理學(xué)紫外可見學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1理學(xué)理學(xué)(lxu)紫外可見紫外可見第一頁，共101頁。1 1、紫外、紫外- -可見可見(kjin)(kjin)吸收光譜吸收光譜 1. 電子相對于原子核的運動- 2. 原子核在其平衡位置附近的相對振動 - 3. 分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動-第1頁/共101頁第二頁，共101頁。evrEEEE EhvS1第一激發(fā)態(tài)S2第二激發(fā)態(tài)v3v2v1r3r2r1 S0 基態(tài) 第2頁/共101頁第三頁，共101頁。1 1、紫外、紫外- -可見可見(kjin)(kjin)吸收光譜吸收光譜第3頁/共101頁第四頁，共101頁。用紫外（可見）光照射有機分子(fnz)，分子(fnz)吸收紫外（可見）光后，從電子能

2、級基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，得到紫外（可見）吸收光譜用紅外光照射有機分子(fnz)，分子(fnz)從振動能級基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，可產(chǎn)生紅外吸收光譜用遠(yuǎn)紅外光照射有機分子(fnz)，分子(fnz)從轉(zhuǎn)動能級基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，可產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外吸收光譜 紫外（可見）光譜，紅外光譜，遠(yuǎn)紅外光譜是分子能級(nngj)變化形成的，稱為分子光譜。第4頁/共101頁第五頁，共101頁。S2S1S0S3hE2E0E1E3S2S1S0hAhhh分子(fnz)內(nèi)電子躍遷帶狀光譜A第5頁/共101頁第六頁，共101頁。 若用一連續(xù)波的電磁輻射以波長大小順序分別照射分子，并記錄物質(zhì)(wzh)分子對輻射吸收程度隨輻射波長變化的關(guān)系曲線

3、，這就是分子吸收曲線，通常叫分子吸收光譜。 第6頁/共101頁第七頁，共101頁。圖紫外吸收光譜(x shu un p)圖1.苯甲酸2.水楊酸第7頁/共101頁第八頁，共101頁。第8頁/共101頁第九頁，共101頁。分子外層電子有形成鍵的電子，形成鍵的電子和未成鍵的n電子.受到光的照射基態(tài)電子吸收能量(nngling)后變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)*和*電子，同時產(chǎn)生吸收光譜 .第9頁/共101頁第十頁，共101頁。 有機分子的電子躍遷(yuqin)類型第10頁/共101頁第十一頁，共101頁。第11頁/共101頁第十二頁，共101頁。 n* 躍遷 含有(hn yu)雜原子（如N 、O 、S 、P和鹵素原子）

4、的飽和有機化合物，都含有(hn yu)n電子，因此，都會發(fā)生這類躍遷。 n*躍遷所要的能量比*躍遷小，所以吸收的波長會長一些， 可在200nm附近，但大多數(shù)化合物仍在小于200nm 區(qū)域內(nèi)。 電負(fù)性越大,n電子被束縛得越緊，躍遷所需的能量越大，吸收的波長越短,如: CH3Cl max 173nm CH3Br max 204nm CH3I max 258nm第12頁/共101頁第十三頁，共101頁。第13頁/共101頁第十四頁，共101頁。 n*躍遷 由n電子從非鍵軌道向*反鍵軌道的躍遷，含有不飽和雜原子基團(j tun)的有機物分子，基團(j tun)中既有電子，也有n電子，可以發(fā)生這類躍遷。

5、 n*躍遷所需的能量最低，因此吸收輻射的波長最長，一般都在近紫外光區(qū)，甚至在可見光區(qū)。第14頁/共101頁第十五頁，共101頁。 對于有機化合物的分析來說，最有用的吸收光譜(x shu un p)是基于n*和*躍遷而產(chǎn)生的。第15頁/共101頁第十六頁，共101頁。 電荷轉(zhuǎn)移躍遷實質(zhì)上是分子內(nèi)的氧化還原過程，電子給予部分(b fen)是一個還原基團，電子接受部分(b fen)是一個氧化基團，激發(fā)態(tài)是氧化還原的產(chǎn)物，是一種雙極分子。第16頁/共101頁第十七頁，共101頁。 電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜的特點是譜帶較寬，一般max 較大(jio d)，吸收較強，摩爾吸光系數(shù)通常大于104 LmoL-1cm-

