第七紫外可見分光光法演示文稿

第七紫外可見分光光度法演示文稿1目前一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點2優(yōu)選第七紫外可見分光光度法目前二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點一、概述–

分子光譜Ｅ＝Ｅe+Ｅv+ＥrΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

電子能級振動能級轉(zhuǎn)動能級目前三頁\總數(shù)七十頁\編于十七點一、概述–

分子光譜ΔΕr

0.005～0.050eV遠紅外光譜(分子轉(zhuǎn)動光譜)ΔΕv

0.05～１eV紅外光譜(分子振動光譜)ΔΕe

1～20eV紫外—可見光譜(分子的電子光譜)目前四頁\總數(shù)七十頁\編于十七點二、紫外可見光譜

可見吸收光譜：電子躍遷光譜

吸收光波長范圍400780nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。紫外吸收光譜：電子躍遷光譜吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。特點靈敏度高選擇性較好通用性強準確度較好操作簡單價格低廉目前五頁\總數(shù)七十頁\編于十七點吸收曲線與最大吸收波長

max用不同波長的單色光照射，測吸光度二、紫外可見吸收光譜不同濃度的溶液，測吸光度目前六頁\總數(shù)七十頁\編于十七點二、紫外可見吸收光譜同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，是物質(zhì)定性分析的依據(jù)。吸收譜帶的強度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，是物質(zhì)定量分析的依據(jù)。目前七頁\總數(shù)七十頁\編于十七點有機化合物的紫外—可見吸收光譜分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：形成單鍵的σ電子、形成雙鍵的π電子、未成鍵的n電子分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。當外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷，所需能量ΔΕ大小順序為：

n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

目前八頁\總數(shù)七十頁\編于十七點*躍遷能量很大吸收光譜在真空紫外區(qū)多為飽和烴甲烷 125nm乙烷 135nm目前九頁\總數(shù)七十頁\編于十七點n*躍遷

所需能量小于*躍遷（150-250nm）

若飽和烴中的氫原子被氧、氮、鹵素等原子或基團所取代，由于這些原子中含有n電子，可以發(fā)生n*躍遷摩爾吸光系數(shù)比較小，一般在100-3000L/molcm化合物 max maxH2O 167 1480CH3OH 184 150CH3Cl 173 200(CH3)2O 184 2520目前十頁\總數(shù)七十頁\編于十七點*和n*躍遷*和n*躍遷能量低（>200nm）

含有不飽和鍵的有機分子易發(fā)生這類躍遷

C=C;C=C;N=N;C=O

有機化合物的紫外-可見吸收光譜分析多以這兩類躍遷為基礎*比n*躍遷幾率大100-1000倍*躍遷吸收強，~104

n*躍遷吸收弱，500目前十一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點紫外光譜中常用的術語生色團：從廣義來說，所謂生色團，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團。但是，人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團。目前十二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點紫外光譜中常用的術語助色團

助色團是指帶有非鍵電子對的基團，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當它們與生色團相連時，會使生色團的吸收峰向長波方向移動，并且增加其吸光度。目前十三頁\總數(shù)七十頁\編于十七點生色團—— 含有鍵不飽和官能團助色團—— 基團本身無色，但能增強生色團顏色為含有n電子，且能與電子作用，產(chǎn)生n共軛184204254270苯（*）苯酚（—OH為助色團）/nm紫外光譜中常用的術語目前十四頁\總數(shù)七十頁\編于十七點紫外光譜中常用的術語紅移與藍移有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強度發(fā)生變化:某些有機化合物經(jīng)取代反應引入含有未共享電子對的基團（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2

）之后，吸收峰的波長將向長波方向移動，這種效應稱為紅移效應。在某些生色團如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波長會向短波方向移動，這種效應稱為藍移效應。如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3。目前十五頁\總數(shù)七十頁\編于十七點紅移—λmax向長波方向移動藍移—

向短波方向移動增色效應—吸收強度即摩爾吸光系數(shù)，ε增大的現(xiàn)象減色效應—吸收強度即摩爾吸光系數(shù)，

ε減小的現(xiàn)象引入取代基或改變?nèi)軇┳贤夤庾V中常用的術語目前十六頁\總數(shù)七十頁\編于十七點無機化合物的紫外—可見吸收光譜

⑴過渡金屬離子d一d的電子躍遷（2）鑭系和錒系離子的f一f電子躍遷

⑶電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜-絡合物的吸收在分光光度法中具有重要意義:微量組分的定量分析。

