紫外可見分光光度法課件

紫外-可見分光光度法

Ultraviolet-Visibleabsorptionspectrometry

UV-Vis

紫外-可見分光光度法

Ultraviolet-Vis1預備知識：價電子：σ電子→飽和的σ鍵

π電子不飽和的π鍵n電子軌道：電子圍繞原子或分子運動的幾率軌道不同，電子所具有能量不同基態(tài)與激發(fā)態(tài)：電子吸收能量，由基態(tài)→激發(fā)態(tài)c成鍵軌道與反鍵軌道：σ<π<n<π*<σ*

第一節(jié)基本原理和基本概念預備知識：價電子：σ電子→飽和的σ鍵軌道：電子圍繞原子2圖示

圖示3一、躍遷類型分子中存在的價電子：σ電子、л電子、Ρ電子軌道：分子軌道：成鍵軌道：σ、л能量低反鍵軌道：σ、л能量高反鍵反鍵未成鍵成鍵成鍵σ

*л*nлσ能級高低示意圖：一、躍遷類型分子中存在的價電子：σ電子、л電子、Ρ電子反鍵4電子躍遷類型：1.σ→σ*躍遷：飽和烴（甲烷，乙烷）E很高，λ<150nm（遠紫外區(qū)）2.n→σ*躍遷：含雜原子飽和基團（—OH，—NH2）E較大，λ150~250nm（真空紫外區(qū)）3.π→π*躍遷：不飽和基團（—C＝C—，—C＝O）E較小，λ~200nm體系共軛，E更小，λ更大4.n→π*躍遷：含雜原子不飽和基團（—C≡N，C＝O）E最小，λ200~400nm（近紫外區(qū)）按能量大?。害摇?>

n→σ*>

π→π*>

n→π*電子躍遷類型：1.σ→σ*躍遷：按能量大小：σ→σ*5圖示圖示6續(xù)前注：紫外光譜電子躍遷類型：n—π*躍遷π—π*躍遷飽和化合物無紫外吸收電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團有密切聯(lián)系根據(jù)分子結(jié)構(gòu)→推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型；根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型→推測分子中可能存在的基團（分子結(jié)構(gòu)鑒定）續(xù)前注：7二、常用概念1吸收峰：2谷：3肩峰(shoulderpeak)：4末端吸收(endabsorption)：λA421321λmaxλmin二、常用概念1吸收峰：λA421321λmaxλmin8續(xù)前5．生色團（發(fā)色團）：能吸收紫外-可見光的基團有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團具n電子和π電子的基團產(chǎn)生n→π*躍遷和π→π*躍遷躍遷E較低例：C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—

6．助色團：本身無紫外吸收，但可以使生色團吸收峰加強同時使吸收峰長移的基團有機物：連有雜原子的飽和基團例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：當出現(xiàn)幾個發(fā)色團共軛，則幾個發(fā)色團所產(chǎn)生的吸收帶將消失，代之出現(xiàn)新的共軛吸收帶，其波長將比單個發(fā)色團的吸收波長長，強度也增強續(xù)前5．生色團（發(fā)色團）：能吸收紫外-可見光的基團6．助色團9

紅移（redshift）:有機化合物中常由于取代基的引入或溶劑的改變，而使吸收峰位置（λmax）發(fā)生移動，向長波方向移動稱為紅移藍移（blueshift）:吸收峰位置（λmax）向短波方向移動稱為藍移增色效應(yīng)和減色效應(yīng)（hyperchromiceffectorhypochromiceffect）:使εmax↑或εmax↓的效應(yīng)。紅移（redshift）:有機化合物中常由于取代基的引入10續(xù)前5．紅移（redshift）和藍移（blueshift）：由于化合物結(jié)構(gòu)變化（共軛、引入助色團取代基）或采用不同溶劑后