6、1 。在分析上也較有應(yīng)用價值。第17頁/共101頁第十八頁，共101頁。紫外與可見(kjin)光譜區(qū)產(chǎn)生的吸收類型 第18頁/共101頁第十九頁，共101頁。20第19頁/共101頁第二十頁，共101頁。第20頁/共101頁第二十一頁，共101頁。22第21頁/共101頁第二十二頁，共101頁。配位場d軌道能量(nngling)的影響 第22頁/共101頁第二十三頁，共101頁。吸收光譜 吸收曲線，以波長(bchng)（nm）為橫坐標(biāo)，以吸光度A或透射比T為縱坐標(biāo)所繪的曲線。吸收峰 吸收曲線(qxin)上吸光度最大的地方，對應(yīng)的波長為最大吸收波長max。第23頁/共101頁第二十四頁，共101

7、頁。谷 峰與峰之間的最低部位，對應(yīng)波長為最小吸收波長min肩峰 在一個峰旁邊產(chǎn)生的曲折，稱為肩峰。末端吸收 在譜圖短波端呈現(xiàn)強吸收但不成(bchng)峰形的部分，稱為末端吸收。第24頁/共101頁第二十五頁，共101頁。 這些基團能引起n* 、*躍遷(yuqin)，從而產(chǎn)生紫外或可見光的吸收。第25頁/共101頁第二十六頁，共101頁。注意(zh y)如果一個(y )化合物的分子含有數(shù)個生色團：若生色團之間不發(fā)生共軛作用，那么生色團產(chǎn)生的吸收帶的波長位置及吸收強度互相影響不大。C=CC=C-C=C例如吸收在175nm吸收在213nm 新吸收帶的吸收位置處在較長的波長處，且吸收強度顯著增大。這一

8、現(xiàn)象叫做生色團的共軛效應(yīng)。第26頁/共101頁第二十七頁，共101頁。 一般是含有未共享電子的雜原子基團(j tun)，這些基團(j tun)中的 n電子能與生色團中的電子相互作用，使*躍遷能量降低，躍遷幾率變大。第27頁/共101頁第二十八頁，共101頁。 紅移 由于共軛效應(yīng)、引入助色團或溶劑效應(yīng)使化合物的吸收波長向長波方向移動，稱為紅移效應(yīng)。能對生色團起紅移效應(yīng)的基團，稱為向紅基團。 藍(lán)移 有時(yush)某些生色團(如 )的碳原子一端引入某取代基或溶劑效應(yīng)，使化合物的吸收波長向短波方向移動，稱為藍(lán)移(或紫移)效應(yīng)。 能引起藍(lán)移效應(yīng)的基團(j tun)(如CH2、 C2H5、 等)稱為向藍(lán)

9、基團(j tun)。第28頁/共101頁第二十九頁，共101頁。增色(zn s)效應(yīng)和減色效應(yīng) 由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或其他原因，使吸收強度增強，稱為增色(zn s)效應(yīng)，反之減色效應(yīng)。第29頁/共101頁第三十頁，共101頁。共軛效應(yīng) 分子(fnz)最高已占軌道能級 分子(fnz)最低空軌道能級 max 立體化學(xué)(l t hu xu)效應(yīng)第30頁/共101頁第三十一頁，共101頁。溶劑極性對* 與 n *躍遷能量(nngling)的影響 溶劑極性的不同也會引起某些化合物吸收光譜的紅移或藍(lán)移，這種作用稱為(chn wi)溶劑效應(yīng)。 溶劑(rngj)效應(yīng)*n *maxmax第31頁/共101頁第三十

