第七章、紫外可見吸收光譜法

第七章紫外-可見分光光度法(UltravioletandVisibleSpectrophotometry,UV-Vis)

1紫外-可見吸收光譜2吸收光譜的測量-----Lambert-Beer

定律3紫外-可見光度計儀器組成4UV-Vis分光光度法的應(yīng)用第一節(jié)

紫外-可見吸收光譜一、分子吸收光譜的形成1.過程：運(yùn)動的分子外層電子--------吸收外來輻射------產(chǎn)生電子能級躍遷-----分子吸收譜。2.能級組成：除了電子能級(Electronenergylevel)外，分子吸收能量將伴隨著分子的振動和轉(zhuǎn)動，在發(fā)生電子能級躍遷時，伴有振-轉(zhuǎn)能級的躍遷，形成所謂的帶狀光譜。因此，分子的能量變化E為各種形式能量變化的總和：其中Ee最大：1-20eV;Ev次之：0.05-1eV;Er最小：0.05eV不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同或者說其分子能級的能量(各種能級能量總和)或能量間隔各異，因此不同物質(zhì)將選擇性地吸收不同波長或能量的外來輻射，這是UV-Vis定性分析的基礎(chǔ)。

定性分析具體做法是讓不同波長的光通過待測物，經(jīng)待測物吸收后，測量其對不同波長光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A為縱坐標(biāo)，輻射波長為橫坐標(biāo)作圖，得到該物質(zhì)的吸收光譜或吸收曲線，據(jù)吸收曲線的特性(峰強(qiáng)度、位置及數(shù)目等)研究分子結(jié)構(gòu)。各軌道能級高低順序：

n**（分子軌道理論計算結(jié)果）；可能的躍遷類型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮幾種有機(jī)化合物的分子吸收光譜圖。有機(jī)分子能級躍遷1.可能的躍遷類型有機(jī)分子包括:成鍵軌道、；反鍵軌道*、*非鍵軌道n

例如H2O分子的軌道：

CHHOoooo==o=n二、分子吸收光譜躍遷類型-*：C-H共價鍵，如CH4（125nm）；C-C鍵，如C2H6(135nm)，處于真空紫外區(qū)；-*和-*躍遷：盡管所需能量比上述-*躍遷能量小，但波長仍處于真空紫外區(qū)；n-*：含有孤對電子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl(173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)，可見，大多數(shù)波長仍小于200nm，處于近紫外區(qū)。以上四種躍遷都與成鍵和反鍵軌道有關(guān)（-*，-*，-*和n-*），躍遷能量較高，這些躍遷所產(chǎn)生的吸收譜多位于真空紫外區(qū)，因而在此不加討論。

只有-*和n-*兩種躍遷的能量小，相應(yīng)波長出現(xiàn)在近紫外區(qū)甚至可見光區(qū)，且對光的吸收強(qiáng)烈，是我們研究的重點(diǎn)。2.幾個概念：生色團(tuán)：分子中含有非鍵或鍵的電子體系，能吸收特征外來輻射時并引起n-*和-*躍遷，可產(chǎn)生此類躍遷或吸收的結(jié)構(gòu)單元，稱為生色團(tuán)。助色團(tuán)：含有孤對電子，可使生色團(tuán)吸收峰向長波方向移動并提高吸收強(qiáng)度的一些官能團(tuán)，稱之為助色團(tuán)。常見助色團(tuán)助色順序為：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-紅移或藍(lán)移:

在分子中引入的一些基團(tuán)或受到其它外界因素影響，吸收峰向長波方向（紅移）或短波方向移動（藍(lán)移）的現(xiàn)象。那么促使分子發(fā)生紅移或藍(lán)移的因素有哪些呢？1）共軛體系的存在----紅移如CH2=CH2的-*躍遷，max=165~200nm；而1,3-丁二烯，max=217nm2）異構(gòu)現(xiàn)象：使異構(gòu)物光譜出現(xiàn)差異。如CH3CHO含水化合物有兩種可能的結(jié)構(gòu)：CH3CHO-H2O及CH3CH(OH)2;已烷中，max=290nm，表明有醛基存在，結(jié)構(gòu)為前者；而在水溶液中，此峰消失，結(jié)構(gòu)為后者。3）空間異構(gòu)效應(yīng)---紅移如CH3I(258nm),CH2I2(289nm),CHI3(349nm)4）取代基：紅移或藍(lán)移。取代基為含孤對電子，如-NH2、-OH、-Cl，可使分子紅移；取代基為斥電子基，如-R，-OCOR，則使分子藍(lán)移。苯環(huán)或烯烴上的H被各種取代基取代，多產(chǎn)生紅移。5）pH值：紅移或藍(lán)移苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm兩個吸收帶；而在堿性溶液中，則分別紅移到235nm和287nm（p-共軛）.6）溶劑效應(yīng)：紅移或藍(lán)移