吸收峰位置向長波方向的移動，叫紅移（長移）

吸收峰位置向短波方向移動，叫藍移（紫移，短移）6．增色效應(yīng)和減色效應(yīng)

增色效應(yīng)（hyperchromiceffect

）：吸收強度增強的效應(yīng)

減色效應(yīng)（hypochromiceffect）：吸收強度減小的效應(yīng)7．強帶和弱帶：

εmax>105→強帶

εmin<103→弱帶續(xù)前5．紅移（redshift）和藍移（blueshif11三、吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系吸收帶符號躍遷類型波長（nm）吸收強度（εmax）Rnπ*250~500100K共軛ππ*210~250104B芳香族C、C雙鍵骨架振動及環(huán)內(nèi)ππ*230~270200E苯環(huán)內(nèi)ππ共軛180（E1）200（E2）104103三、吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系吸收帶符號躍遷類型波長吸收強度12圖示圖示13四、影響吸收帶的因素1、位阻影響⑴兩個發(fā)色團產(chǎn)生共軛，可使吸收帶長移。若立體障礙妨礙他們處于同一平面上，就會影響共軛效應(yīng)?！?-3酮λmax=214nm△4-6酮λmax=244nm四、影響吸收帶的因素1、位阻影響△4-3酮λmax=2114⑵順反異構(gòu)造成的立體障礙順式二苯乙烯λmax280nm反式二苯乙烯λmax295.5nm⑵順反異構(gòu)造成的立體障礙順式二苯乙烯λmax280152、跨環(huán)效應(yīng)

有些βγ不飽和酮中，雖然雙鍵與酮基不產(chǎn)生共軛，但由于適當?shù)碾x體排列，使羰基氧的孤對電子和雙鍵的π電子發(fā)生作用，以致相當于n，π*的R帶長移，吸收增強。λmax238nmλmax284nm3、體系pH值的影響：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長2、跨環(huán)效應(yīng)有些βγ不飽和酮中，雖然雙鍵與酮基不產(chǎn)生共163、溶劑效應(yīng)溶劑的影響：吸收峰位置、吸收強度、光譜形狀溶劑極性的影響：極性增大：nπ*躍遷產(chǎn)生的吸收峰長移ππ*躍遷產(chǎn)生的吸收峰短移注：單純的共軛二烯ππ*躍遷不受溶劑極性的影響

例：溶劑極性對異丙叉丙酮的兩種躍遷的影響

躍遷類型正己烷氯仿甲醇水遷移π，π230nm238nm237nm243nm長移n，π329nm315nm309nm305nm短移3、溶劑效應(yīng)溶劑的影響：吸收峰位置、吸收強度、光譜形狀

例：17非極性溶劑中極性溶劑中非極性溶劑中極性溶劑中nπ*π*π溶劑極性對兩種躍遷的影響△E非＜△E極△E非＞△E極nπ*躍遷ππ*躍遷返回非極性溶劑中極性溶劑中非極性溶劑中極性溶劑中nπ*π*π溶劑18五、Lambert-beer定律A=-lgT=ECLT=10–ECL=I/I0

A:吸光度T：透光率E：吸收系數(shù)C：溶液濃度（mol/L）L:液層厚度I:透過光功率I0：入射光功率

五、Lambert-beer定律A=-lgT=ECL19E物理意義：吸光物質(zhì)在單位濃度及單位厚度時的吸光度表示方法：1、摩爾吸光系數(shù)（ε或Em）2、百分吸光系數(shù)（比吸光系數(shù)，E1%1cm）兩者之間的關(guān)系：***吸光度具有加和性E物理意義：吸光物質(zhì)在單位濃度及單位厚度時的**20εmax吸收類型1~10很弱n，π*躍遷10~102弱102~103中等103~104強π，π*躍遷104~105很強ε的分類εmax吸收類型1~10很弱n，π*躍遷10~102弱1021六、偏離Lambert-Beer定律的因素化學因素濃度的改變

