸鹼度：酸鹼度對顯色反應影響較大，常需要緩衝溶液保持溶液在一定PH下進行顯色反應，合適的PH可通過繪製吸收度-溶液PH曲線來確定，

③顯色時間：固定其他顯色條件，通過實驗做出吸光度-時間關係曲線，確定適宜的顯色時間和測定時間

④溫度：一般顯色反應可在室溫進行，涉及氧化還原反應的需考慮溫度的影響，

⑤溶劑：

溶液的性質可直接影響被測物對光的吸收，使其呈現不同顏色，且顯色反應產物的穩定性也與溶劑有關。

總之呢，從光譜開始的每一章都有很多內容要記憶，所以一定要理解性地記憶，可以用自己的話說出來，最好多記幾遍。

還有就是紫外分光光度法的定量分析法重點學習一下，

可能考簡答題、計算題以及論述題。

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