10、二頁，共101頁。2 2、 Lambert-Beer Lambert-Beer 定律定律(dngl)(dngl)比溶液中消除，則上式可簡寫為比溶液中消除，則上式可簡寫為: Io=Ia+ It第32頁/共101頁第三十三頁，共101頁。otIIT T ， 表明溶液對光的吸收越弱； T ， 表明溶液對光的吸收越強。 常用吸光度A 表示物質(zhì)(wzh)對光的吸收程度，其定義為: tIITA0lglg1 A ，表明物質(zhì)對光吸收越強，反之越弱。 透射比常以百分率表示，稱為(chn wi)百分透射比，T ；吸光度A為一個無因次的量，兩者可通過上式互相換算。第33頁/共101頁第三十四頁，共101頁。第34頁

11、/共101頁第三十五頁，共101頁。 朗伯和比耳分別于1760年和1852年研究了這三者的定量關(guān)系(gun x)。 朗伯的結(jié)論: Ak l (此即稱為(chn wi)朗伯定律，k為比例系數(shù) ) 比耳的結(jié)論(jiln): Ak c (此即稱為比耳定律，k稱為比例系數(shù)) kclA(此即稱為朗伯-比爾定律，k為比例系數(shù) )第35頁/共101頁第三十六頁，共101頁。 k 的數(shù)值除取決于吸光物質(zhì)的特性(txng)外，其單位及數(shù)值還與C 和l 所采用的單位有關(guān)。 l 通常采用cm為單位，并用b表示。所以k的單位取決C采用的單位。 （a的單位(dnwi)dm3g-1cm-1)當(dāng)C采用moldm-3時，k稱

12、為摩爾(m r)吸光系數(shù)，以表示：(的單位dm3mol-1cm-1)abcAbcA當(dāng)C采用gdm-3 時，k稱為吸光系數(shù)，以a表示：第36頁/共101頁第三十七頁，共101頁。 在吸收定律的幾種(j zhn)表達(dá)式中,A=bc在分析上是最常用的,與入射光波長有關(guān)。 是在特定波長及外界條件下，吸光質(zhì)點的一個特征常數(shù)，數(shù)值上等于吸光物質(zhì)的濃度為1moldm-3 ，液層厚度為1cm時溶液的吸光度。它是物質(zhì)吸光能力的量度，可作為定性分析的參考和估計定量分析的靈敏度。 有時吸收光譜的縱坐標(biāo)也用或lg 表示，并以最大摩爾吸光系數(shù)max 表示物質(zhì)的吸收強度。 第37頁/共101頁第三十八頁，共101頁。39

13、第38頁/共101頁第三十九頁，共101頁。 通常選擇吸光物質(zhì)(wzh)的最大吸收波長(即吸收帶峰所對應(yīng)的波長)作為分析的測量波長。第39頁/共101頁第四十頁，共101頁。3、 紫外-可見(kjin)分光光度計第40頁/共101頁第四十一頁，共101頁。紫外-可見(kjin)分光光度計基本結(jié)構(gòu)示意圖 第41頁/共101頁第四十二頁，共101頁。1、 光源（輻射源) 對光源的要求(yoqi) 發(fā)射連續(xù)輻射； 足夠的輻射強度及良好的穩(wěn)定性； 輻射強度隨波長的變化應(yīng)盡可能?。?光源的使用壽命長，操作方便。第42頁/共101頁第四十三頁，共101頁。第43頁/共101頁第四十四頁，共101頁。第44

14、頁/共101頁第四十五頁，共101頁。 2、雙光束分光光度計 其光路示意于下圖。由于兩束光同時分別通過參比池和樣品池，因而能自動消除光源強度變化所引起的誤差(wch)。這類儀器有國產(chǎn)710型、730型、740型等。 第45頁/共101頁第四十六頁，共101頁。單波長(bchng)雙光束分光光度計原理圖 第46頁/共101頁第四十七頁，共101頁。雙波長(bchng)分光光度計光路示意圖 A(A=A1-A2) 對于多組分混合物、混濁(hnzhu)試樣(如生物組織液)分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。第47頁/共101頁第四十八