離解、締合、與溶劑間作用光學因素非單色光雜散光散射光和反射光非平行光A:0.2~0.7, 誤差較小A=0.4343誤差最小六、偏離Lambert-Beer定律的因素化學因素A:022第二節(jié)紫外可見分光光度計基本構(gòu)造：光源單色器檢測器吸收池訊號處理及顯示器第二節(jié)紫外可見分光光度計基本構(gòu)造：光源單色器檢測23紫外可見分光光度法課件241、光源⑴在所使用的波長范圍內(nèi)應(yīng)有足夠能量的連續(xù)光譜⑵有盡可能平均的發(fā)射強度⑶使用壽命長⑷價格合理，便于使用要求：1、光源要求：25光區(qū)光源適合波長優(yōu)缺點可見、近紅外（400~1000nm）鎢燈320~2500nm電壓要穩(wěn)定，壽命短、便宜鹵鎢燈320~2500nm光強高、壽命長紫外區(qū)（200~400nm）高壓汞燈200~1000nm價格貴、壽命短氙弧燈氫燈150~400nm常用，壽命長，價格適中氘燈常見光源及其性能返回光區(qū)光源適合波長優(yōu)缺點可見、近紅外（400~1000nm）262、單色器作用：色散型，產(chǎn)生高純度的單色光組成：入口狹縫、準直鏡、色散元件、聚焦透鏡、出口狹縫混合光準直鏡單色光λ1λ2色散元件進光狹縫出光狹縫2、單色器作用：色散型，產(chǎn)生高純度的單色光混合光準直鏡單色光27⑴色散元件棱鏡：消除雜散光，不能消除次級光線（≤3nm透過）光柵：消除雜散光，消除次級光線（≤1nm透過）⑵準直鏡聚光鏡焦點：狹縫紫外可見：一般用鍍鋁的拋物柱面反射鏡⑶狹縫（slit）返回⑴色散元件返回283、吸收池4、檢測器光電池光電管光電倍增管光二極管陣列檢測器（DAD）5、訊號處理與顯示器3、吸收池29幾種光路類型單光束：721751雙光束：240124502510PDA：幾種光路類型30（二）分光光度計的光學性能與類型光學性能波長范圍波長準確度波長重現(xiàn)性透光率測量范圍吸光度測量范圍光度準確度光度重復性分辨率雜散光（二）分光光度計的光學性能與類型光學性能31（三）、分光光度計的校正波長的校正氫燈或氘燈：486.13nm（F線）656.28nm（C線）鐠汝玻璃、苯蒸汽吸光度的校正標準溶液吸收池的校正A樣品、B參比A吸收度A參比、B樣品A吸收度返回（三）、分光光度計的校正波長的校正返回32第三節(jié)UV-VIS分析方法一、定性鑒別1對比吸收光譜特征數(shù)據(jù)------λmax、λmin、E2對比A（或E）的比值-----可消去濃度與厚度的影響3對比吸收光譜的一致性都有局限性第三節(jié)UV-VIS分析方法一、定性鑒別1對比吸收光譜33二、純度檢查1雜質(zhì)檢查2雜質(zhì)的限量檢測260280300320450300150腎上腺素（----）與腎上腺酮（——）的吸收光譜Ch.P規(guī)定A310nm<0.05酮體限量?

二、純度檢查1雜質(zhì)檢查2雜質(zhì)的限量檢測26034三、單組分的定量方法吸光系數(shù)法----校正曲線法----A=KC對照法0CxCAAx校正曲線As

=ECsLAx=ECxL三、單組分的定量方法吸光系數(shù)法----035四、計算分光光度法（同時測定多組分）即運用數(shù)學、統(tǒng)計學與計算機科學的方法，在傳統(tǒng)分光光度法基礎(chǔ)上，通過量測試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)的變換、解析和預測對物質(zhì)進行定量的方法，屬于化學計量學范疇。四、計算分光光度法（同時測定多組分）即運用數(shù)學、統(tǒng)計學與計算36等吸收雙波長測定法選擇兩個波長λ1、λ2（λ2為參比波長），在這兩個波長下干擾組分y的吸收相等。所以Aλ1=Eλ1xLcx+Eλ1yLcy

