紫外-可见分光光度法

对应医药科技出版社的《分析化学》的紫外章节。

紫外-可见分光光度法

• 紫外-可见分光光度法基本原理
  • 概论
    • 定义
      • 研究物质在紫外-可见光区（200-800nm）分子吸收光谱的分析方法
    • 应用
      • 定性分析
        • 鉴别化合物
      • 定量分析
        • 单一组分或混合组分含量测定
      • 分子外层价电子
      • 跃迁能量排序
  • 跃迁类型
    • • 跃迁所需能量最大，波长<200（远紫外区） 饱和烷烃CH4（125nm）
    • • 跃迁所需能量较大，波长150-200（远紫外区） 非键电子的饱和烃衍生物（含N,O,S和卤素等杂原子）
    • • 跃迁所需能量较小，波长150-400（远或近紫外 强紫外吸收） 不饱和烃，共轭烯烃和芳香烃类 乙烯162nm
    • • 跃迁所需能量最低，波长>200 同时存在孤电子对和π键CH3COCH3 275nm
    • 举例
      • K带 具有第三种跃迁类型，却具有共轭物质 CH3-CHO 1,4跃迁类型 CH2=CHCHO 1,3,4跃迁类型
  • 吸收基团的分类
    • 非生色团
      • 定义
        • 本身在200-800nm近紫外区和可见光区内无吸收的基团
      • 结构特征
        • 只具有σ键电子和n非键电子。饱和烃类和大部分含有O N S X等杂原子的饱和烃衍生物
      • 用途
        • 饱和烃及其衍生物在紫外-可见光区没有吸收，可以作为测定有机化合物紫外-可见吸收光谱的良好溶剂
    • 生色团
      • 定义
        • 在近紫外区和可见光区有特征性吸收的基团
      • 结构特征
        • 含有n非键电子和π电子 C=C N=O C=O C=S 等
    • 助色团
      • 定义
        • 分子中含有杂原子的基团
      • 结构特征
        • 含有n非键电子 -OH -OR -NHR -SH -CI -Br -I 使生色团红移，吸收强度增加
      • 红移
        • 吸收峰的最大波长向长波方向移动
      • 蓝移
        • 吸收峰的最大波长向短波方向移动
      • 强带
        • 最大吸收带的最大能量>=10的4次方的吸收带
      • 弱带
        • 最大吸收带的最大能量<10的平方的吸收带
  • 影响因素
    • 立体效应
      • 顺反异构
        • 以顺式和反应1,2二苯代乙烯为例（最大波长不同）
      • 特点
        • 顺式的苯环共平面性较小，跃迁能量较低 反式结构稳定，能量低，波长长
    • 溶剂效应
      • 溶剂极性增加 n-π* 跃迁带红移 n-π
      • n-π* 跃迁 蓝移 波长降低 吸光系数增加 π-π* 跃迁 红移 波长增加 吸光系数降低
    • 溶液的PH值
      • 从小变大 会红移 即碱性增强
      • 从大变小 会蓝移 即酸性增强
  • 常规分析方法
    • 定性分析
      • 与标准谱图比较
        • 相同化学环境与测量条件下（比未知物与标准物质吸收光谱图）——吸收光谱的形状，吸收峰的数目，最大波长，能量完全相同——具有相同的生色团与助色团
      • 对比吸光度（吸光系数）的比值
        • A1/A2=E1CL/E2CL=E1/E2
      • 纯度检查
        • 杂质检查
          • 乙醇和环己烷中苯的检出（苯-杂质）苯在波长256nm有吸收峰
        • 杂质的限量检查
          • 物质对光选择性吸收性质的差异（原理）
    • 定量分析
      • 单组分的定量分析
        • 定量依据
          • A=ECI
        • 定量方法
          • 吸光系数法(绝对法)
            • 前提
              • 单色光
            • 过程
              • W(g)样/含i——C(g/ml)——求A-Ci(E已知) 样品百分含量i%=E样/E标x100%
          • 标准曲线法
            • A=K·C
            • 固定仪器和测定条件
            • 配制待测溶液5-7个，扫描其中3个/5个确定最大波长，绘制标准曲线（A-C）吸收曲线（A-波长）