由n-*躍遷產(chǎn)生的吸收峰，隨溶劑極性增加，形成H鍵的能力增加，發(fā)生藍(lán)移；由-*躍遷產(chǎn)生的吸收峰，隨溶劑極性增加，激發(fā)態(tài)比基態(tài)能量有更多的下降，發(fā)生紅移。隨溶劑極性增加，吸收光譜變得平滑，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。第二節(jié)吸收光譜的測量-----Lambert-Beer

定律一、

幾個術(shù)語

二、朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律當(dāng)入射光波長一定時，待測溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比，即k為比例系數(shù)，與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長有關(guān)。

當(dāng)濃度以g/L表示時，稱k為吸光系數(shù)，以a表示，即

當(dāng)濃度以mol/L表示時，稱k為摩爾吸光系數(shù)，以表示，即比a更常用。越大，表示方法的靈敏度越高。與波長有關(guān)，因此，常以表示。三、偏離L-B定律的因素樣品吸光度A與光程b總是成正比。但當(dāng)b一定時，A與c并不總是成正比，即偏離L-B定律！這種偏離由樣品性質(zhì)和儀器決定。1.樣品性質(zhì)影響a）待測物高濃度--吸收質(zhì)點(diǎn)間隔變小—質(zhì)點(diǎn)間相互作用—對特定輻射的吸收能力發(fā)生變化---變化；b）試液中各組份的相互作用，如締合、離解、光化反應(yīng)、異構(gòu)化、配體數(shù)目改變等，會引起待測組份吸收曲線的變化；c）溶劑的影響：對待測物生色團(tuán)吸收峰強(qiáng)度及位置產(chǎn)生影響；d）膠體、乳狀液或懸浮液對光的散射損失。第三節(jié)紫外-可見分光光度計的組成紫外-可見光度計儀器由光源、單色器、吸收池和檢測器四部分組成。一、光源對光源基本要求：足夠光強(qiáng)、穩(wěn)定、連續(xù)輻射且強(qiáng)度隨波長變化小。1.鎢及碘鎢燈：340~2500nm，多用在可見光區(qū)；2.氫燈和氘燈：160~375nm，多用在紫外區(qū)。二、單色器(Mnochromator)

與原子吸收光度儀不同，在UV-Vis光度計中，單色器通常置于吸收池的前面！（可防止強(qiáng)光照射引起吸收池中一些物質(zhì)的分解）三、吸收池(Cell，Container)：用于盛放樣品。可用石英或玻璃兩種材料制作，前者適于紫外區(qū)和可見光區(qū)；后者只適于可見光區(qū)。有些透明有機(jī)玻璃亦可用作吸收池。四、檢測器：硒光電池、光電倍增管、二極管陣列檢測器二、紫外可見光度計儀器分光光度計分為單波長和雙波長儀器。1.單波長分光光度計單光束雙光束（空間分隔）雙光束（時間分隔）特點(diǎn)：雙光束方法因光束幾乎同時通過樣品池和參比池，因此可消除光源不穩(wěn)產(chǎn)生的誤差。光源檢測器單色器單色器切光器吸收池雙波長分光光度計示意圖2.雙波長分光度計通過切光器使兩束不同波長的光交替通過吸收池，測得吸光度差A(yù)。AB1和AB2分別為在1和2處的背景吸收，當(dāng)1和2

相近時，背景吸收近似相等。二式相減，得這表明，試樣溶液濃度與兩個波長處的吸光度差成正比。特點(diǎn)：可測多組份試樣、混濁試樣、而且可作成導(dǎo)數(shù)光譜、不需參比液(消除了由于參比池的不同和制備空白溶液等產(chǎn)生的誤差)、克服了電源不穩(wěn)而產(chǎn)生的誤差，靈敏度高。第四節(jié)UV-Vis分光光度法的應(yīng)用一、定性分析1.制作試樣的吸收曲線并與標(biāo)準(zhǔn)紫外光譜對照；2.利用Woodward-Fieser

和Scott經(jīng)驗規(guī)則求最大吸收波長。即，當(dāng)通過其它方法獲得一系列可能的分子結(jié)構(gòu)式后，可通過此類規(guī)則估算最大吸收波長并與實測值對比。Woodward-Fieser規(guī)則Woodward-Fieser規(guī)則估算最大吸收波長的幾個實例：四二、定量分析1.單組份定量方法1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（略）2）標(biāo)準(zhǔn)對比法：該法是標(biāo)準(zhǔn)曲線法的簡化，即只配制一個濃