Aλ2=Eλ2xLcx+Eλ2yLcy△A=Aλ1–Aλ2=(Eλ1x–Eλ2x)

Lcx

=

Kcx等吸收雙波長測定法選擇兩個波長λ1、λ237選擇波長組合λ1、λ2的基本要求是：

⑴選定的波長λ1和λ2處干擾組分應(yīng)具有相同吸光度，即：ΔAy=ΔAyλ2－ΔAyλ1=0故：ΔAx+y=ΔAx=(εxλ2－εxλ1)bcx此時：測得的吸光度差ΔA只與待測組分x的濃度呈線性關(guān)系，而與干擾組分y無關(guān)。若x為干擾組分，則也可用同樣的方法測定y組分。

可采用作圖法選擇符合上述兩個條件的波長組合。

⑵在選定的兩個波長λ1和λ2處待測組分的吸光度應(yīng)具有足夠大的差值。選擇波長組合λ1、λ2的基本要求是：⑴選定的波長λ38紫外可見分光光度法課件39

紫外-可見分光光度法

Ultraviolet-Visibleabsorptionspectrometry

UV-Vis

紫外-可見分光光度法

Ultraviolet-Vis40預備知識：價電子：σ電子→飽和的σ鍵

π電子不飽和的π鍵n電子軌道：電子圍繞原子或分子運動的幾率軌道不同，電子所具有能量不同基態(tài)與激發(fā)態(tài)：電子吸收能量，由基態(tài)→激發(fā)態(tài)c成鍵軌道與反鍵軌道：σ<π<n<π*<σ*

第一節(jié)基本原理和基本概念預備知識：價電子：σ電子→飽和的σ鍵軌道：電子圍繞原子41圖示

圖示42一、躍遷類型分子中存在的價電子：σ電子、л電子、Ρ電子軌道：分子軌道：成鍵軌道：σ、л能量低反鍵軌道：σ、л能量高反鍵反鍵未成鍵成鍵成鍵σ

*л*nлσ能級高低示意圖：一、躍遷類型分子中存在的價電子：σ電子、л電子、Ρ電子反鍵43電子躍遷類型：1.σ→σ*躍遷：飽和烴（甲烷，乙烷）E很高，λ<150nm（遠紫外區(qū)）2.n→σ*躍遷：含雜原子飽和基團（—OH，—NH2）E較大，λ150~250nm（真空紫外區(qū)）3.π→π*躍遷：不飽和基團（—C＝C—，—C＝O）E較小，λ~200nm體系共軛，E更小，λ更大4.n→π*躍遷：含雜原子不飽和基團（—C≡N，C＝O）E最小，λ200~400nm（近紫外區(qū)）按能量大?。害摇?>

n→σ*>

π→π*>

n→π*電子躍遷類型：1.σ→σ*躍遷：按能量大?。害摇?44圖示圖示45續(xù)前注：紫外光譜電子躍遷類型：n—π*躍遷π—π*躍遷飽和化合物無紫外吸收電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團有密切聯(lián)系根據(jù)分子結(jié)構(gòu)→推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型；根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型→推測分子中可能存在的基團（分子結(jié)構(gòu)鑒定）續(xù)前注：46二、常用概念1吸收峰：2谷：3肩峰(shoulderpeak)：4末端吸收(endabsorption)：λA421321λmaxλmin二、常用概念1吸收峰：λA421321λmaxλmin47續(xù)前5．生色團（發(fā)色團）：能吸收紫外-可見光的基團有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團具n電子和π電子的基團產(chǎn)生n→π*躍遷和π→π*躍遷躍遷E較低例：C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—