當吸收紫外可見輻射后，分子中原定域在金屬M軌道上電荷的轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道，或按相反方向轉(zhuǎn)移，這種躍遷稱為電荷轉(zhuǎn)移躍遷，所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜。目前十七頁\總數(shù)七十頁\編于十七點有機化合物紫外-可見吸收光譜1.飽和烴及其取代衍生物

飽和烴類分子中只含有鍵，只能產(chǎn)生*躍遷。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，超出紫外、可見分光光度計的測量范圍。飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n*的躍遷。n*的能量低于*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實用價值不大。但是它們是測定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。目前十八頁\總數(shù)七十頁\編于十七點2.不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和*兩種躍遷。*躍遷的能量小于*躍遷。例如，在乙烯分子中，*躍遷最大吸收波長為180nm

在不飽和烴類分子中，當有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統(tǒng)的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強度也隨之增強。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。

有機化合物紫外-可見吸收光譜目前十九頁\總數(shù)七十頁\編于十七點3.羰基化合物

羰基化合物含有C=O基團。C=O基團主要可產(chǎn)生*、n*、n*三個吸收帶，n*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等。羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n*吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對的助色團，如-OH、-Cl、-OR等，由于助色團上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n共軛，導致*軌道的能級有所提高，使n*躍遷所需的能量變大，n*吸收帶藍移至210nm左右。有機化合物紫外-可見吸收光譜目前二十頁\總數(shù)七十頁\編于十七點4.苯及其衍生物

苯有三個吸收帶，它們都是由*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（MAX=60，000）；E2帶出現(xiàn)在204nm（MAX=8000）；B帶出現(xiàn)在255nm（MAX=200）。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細結(jié)構(gòu)，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細結(jié)構(gòu)消失,當苯環(huán)上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。有機化合物紫外-可見吸收光譜目前二十一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點5.稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個吸收帶，但這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應增加。當芳環(huán)上的-CH基團被氮原子取代后，則相應的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n*吸收帶。有機化合物紫外-可見吸收光譜目前二十二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點溶劑對紫外吸收光譜的影響1.溶劑的極性

溶劑的極性越強，由π→π＊躍遷產(chǎn)生的譜帶向長波方向移動越顯著。這是因為發(fā)生π→π＊躍遷的分子激發(fā)態(tài)的極性總大于基態(tài)，在極性溶劑的作用下，激發(fā)態(tài)能量降低的程度大于基態(tài)，從而使基態(tài)到激發(fā)態(tài)躍遷所需的能量變小，使吸收帶發(fā)生紅移。

所用溶劑極性越強，則由n→π＊躍遷產(chǎn)生的譜帶向短波方向移動越明顯，即藍移越大。發(fā)生n→π＊躍遷的分子都含有未成鍵的孤對電子，與極性溶劑形成氫鍵，使得分子的非鍵軌道能量有較大程度的降低，使n→π＊躍遷所需的能量相應增大，致使吸收譜帶發(fā)生藍移。目前二十三頁\總數(shù)七十頁\編于十七點2.pH值對紫外光譜的影響pH值的改變可能引起共軛體系的延長或縮短，從而引起吸收峰位置的改變，對一些不飽和酸、烯醇、酚及苯胺類化合物的紫外光譜影響很大，如果化合物溶液變?yōu)閴A性時，吸收峰發(fā)生紅移，表明該化合物為酸性物質(zhì)。如果變?yōu)閴A性，發(fā)生藍移，可能為芳胺。例如：苯酚（當pH大于7時，發(fā)生紅移）苯胺與鹽酸苯胺溶劑對紫外吸收光譜的影響目前二十四頁\總數(shù)七十頁\編于十七點三、光的吸收定律

朗伯—比耳定律布格(Bouguer)—1729年朗伯(Lambert)—1760年光的吸收程度和吸收層厚度的關系

A∝b目前二十五頁\總數(shù)七十頁\編于十七點三、光的吸收定律比耳(Beer)—1852年

朗伯—比耳定律光的吸收程度和吸收物濃度之間的關系

A∝c目前二十六頁\總數(shù)七十頁\編于十七點三、光的吸收定律光的吸收程度和吸收層厚度的關系A∝b光的吸收程度和吸收物濃度之間的關系

A∝c

朗伯—比耳定律

A=ε

bc吸光光度法的理論基礎和定量測定的依據(jù)朗伯(Lambert)比耳(Beer)目前二十七頁\總數(shù)七十頁\編于十七點A：吸光度---溶液對光的吸收程度b：液層厚度(光程長度,cm)c：溶液的摩爾濃度，mol·L－１ε：摩爾吸光系數(shù)，L·mol－１·cm－１；三、光的吸收定律A＝lg（I0/It)=εbc濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度A＝lg（I0/It)=abcc：溶液的濃度，g·L－１

a：吸光系數(shù)，L·g－１·cm－１

濃度為1g/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度a——εa=ε/M

（M為摩爾質(zhì)量）

目前二十八頁\總數(shù)七十頁\編于十七點摩爾吸光系數(shù)三、光的吸收定律不隨濃度c和光程長度b的改變而改變，在溫度和波長等條件一定時，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關同一吸收物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示。代表可能達到的最大靈敏度。εmax越大表明光度法測定該物質(zhì)靈敏度越高ε>105：超高靈敏；ε=(6～10）×104

