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1 紫外可见分光光度法概述

紫外-可见分光光度法又称为紫外可见(吸收)光谱法,是在190-800 nm 波长范围内测定物质的吸光度,用于材料的鉴别、杂质检查和含量测定的方法,属于分子吸收光谱法。这种使用方法制成的仪器是紫外可见分光光度计,生产商汇美科的紫外可见分光光度计价格合理。

分光光度法是一种历史悠久的化学分析方法,是在经典的比色法(colorimetry)基础上不断完善而逐渐发展起来的。实际上,紫外-可见光区还包括10-190 nm范围的远紫外光区,这个区域的光谱对分子结构研究有着重要的意义。

紫外-可见分光光度法适用于微量和痕量组分分析,测定灵敏度可达到10¯7 -10‾4 g/ml或更低范围,相对误差可小于1%,使用设备简单,操作简便,有着较为广泛的应用。

2 紫外可见分光光度法工作原理

2.1 选择吸收与分子能级

同一物质对不同波长的光表现出不同的吸收能力,称为选择吸收现象。不同的物质对光的选择吸收性质也是不同的。分子吸收能量同样具有量子化的特征。

在一定的环境条件下,整个分子有一定的运动状态,分子内部的运动可分为价电子运动、分子内原子在平衡位置附近的振动和分子绕其重心轴的转动。因此,分子能级之差也具有电子能级、振动能级和转动能级三种。上述三种能级中,以转动能级差最小,属远红外区和微波区;振动能级差在中红外区;分子外层电子跃迁的能级差波长约为60 nm -1.25um, 其中以紫外-可见光区为主要部分。

分子的能级跃 迁是分子总能量的改变。当发生振动能级跃迁时常伴有转动能级跃 迁。在电子能级跃迁时则伴有振动能级和转动能级的改变。所以紫外光谱一般包含有若干个谱带,不同谱带相当于不同的电子能级跃迁,一个谱带又包含若干个小谱带,相当于不同的振动能级跃廷。同一小谱带内又包含若干光谱线,每一条线相当于转动能级的跃廷。但是这样精细的紫外光谱一般是看不到的,观察到的是合并成较宽的带,所以分子光谱是一种带状光谱,如图2-1所示。

2.2 紫外光谱的产生

2.2.1 吸收光谱的特性

吸收光谱是在不同波长下测定物质的对光吸收程度(吸光度A),以波长为横坐标,吸光度为纵坐标所绘制的曲线,称为吸收曲线,又称为吸收光谱。如图2-1所示,吸收曲线的峰称为吸收峰,它所对应的波长称为最大吸收波长,常用λmax表示。曲线的谷所对应的波长称为最小吸收波长,以λmin表示。在吸收曲线的波长最短一端,吸收相当大但不成峰形的部分,称末端吸收。在峰旁边一个小的曲折称为肩峰。某些物质的吸收光谱上,可出现几个吸收峰。不同的物质有不同的吸收峰。吸收光谱上的λmax、λmin、肩峰及整个吸收光谱的形状取决于物质的分子结构,可作为定性依据。

2.2.2 电子跃迁与紫外吸收光谱

紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的,由于分子中价电子的分布和结合情况决定。通常情况下,这些电子都处在各自的成键轨道上。当分子接受了一定的外界能量(通常是光能)后,价电子就会跃迁到具有较高能量的反键轨道上,并产生相应的吸收光谱。含有π-电子和非键电子的分子能吸收紫外光或可见光,激发电子到更高的反键分子轨道。电子越易被激发,它能吸收光的波长就越长。因为这些吸收光谱位于紫外和可见光区,因此称为紫外-可见吸收光谱。简称紫外光谱。

2.3 影响紫外-可见吸收光谱的因素

2.3.1 取代基的影响

由于分子上取代基不同,造成分子内电子环境不同,影响着分子轨道之间相互作用的程度。所以,在取代基不同的两种分子中,产生的紫外吸收是有差异的。

2.3.2 区轭效应(conjugation effect)

区阨效应使π→π*跃迁向长波方向移动(红移),共轭体系越大向长波方向移动越大,且吸收强度增加亦越大。随着区轭体系增加,最高能级的成键轨道 与最低能级的反键轨道间能量差越来越小,吸收红移程度也越大。

pH值变化引起区轭体系的延长或缩短,从而改变物质的吸收峰位。

2.3.3 超区轭效应(hyperconjugation)

甲基取代双键碳上的氢以后,通过甲基的C-H键和π体系电子云重叠引起的区轭作用,使π→π跃迁红移。

若分子中含有数个孤立的双键,则吸收峰不会发生位移,但吸收强度随孤立双键的数目成正比地增加;当两个双键相邻时,吸收峰位移不大。

2.3.4 立体效应(steric effect)