15、頁，共101頁。第48頁/共101頁第四十九頁，共101頁。第49頁/共101頁第五十頁，共101頁。51第50頁/共101頁第五十一頁，共101頁。第51頁/共101頁第五十二頁，共101頁。ldcTdTdT4343. 0lglcTAlgclTT4343. 0TTTcclg4343.0微分(wi fn)后得或?qū)⑸鲜酱雔ambert-Beer定律,則測定(cdng)結(jié)果的相對誤差為 要使測定結(jié)果的相對誤差( c/c)最小，對T求導(dǎo)應(yīng)有一極小值，即 02lg4343. 0lg4343. 0lg4343. 0TTTTTTTdTd解得4343. 0lgT或A=0.434T=36.8%第52頁/共1

16、01頁第五十三頁，共101頁。 表明當(dāng)吸光度A=0.434時，儀器的測量誤差最小。這個結(jié)果也可以從左圖中看出。 在吸光分析中，一般選擇： A 測量范圍 0.20.8 T 6515 此時如果儀器的透射率讀數(shù)誤差(T )為1時，由此引起(ynq)的測定結(jié)果相對誤差(c/c)約為3。 濃度測量的相對誤差( c/c)與溶液(rngy)透射比(T)的關(guān)系第53頁/共101頁第五十四頁，共101頁。 在實際工作中，可通過調(diào)節(jié)(tioji)待測溶液的濃度或選用適當(dāng)厚度的吸收池的方法，使測得的吸光度落在所要求的范圍內(nèi)。第54頁/共101頁第五十五頁，共101頁。第55頁/共101頁第五十六頁，共101頁。顯色

17、劑與待測離子顯色反應(yīng)的產(chǎn)物組成(z chn)恒定、穩(wěn)定性好、顯色條件易于控制；產(chǎn)物對紫外、可見光有較強的吸收能力，即大；顯色劑與產(chǎn)物的顏色對照性好，即吸收波長有明顯的差別，一般要求 60nm。第56頁/共101頁第五十七頁，共101頁。pH范圍配合物組成顏色4Fe(C7H4O3)+（1：1）紫紅色47Fe(C7H4O3)2（1：2）棕橙色810Fe(C7H4O3)33（1：3） 黃色 Fe()與水楊酸的配合物，隨介質(zhì)(jizh)pH值的不同而變化如下表所示。對于這一類的顯色反應(yīng)，控制反應(yīng)酸度至關(guān)重要。第57頁/共101頁第五十八頁，共101頁。 在實際分析工作中，是通過實驗來選擇顯色反應(yīng)的適宜

18、酸度的。 具體做法是: 固定溶液中待測組分和顯色劑的濃度，改變?nèi)芤?通常用緩沖溶液控制)的酸度(pH)，分別測定在不同(b tn)酸度下溶液的吸光度A，繪制ApH曲線，從中找出最適宜的pH范圍。第58頁/共101頁第五十九頁，共101頁。4. 反應(yīng)(fnyng)的溫度 第59頁/共101頁第六十頁，共101頁。第60頁/共101頁第六十一頁，共101頁。62第61頁/共101頁第六十二頁，共101頁。第62頁/共101頁第六十三頁，共101頁。64第63頁/共101頁第六十四頁，共101頁。第64頁/共101頁第六十五頁，共101頁。5 5、 紫外紫外- -可見可見(kjin)(kjin)分光