6．助色團：本身無紫外吸收，但可以使生色團吸收峰加強同時使吸收峰長移的基團有機物：連有雜原子的飽和基團例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：當出現(xiàn)幾個發(fā)色團共軛，則幾個發(fā)色團所產(chǎn)生的吸收帶將消失，代之出現(xiàn)新的共軛吸收帶，其波長將比單個發(fā)色團的吸收波長長，強度也增強續(xù)前5．生色團（發(fā)色團）：能吸收紫外-可見光的基團6．助色團48

紅移（redshift）:有機化合物中常由于取代基的引入或溶劑的改變，而使吸收峰位置（λmax）發(fā)生移動，向長波方向移動稱為紅移藍移（blueshift）:吸收峰位置（λmax）向短波方向移動稱為藍移增色效應(yīng)和減色效應(yīng)（hyperchromiceffectorhypochromiceffect）:使εmax↑或εmax↓的效應(yīng)。紅移（redshift）:有機化合物中常由于取代基的引入49續(xù)前5．紅移（redshift）和藍移（blueshift）：由于化合物結(jié)構(gòu)變化（共軛、引入助色團取代基）或采用不同溶劑后

吸收峰位置向長波方向的移動，叫紅移（長移）

吸收峰位置向短波方向移動，叫藍移（紫移，短移）6．增色效應(yīng)和減色效應(yīng)

增色效應(yīng)（hyperchromiceffect

）：吸收強度增強的效應(yīng)

減色效應(yīng)（hypochromiceffect）：吸收強度減小的效應(yīng)7．強帶和弱帶：

εmax>105→強帶

εmin<103→弱帶續(xù)前5．紅移（redshift）和藍移（blueshif50三、吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系吸收帶符號躍遷類型波長（nm）吸收強度（εmax）Rnπ*250~500100K共軛ππ*210~250104B芳香族C、C雙鍵骨架振動及環(huán)內(nèi)ππ*230~270200E苯環(huán)內(nèi)ππ共軛180（E1）200（E2）104103三、吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系吸收帶符號躍遷類型波長吸收強度51圖示圖示52四、影響吸收帶的因素1、位阻影響⑴兩個發(fā)色團產(chǎn)生共軛，可使吸收帶長移。若立體障礙妨礙他們處于同一平面上，就會影響共軛效應(yīng)。△4-3酮λmax=214nm△4-6酮λmax=244nm四、影響吸收帶的因素1、位阻影響△4-3酮λmax=2153⑵順反異構(gòu)造成的立體障礙順式二苯乙烯λmax280nm反式二苯乙烯λmax295.5nm⑵順反異構(gòu)造成的立體障礙順式二苯乙烯λmax280542、跨環(huán)效應(yīng)

有些βγ不飽和酮中，雖然雙鍵與酮基不產(chǎn)生共軛，但由于適當?shù)碾x體排列，使羰基氧的孤對電子和雙鍵的π電子發(fā)生作用，以致相當于n，π*的R帶長移，吸收增強。λmax238nmλmax284nm3、體系pH值的影響：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長2、跨環(huán)效應(yīng)有些βγ不飽和酮中，雖然雙鍵與酮基不產(chǎn)生共553、溶劑效應(yīng)溶劑的影響：吸收峰位置、吸收強度、光譜形狀溶劑極性的影響：極性增大：nπ*躍遷產(chǎn)生的吸收峰長移ππ*躍遷產(chǎn)生的吸收峰短移注：單純的共軛二烯ππ*躍遷不受溶劑極性的影響

例：溶劑極性對異丙叉丙酮的兩種躍遷的影響

躍遷類型正己烷氯仿甲醇水遷移π，π230nm238nm237nm243nm長移n，π329nm315nm309nm305nm短移3、溶劑效應(yīng)溶劑的影響：吸收峰位置、吸收強度、光譜形狀