：高靈敏ε<2×104：不靈敏。目前二十九頁\總數(shù)七十頁\編于十七點三、光的吸收定律透過率T—

入射光透過溶液的程度T=It/I0吸光度A與透過率T的關系:A

＝－lgT

目前三十頁\總數(shù)七十頁\編于十七點偏離朗伯—比耳定律的原因

當溶液濃度較高時，標準曲線常發(fā)生彎曲，稱為偏離朗伯—比耳定律。原因物理性因素化學性因素目前三十一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點物理性因素難以獲得真正的純單色光——

儀器的原因選擇比較好的單色器將入射波長選定在待測物質(zhì)的最大吸收波長且吸收曲線較平坦處解決辦法前提條件之一：入射光為單色光目前三十二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點化學性因素假定：所有的吸光質(zhì)點之間不發(fā)生相互作用當溶液濃度c>10－2mol/L時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學平衡時。使吸光質(zhì)點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度目前三十三頁\總數(shù)七十頁\編于十七點例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2Ｏ72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同,故溶液pH對測定有重要影響.目前三十四頁\總數(shù)七十頁\編于十七點四、紫外可見分光光度計目前三十五頁\總數(shù)七十頁\編于十七點四、紫外可見分光光度計目前三十六頁\總數(shù)七十頁\編于十七點HitachiU3010

紫外可見分光光度計普析通用TU-1221型紫外可見分光光度計四、紫外可見分光光度計目前三十七頁\總數(shù)七十頁\編于十七點波長330~800nm722型光柵分光光度計四、紫外可見分光光度計目前三十八頁\總數(shù)七十頁\編于十七點光度計的基本結(jié)構(gòu)光源單色器狹縫樣品室檢測器目前三十九頁\總數(shù)七十頁\編于十七點在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜具有足夠的輻射強度較好的穩(wěn)定性較長的使用壽命可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。紫外區(qū)：氫、氘燈，發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。光源目前四十頁\總數(shù)七十頁\編于十七點

將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系統(tǒng)。單色器棱鏡、光柵目前四十一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點狹縫狹縫是指由一對隔板在光通路上形成的縫隙，用來調(diào)節(jié)入射單色光的純度和強度，也直接影響分辯力。出射狹縫的寬度通常有兩種表示方法：一為狹縫的實際寬度，以毫米（mm）表示，另一種為光譜頻帶寬度，即指由出射狹縫射出光束的光譜寬度，以毫微米nm表示。例如，出射狹縫的寬度是6nm，并不是說出射狹縫的寬度是6nm，而是指由此狹縫射出的光具有6nm的光譜帶寬。

目前四十二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點樣品室在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。目前四十三頁\總數(shù)七十頁\編于十七點

利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號檢測器光電池、光電管或光電倍增管。結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)檢流計、數(shù)字顯示、微機進行儀器自動控制和結(jié)果處理目前四十四頁\總數(shù)七十頁\編于十七點單光束儀器HW紅藍S1S2單色器樣品室目前四十五頁\總數(shù)七十頁\編于十七點單光束儀器的缺點：操作麻煩： 空白——IO樣品——I任一波長

不能進行吸收光譜的自動掃描光源不穩(wěn)定性影響測量精密度目前四十六頁\總數(shù)七十頁\編于十七點雙光束儀器IOI目前四十七頁\總數(shù)七十頁\編于十七點雙光束儀器的特點和不足：測量方便，不需要更換吸收池補償了儀器不穩(wěn)定性的影響實現(xiàn)了快速自動吸收光譜掃描不能消除試液的背景成分吸收干擾目前四十八頁\總數(shù)七十頁\編于十七點雙波長儀器切光器12采用雙單色器目前四十九頁\總數(shù)七十頁\編于十七點/nmA0200300400待測成分干擾成分12目前五十頁\總數(shù)七十頁\編于十七點消除光譜重疊干擾A1=Aa