19、光度法的分光光度法的應(yīng)用應(yīng)用第65頁/共101頁第六十六頁，共101頁。第66頁/共101頁第六十七頁，共101頁。第67頁/共101頁第六十八頁，共101頁。例1：解:基值253 nm5 nm15 nm273 nm環(huán)外雙鍵(shun jin)烷基(wn j)取代基(35)環(huán)外雙鍵(shun jin)第68頁/共101頁第六十九頁，共101頁。例2:解:基值烷基(wn j)取代基環(huán)外雙鍵(shun jin) (2 5)214 nm25 nm共軛系統(tǒng)(xtng)延長（1 30）30 nm10 nm279 nmC H3(55)第69頁/共101頁第七十頁，共101頁。沒有(mi yu)取代基的：

20、有取代基的： 基值取 代 ( q d i ) 基 (112) (1 18)環(huán)外雙鍵(shun jin) (1 5)共軛系統(tǒng)的延長(1 30)215 nm18 nm12 nm5 nm30 nm280 nm計算，并指出在 不飽和酮分子中的哪個位置有取代基？解:OO第70頁/共101頁第七十一頁，共101頁。小結(jié)(xioji)1、選準(zhǔn)母體(mt)2、環(huán)外雙鍵：指整個(zhngg)共軛體系中的雙鍵，且與環(huán)相連3、烷基取代基：指整個共軛體系中碳上的烷基取代4、共軛系統(tǒng)延長：在母體基礎(chǔ)上每增加一個共軛雙鍵算一次延長第71頁/共101頁第七十二頁，共101頁。73第72頁/共101頁第七十三頁，共101頁。

21、順式反式max=280 nm max=13500max=295 nm max=27000 由于反式異構(gòu)體的空間位阻效應(yīng)(xioyng)小，分子的平面性較好，共軛效應(yīng)(xioyng)強，因此，max及max都大于順式異構(gòu)體.第73頁/共101頁第七十四頁，共101頁。 互變異構(gòu)體的判斷 某些有機化合物在溶液中可能有兩種以上的互變異構(gòu)體處于動態(tài)平衡中，這種異構(gòu)體的互變過程常伴隨(bn su)有雙鍵的移動及共軛體系的變化，因此也產(chǎn)生吸收光譜的變化。例如(lr):乙酰乙酸乙酯就是酮式和烯醇式兩種互變異構(gòu)體 max=272nm max=16max =243nmmax=16000n*第74頁/共101頁第

22、七十五頁，共101頁。兩種異構(gòu)體的互變平衡(pnghng)與溶劑有密切關(guān)系: 在水這樣的極性溶劑中，由于 可能與H2O形成氫鍵(qn jin)而降低能量以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以酮式異構(gòu)體占優(yōu)勢: 第75頁/共101頁第七十六頁，共101頁。77第76頁/共101頁第七十七頁，共101頁。CACx標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)曲線法 在相同條件下測定試樣溶液的吸光度，從校正曲線上找出與之對應(yīng)(duyng)的未知組分的濃度。Ax第77頁/共101頁第七十八頁，共101頁。2. 多組分的定量分析 根據(jù)吸光度具有加和性的特點，在同一試樣中可以(ky)同時測定兩個或兩個以上組分。 (a)情況表明兩組分(zfn)互不干

23、擾，可以用測定單組分(zfn)的方法分別在1、 2測定A、B兩組分(zfn)；混合物的紫外吸收光譜 (a)不重迭(zhn di) (b)部分重迭(zhn di) (c)相互重迭(zhn di) 第78頁/共101頁第七十九頁，共101頁。情況表明(biomng)A組分對B組分的測定有干擾，而B組分對A組分的測定無干擾，則可以在1處單獨測量A組分，求得A組分的濃度CA。然后在2處測量溶液的吸光度 及A、B純物質(zhì)的 和 值，根據(jù)吸光度的加和性，即得(b)則可以(ky)求出CB；第79頁/共101頁第八十頁，共101頁。(c)解得CA、CB。 第80頁/共101頁第八十一頁，共101頁。第81頁/共