例：56非極性溶劑中極性溶劑中非極性溶劑中極性溶劑中nπ*π*π溶劑極性對兩種躍遷的影響△E非＜△E極△E非＞△E極nπ*躍遷ππ*躍遷返回非極性溶劑中極性溶劑中非極性溶劑中極性溶劑中nπ*π*π溶劑57五、Lambert-beer定律A=-lgT=ECLT=10–ECL=I/I0

A:吸光度T：透光率E：吸收系數(shù)C：溶液濃度（mol/L）L:液層厚度I:透過光功率I0：入射光功率

五、Lambert-beer定律A=-lgT=ECL58E物理意義：吸光物質(zhì)在單位濃度及單位厚度時的吸光度表示方法：1、摩爾吸光系數(shù)（ε或Em）2、百分吸光系數(shù)（比吸光系數(shù)，E1%1cm）兩者之間的關(guān)系：***吸光度具有加和性E物理意義：吸光物質(zhì)在單位濃度及單位厚度時的**59εmax吸收類型1~10很弱n，π*躍遷10~102弱102~103中等103~104強π，π*躍遷104~105很強ε的分類εmax吸收類型1~10很弱n，π*躍遷10~102弱1060六、偏離Lambert-Beer定律的因素化學因素濃度的改變

離解、締合、與溶劑間作用光學因素非單色光雜散光散射光和反射光非平行光A:0.2~0.7, 誤差較小A=0.4343誤差最小六、偏離Lambert-Beer定律的因素化學因素A:061第二節(jié)紫外可見分光光度計基本構(gòu)造：光源單色器檢測器吸收池訊號處理及顯示器第二節(jié)紫外可見分光光度計基本構(gòu)造：光源單色器檢測62紫外可見分光光度法課件631、光源⑴在所使用的波長范圍內(nèi)應(yīng)有足夠能量的連續(xù)光譜⑵有盡可能平均的發(fā)射強度⑶使用壽命長⑷價格合理，便于使用要求：1、光源要求：64光區(qū)光源適合波長優(yōu)缺點可見、近紅外（400~1000nm）鎢燈320~2500nm電壓要穩(wěn)定，壽命短、便宜鹵鎢燈320~2500nm光強高、壽命長紫外區(qū)（200~400nm）高壓汞燈200~1000nm價格貴、壽命短氙弧燈氫燈150~400nm常用，壽命長，價格適中氘燈常見光源及其性能返回光區(qū)光源適合波長優(yōu)缺點可見、近紅外（400~1000nm）652、單色器作用：色散型，產(chǎn)生高純度的單色光組成：入口狹縫、準直鏡、色散元件、聚焦透鏡、出口狹縫混合光準直鏡單色光λ1λ2色散元件進光狹縫出光狹縫2、單色器作用：色散型，產(chǎn)生高純度的單色光混合光準直鏡單色光66⑴色散元件棱鏡：消除雜散光，不能消除次級光線（≤3nm透過）光柵：消除雜散光，消除次級光線（≤1nm透過）⑵準直鏡聚光鏡焦點：狹縫紫外可見：一般用鍍鋁的拋物柱面反射鏡⑶狹縫（slit）返回⑴色散元件返回673、吸收池4、檢測器光電池光電管光電倍增管光二極管陣列檢測器（DAD）5、訊號處理與顯示器3、吸收池68幾種光路類型單光束：721751雙光束：240124502510PDA：幾種光路類型69（二）分光光度計的光學性能與類型光學性能波長范圍波長準確度波長重現(xiàn)性透光率測量范圍吸光度測量范圍光度準確度光度重復性分辨率雜散光（二）分光光度計的光學性能與類型光學性能70（三）、分光光度計的校正波長的校正氫燈或氘燈：486.13nm（F線）656.28nm（C線）鐠汝玻璃、苯蒸汽吸光度的校正標準溶液吸收池的校正A樣品、B參比