            • 绘制要求
              • A=0.2-0.7
              • n=5-7
              • r>0.999 待测浓度尽量在标准曲线中间位置
          • 对照法，外标一点法
            • 误差较大，绘制时要求通过原点
            • 前题
              • 固定仪器和测定条件
              • 截距为0，标样与样品浓度接近
              • 过程：波长一定——分别测定A样和A标
      • 多组分的定量分析方法
        • 定量依据：A总=Aa+Ab+Ac+......
        • 两组分吸收光光谱不重叠
          • 两组分在各自最大波长下不重叠——分别按照单组分定量测定
        • 两组分吸收光谱部分重叠
          • 其中没有重叠的部分，在当时的波长处，按照单组分的方法测定
        • 两组分吸收光谱完全重叠——混合样品测定
      • 紫外-可见分光光度计
        • 光源
          • 钨灯 气体放电 紫外光区
          • 氘灯 热辐射 可见光区
        • 组成
          • 光源——单色器——样品池——检测器——显示器
• 朗伯-比耳定律
  • 基础知识
    • 透光率
      • T(透光率)=I/i I 透射光强 i入射光强
    • 吸光度
      • A(吸光度)=-LgT=-LgI/i
  • 朗伯-比耳定律
    • 定义
      • A=k1L L-液层厚度
      • A=K2C C-浓度
      • A=ECL E-吸光系数
      • A=-LgI/i=ECL
    • 适用条件
      • 入射光为单色光，溶液是稀溶液（前提）
      • 适用于固，液，气样品
      • 在同一波长下，各组分吸光度具有加和性
    • 物理意义
      • 当一束平行单色光通过均匀非散射的稀溶液，溶液吸光度，与溶液的浓度与液层厚度的乘积成正比关系
    • 吸光系数
      • 表示方法
        • 百分吸光系数 g/100ml
        • 摩尔吸光系数 mol/L
      • 物理意义
        • E与组分性质，温度，溶剂，波长有关
        • E与溶液浓度 光程长度 入射光强无关
        • E增大，物质对光的吸收能力增强——定性定量依据
  • 偏离朗伯-比耳定律的原因
    • 物理因素
      • 由于非单色光引起的偏离
        • 定义
          • 假设两个波长不同的光进入浓度为C的溶液
          • 子主题
        • 特点
          • 只有当E1=E2，A=ECL
          • E1=/E2,A-C不是直线关系
          • E1<E2 A增大，正偏差
          • E1>E2，A减小，负偏差
      • 杂散光
        • 与所需波长相隔较远的波长，仪器制造与使用所造成的
      • 散射光和反射光
        • 透射光强减弱
      • 非平行光-倾斜光
        • 定义
          • 通过吸收池的实际光程比垂直照射的平行光的光程长，使L增大而影响测量值
        • 使用条件
          • 平行的单色光，均匀非散射溶液
        • 解决方法
          • 选择比较好的单色器
          • 将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线
    • 化学因素
      • 溶质离解，缔合与溶剂间的作用（随溶度改变）
      • 适用条件
        • 稀溶液（化学因素）
    • 透光率测量误差
      • 定义
        • 透光率测量误差▲T是测量中的随机误差，来自仪器的噪声
      • 分类
        • 暗噪声，与光信号无关
        • 散粒噪声，随光信号变化
      • 相对误差
        • △C/C=0.434△T/TLgT
        • 曲线最低点对应的T值或△值即为最小误差读数 A=0.4343 T=0.368
        • 在分光光度法中，从仪器测量的误差来考虑，为了使测定结果有较高的准确度，一般吸光度应在0.2-0.7范围内