24、101頁第八十二頁，共101頁。 試樣(sh yn)中含有a、b兩組分，若要測定b組分，a組分有干擾，采用雙波長法對b組分測量時方法如下：選擇待測組分b的最大吸收波長(bchng)2為測量波長(bchng)從2與組分a吸收曲線的交點(jiodin)作一條平行于波長軸的直線，交于組分a吸收曲線的另一點，該點所對應(yīng)的波長為參比波長1。組分a在2和1處是等吸收點，aaAA12 由吸光度的加和性可知，混合試樣在2和1處的吸光度可表示為 babaAAAAAA11122221bAaa+b2A1A測量波長參比波長第82頁/共101頁第八十三頁，共101頁。雙波長(bchng)分光光度計的輸出信號為A， 則因

25、所以(suy)可見儀器的輸出訊號A與干擾組分a無關(guān)(wgun)，它只正比于待測組分b的濃度，即消除了a的干擾。ababAAAAAAA112212aaAA12bbbbblC AAA1212 A21bAaa+b2A1A測量波長參比波長第83頁/共101頁第八十四頁，共101頁。 當(dāng)干擾組分A的吸收光譜曲線不呈峰狀，僅是陡坡(dup)狀時，不存在兩個波長處的等吸收點時，如下圖所示。原理自己(zj)看書！ 在這種情況下，可采用系數(shù)倍率法測定B組分，并采用雙波長分光光度計來完成。第84頁/共101頁第八十五頁，共101頁。 用普通分光光度法測定濃度很稀或很濃溶液的吸光度時，測量誤差都很大! 若用一已知合

26、適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液，調(diào)節(jié)儀器的100透射比點（即0吸光度點），測量試樣溶液對該已知標(biāo)準(zhǔn)溶液的透射比，則可以改善測量吸光度的精確度。 這種方法稱為(chn wi)示差分光光度法。第85頁/共101頁第八十六頁，共101頁。其原理如下： 待測試液濃度(nngd)C1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(nngd)C2 根據(jù)Beer定律 A1=Lc1 A2= Lc2 第86頁/共101頁第八十七頁，共101頁。測定時: 先用比試樣濃度稍小的標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入所需試劑(shj)后作為參比，調(diào)節(jié)透射比為100%，即吸光度為0。 然后測量試樣的吸光度,這時的吸光度實際是兩者差A(yù). A=A=A1-A2= L(c1-c2)=

27、 L c A與兩者的濃度(nngd)差c成正比，且處在正常的讀數(shù)范圍，以A與c作校準(zhǔn)曲線，根據(jù)測得A ，查相應(yīng)的c ，則c1=c2+ c 第87頁/共101頁第八十八頁，共101頁。 當(dāng)測定高透射比（低吸光度）的低濃度試液時，用比試液濃度稍高的標(biāo)準(zhǔn)溶液(rngy)作參比溶液(rngy)，這種示差法叫低吸收法；第88頁/共101頁第八十九頁，共101頁。 若同時用濃度(nngd)不同的兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液（試液的濃度(nngd)需介于兩標(biāo)準(zhǔn)溶液之間）分別調(diào)儀器的100%透射比點及零透射比點，這種示差方法叫最精密法。 第89頁/共101頁第九十頁，共101頁。將對波長(bchng)求導(dǎo): 在整個波長范圍,I0 內(nèi)可控制(kngzh)在恒定值，則導(dǎo)數(shù)分光光度法的一階導(dǎo)數(shù)信號與濃度成正比例，不需要通過對數(shù)轉(zhuǎn)換為吸光度第90頁/共101頁第九十一頁，共101頁。對于(duy)二階導(dǎo)數(shù)光譜：三階(sn ji)導(dǎo)數(shù)光譜： 由數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知，經(jīng)n次求導(dǎo)后，導(dǎo)數(shù)信號(xnho)與仍然濃度成正比，藉此可以用于定量分析。由圖可見隨著導(dǎo)數(shù)的階次增加，譜帶變得更加尖銳，分辨率提高第91頁/共101頁第九十二頁，共101頁。 導(dǎo)數(shù)(do sh)分光光度法最大的優(yōu)點是可以提高檢