1+Ai1

A2=Aa

2+Ai2

Ai1=Ai2

A=A1-

A2

=

Aa2-Aa

1=（a1-a2）bCa消除了共存組分的干擾目前五十一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點雙波長儀器能否消除背景干擾？A1=lgI0/I1=1bC+AbA2=lgI0/I2=2bC+Ab式中Ab為背景吸收或干擾物質(zhì)的吸收若波長選擇合適，1和2處

Ab相同目前五十二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點則A=lgI1/I2=（1-2）bC因此測量兩波長吸光度之差，就消除了背景吸收的干擾。目前五十三頁\總數(shù)七十頁\編于十七點/nmA0200300400123多組分混合物中各組分分別測定

——多波長分光光度法目前五十四頁\總數(shù)七十頁\編于十七點A1=11C1+12C2+13C3

A2=21C1+22C2+23C3A3=31C1+32C2+33C3ij為在波長i測定組分j的摩爾吸光系數(shù)Ai為在波長i測得該體系的總吸光度解上聯(lián)立方程可求出待測物濃度C1、C2、C3目前五十五頁\總數(shù)七十頁\編于十七點顯色反應及顯色條件的選擇顯色反應將待測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應顯色劑與待測組分形成有色化合物的試劑五、無機分析應用顯色反應類型絡合反應氧化還原反應取代反應縮合反應選擇要素靈敏度高(大)

選擇性好(以金納米為例)有色生成物穩(wěn)定組成恒定(不同絡合比顏色不同)顯色劑在測定波長處無明顯吸收有色化合物與顯色劑顏色對比度大，要求△>60nm。目前五十六頁\總數(shù)七十頁\編于十七點顯色條件的選擇1.顯色劑用量2.反應體系的酸度

影響金屬離子和顯色劑的存在形式、絡合物組成、穩(wěn)定性及反應進行程度目前五十七頁\總數(shù)七十頁\編于十七點顯色條件的選擇3.顯色時間4.顯色溫度5.溶劑6.干擾的消除選擇適當?shù)娘@色反應條件加入掩蔽劑分離干擾離子(萃取法、離子交換法、吸附法等）目前五十八頁\總數(shù)七十頁\編于十七點吸光度測量條件的選擇1.選擇適當?shù)娜肷涔獠ㄩL

一般應該選擇λmax為入射光波長。但如果λmax處有共存組分干擾時，則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長2.控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）Tmin＝36.8%,Amin＝0.434（吸光度測量誤差最小）最佳讀數(shù)范圍T%=70％～10％A=0.15～1.0目前五十九頁\總數(shù)七十頁\編于十七點

3.選擇合適的參比溶液若僅待測組分與顯色劑反應產(chǎn)物有吸收，其它試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；若顯色劑或其它試劑略有吸收，試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；若待測試液有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液。目前六十頁\總數(shù)七十頁\編于十七點定性分析結(jié)構(gòu)分析標準譜圖對照經(jīng)驗規(guī)則計算官能團鑒定順反異構(gòu)體的確定互變異構(gòu)體的確定五、有機分析應用目前六十一頁\總數(shù)七十頁\編于十七點化合物的定性分析

利用紫外光譜可以推導有機化合物的分子骨架中是否含有共軛結(jié)構(gòu)體系,如C=C－C=C、C=C－C=O、苯環(huán)等。利用紫外光譜鑒定有機化合物遠不如利用紅外光譜有效，因為很多化合物在紫外沒有吸收或者只有微弱的吸收，并且紫外光譜一般比較簡單，特征性不強。利用紫外光譜可以用來檢驗一些具有大的共軛體系或發(fā)色官能團的化合物，可以作為其他鑒定方法的補充。鑒定化合物主要是根據(jù)光譜圖上的一些特征吸收，特別是最大吸收波長λmax即摩爾吸光系數(shù)ε值，來進行鑒定。目前六十二頁\總數(shù)七十頁\編于十七點鑒定的方法有兩種：（1）與標準物、標準譜圖對照：將樣品和標準物以同一溶劑配制相同濃度溶液，并在同一條件下測定，比較光譜是否一致。（2）吸收波長和摩爾吸光吸收：如果樣品和標準物的吸收波長相同，摩爾吸光吸收也相同，可以認為樣品和標準物是同一物質(zhì)?；衔锏亩ㄐ苑治瞿壳傲揬總數(shù)七十頁\編于十七點⑴若在200～750nm波長范圍內(nèi)無吸收峰，則可能是直鏈烷烴、環(huán)烷烴、飽和脂肪族化合物或僅含一個雙鍵的烯烴等。不含共軛體系，無醛、酮、溴、碘。官能團鑒定⑵若在270～350nm波長范圍內(nèi)有低強度吸收峰(ε＝10