立体效应是因空间位阴、环张力、跨环共阨等影响因素导致吸收光谱红移或蓝移,并常伴有增色或减色效应。

2.3.5 溶剂的影响

溶剂极性增加使吸收光谱的精细结构消失,改变光谱形状,对吸收峰的波长、张度亦有影响,对波长的影响比对强度的影响更大。极性大的溶剂会使π→π*跃迁带红移,使n→σ跃迁谱带蓝移。

当被测物质具有酸性或碱性基团时,溶剂pH值的变化对光谱的影响较大。利用溶剂pH值不同时光谱的变化,可以测定化合物结构中的酸性或碱性基团。

此外,溶剂也有自己的吸收带,如果与待测溶质的吸收重叠,将妨碍溶质吸收带的观察,选择溶剂时要注意。含有杂原子的有机溶剂,通常均具有很强的末端吸收。因此当作紫外-可见分光光度法测定溶剂使用时,它们的使用范围 均不能小于截止使用波长。例如甲醇、乙醇的截止使用波长为205 nm。另外,当溶剂不纯时,也可能增加干扰吸收。

2.4 物质吸光的定量关系

2.4.1 朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律

Lambert-Beer定律是吸收光谱法的基本定律,是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的尝试和厚度间关系的定律。

2.4.2 吸收系数

吸收系数又称吸光系数,其物理意义是吸光物质在单位浓度及单位厚度时的吸光度。在一定条件下(单色光波长、溶剂、温度等),吸收系数是物质的特性常数,不同物质对同一波长的单色光,可有不同的吸收系数,可作为定性的依据。厚度一定条件下,吸光度与浓度呈线性关系,吸收系数是斜率,是定量的依据,其值愈大,灵敏度愈高。

2.4.3 吸光度的测量

2.4.3.1 溶剂与容器

测量溶液 吸光度的溶剂与吸收池应在所用的波长范围内有较好的透光性,即不吸收光或吸收很弱。玻璃不能透过紫外光,所以在紫外区测定只能用石英池。许多溶剂本身在紫外光区有吸收峰,只能在它吸收较弱的波段使用。表2-2列出部分溶剂适用范围的最短波长。低于这些波长就不宜采用。

2.4.3.2 空白对比

吸光度或透光率不只是被测物质的吸收所致,还有溶剂和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素。为了排除这些干扰固素,须用空白对比法。空白是指与试样完全相同的容器和溶液,只是不含被测物质。采用光学性质相同,厚度相同的吸收池装入空白液作参比,调节仪器。如使透过参比吸收池的吸光度为零或透光率T=100%,然后将装有测量溶液的吸收池移入光路中测量,得到被测物质的吸光度。

2.4.4 影响比尔定律的因素

2.5 计算吸收波长的经验规则

3 紫外-可见分光光度计

紫外-可见分光光度计是在紫外可见光区可任意选择不同波长的光来测定吸光度的仪器,其商品型号很多,质量差别悬殊,基本原理相似。

3.1 紫外-可见分光光度计的种类

早期的紫外-可见分光光度计是单光束仪器,只有一条光路、一个比色池,一个光检测器,操作较为麻烦,光源波动、杂散光难以抵消,因此,误差也较大。但其成本低是最大的优点。随着科学技术的发展,紫外-可见分光光度计由单光束向准双光束发展;出现出两束光,一个比色池,两个检测器的准双光束仪器;这种仪器的参比光束除起参比作用外,还可抵消光源波动影响的作用,减少了分析误差,但其成本稍高。之后,出现了两束光、两个比色池、两个光检测器的双光束紫外-可见分光光度计。

一般的双光束紫外-可见分光光度计,大多只有一个单色器,例如PE公司的Lambda25/35/45,岛津公司的UV-2450、UV-210,北京普析

:当光穿过被测物质溶液时,物质对光的吸收程度随光的波长不同而变化。因此,通过测定物质在不同波长处的吸光度,并绘制其吸光度与波长的关系图即得被测物质的吸收光谱。从吸收光谱中,可以确定最大吸收波长    和最小吸收波长    。物质的吸收光谱具有与其结构相关的特征性。因此,可以通过特定波长范围内样品的光谱与对照光谱或对照品光谱的比较,或通过确定最大吸收波长,或通过测量两个特定波长处的吸收比值而鉴别物质。用于定量时,在最大吸收波长处测量一定尝试样品溶液的吸光度,并与一定浓度的对照溶液的吸光度进行比较或采用吸收系数法求算出样品溶液的浓度。

仪器的校正和检定

1. 波长 由于环境因素对机械部分的影响,仪器的波长经常会略有变动,因此除应定期对所用的仪器进行全面校正检定外,还应于测定前校正波长。常用汞灯中的较强谱线

2. 吸光度的准确度

3. 杂散光的检查

对溶剂的要求

测定法

1. 鉴别和检查

2. 含量测定

(1)对照品比较法

(2)吸收系数法

(3)计算分光光度法

(4)比色法

 

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