4紫外可見光譜與紫外可見光譜儀課件

內(nèi)容提要一、紫外可見光譜概述二、各類化合物的紫外吸收三、紫外譜圖的解析四、紫外光譜應用舉例五、紫外及可見分光光度計六、紫外－可見分光光度法的應用1。紫外-可見光區(qū)的劃分可見光部分：360-760nm近紫外：200-360nm遠紫外：10-200nm由于遠紫外的吸收測量必須在真空條件下進行，故使用受到限制；通常紫外-可見光區(qū)域指的是200-800nm的范圍。一、紫外可見光譜概述赤色橙色紅色綠色青色藍色紫色物質顏色吸收光顏色波長/nm黃綠紫400-450黃藍450-480橙綠藍480-490紅藍綠490-500紫紅綠500-560紫黃綠560-580藍黃580-600綠藍橙600-650藍綠紅650-7502。分子的紫外—可見吸收光譜是基于物質分子吸收紫外輻射或可見光，其外層電子躍遷而成，又稱分子的電子躍遷光譜。與有機物分子紫外-可見吸收光譜有關的電子是：形成單鍵的電子，形成雙鍵的電子以及未共享的或稱為非鍵的n電子。

3。各種電子的能級高低次序

*>

*>n>>躍遷類型吸收帶特征max*遠紫外區(qū)遠紫外區(qū)測定n*端吸收紫外區(qū)短波長端至遠紫外區(qū)的強吸收*E1芳香環(huán)的雙鍵吸收>200K(E2)共軛多稀、-C=C-C=O-等的吸收>10000B芳香環(huán)、芳香雜環(huán)合物的吸收，具有精細結構>100n*R同時存在雜原子和雙鍵電子<1004。吸收帶的類型在高極性溶劑中作圖,精細結構完全消失，如圖d。當稀薄氣態(tài)分子吸收紫外輻射后，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),其同時伴隨有振動能級的躍遷,和轉動能級的躍遷,所以圍繞I、II、III,有一系列分立的轉動能級躍遷譜線如圖a；當濃度增大時,轉動能級受限制,形成連續(xù)曲線，如圖b；在低極性溶劑中測定紫外吸收,還能保留一些紫外吸收的精細結構(c)；5。紫外-可見吸收光譜的特點由于分子中的每個電子能級上都耦合有許多的振-轉能級，所以，紫外-可見吸收光譜具有“帶狀吸收”的特點。紫外-可見吸收光譜圖

λmax:紫外-可見光譜中最大吸收峰對應的波長，它用來描述某種有機物分子在紫外可見光譜中的特征吸收。6。紫外吸收光譜中的基本術語生色團：產(chǎn)生紫外(或可見)吸收的不飽和基團，如C＝C、C＝O、NO2等。助色團：其本身是飽和基團(常含雜原子)，它連到生色團時，能使后者吸收波長變長或吸收強度增加(或同時兩者兼有)，如：OH、NH2、Cl等。深色位移：由于基團取代或溶劑效應，最大吸收波長變長。深色位移亦稱為紅移。淺色位移：由于基團取代或溶劑效應，最大吸收波長變短。淺色位移亦稱為藍移。增色效應：使吸收強度增加的效應。減色效應：使吸收強度減小的效應。摩爾吸收系數(shù)（）：物質在濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時溶液的吸光度。二、各類化合物的紫外吸收1、簡單分子a.飽和的碳氫化合物；如甲烷、乙烷等唯一可發(fā)生的躍遷為σ→σ*屬遠紫外范圍。b.含雜原子的飽和化合物；如硫醚、二硫化物、硫醇、胺、溴化物、碘化物等有n→σ*躍遷，但在近紫外的吸收很弱。c.含非共軛烯、炔基團的化合物；可以發(fā)生π→π*躍遷，如乙烯吸收在165nm、乙炔吸收在173nm，所以，在近紫外區(qū)仍無吸收。d.含不飽和雜原子的化合物；由于存在n→π*的躍遷，盡管吸收強度低，但畢竟其吸收位置較佳，易于檢測。因此，在紫外鑒定中是不應忽視的。2、含有共軛體系的分子a.共軛體系的形成使吸收移向長波方向

如從乙烯到共軛丁二烯，原烯基的兩個能級各自分裂為兩個新的能級，在原有π→π*躍遷的長波方向出現(xiàn)新的吸收。一般把共軛體系的吸收帶稱為K帶。217nmb.共軛烯吸收的計算值計算舉例

因兩個環(huán)的張力，提高了電子基態(tài)的能量。注意：用上述規(guī)則進行計算時，有計算誤差較大的例外情況。當存在環(huán)張力或兩個烯鍵不處于同一平面而影響共軛體系的形成時，計算值都偏離實測，菠烯即是一例：C、共軛醛、酮紫外吸收(K帶)的計算最大吸收波長與取代基的類型和位置有關。每個取代基位移增量助色團取代：-SR（位）-Cl位位-Br位位-NR2（位）+85+15+12+25+30+95助色團取代：-OH位位位-OMc位位位位+35+30+50+35+30+17+31計算舉例，-不飽和醛、酮的摩爾吸收系數(shù)一般大于10000，它的最大吸收波長隨著共軛鏈的長度的增加而增大。d、α，β－不飽和酸、酯比位更高位的烷基取代e、芳香族化合物苯:它顯示三個吸收帶，它們均起源于苯環(huán)π→π*的躍遷，如下表所示。其中II、III為禁戒躍遷。給電子基主要使苯環(huán)的K帶往長波長方向移動，給電子能力越強，移動越大；給電子基的給電子能力順序為：-N(C2H5)2>-N(CH3)2>-NH2>-OH>-OCH3>-NHCOCH3>-OCOCH3>-CH2CH2COOH>-H取代苯K-吸收帶B-吸收帶max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6H5-CH32077000261225C6H5-OH21162002701450C6H5-NH223086002801430取代苯K-吸收帶B-吸收帶max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6H5-NO2268C6H5-COCH3278.5C6H5-N(CH3)22982100吸電子基使苯環(huán)的B帶往長波長方向移動，吸電子作用越強，移動越??；吸電子基的作用強度順序是：-N+(CH3)3>-NO2>-SO3H>-COH>-COO->-COOH>-COCH3>-Cl>-Br>-If、雜芳環(huán)化合物五員雜芳環(huán)按照呋喃、吡咯、噻吩的順序紫外吸收波長逐漸增大。由于硫的電子較氮、氧能更好地和二烯的π電子共軛。g.溶劑的影響

溶劑極性增大，導致：*躍遷，能量減少，所以，吸收帶紅移,n*躍遷，能量增大，所以，吸收帶藍移。如：N-亞硝基二甲胺在不同溶劑中的紫外吸收光譜圖溶劑極性增大，吸收峰呈規(guī)律性藍移①化合物在220－800nm內(nèi)無紫外吸收，說明該化合物是脂肪烴或它們的簡單衍生物(氯化物、醇、醚、羧酸等)，甚至可能是非共軛的烯。②220－250nm內(nèi)顯示強的吸收(ε近10000或更大)，這表明K帶的存在。即存在共扼的兩個不飽和鍵(共軛二烯或α，β－不飽和醛、酮)。3。紫外譜圖提供的結構信息小結③250－290nm內(nèi)顯示中等強度吸收，且常顯示不同程度的精細結構，說明有苯環(huán)或某些雜芳環(huán)的存在。④250－350nm內(nèi)顯示中、低強度的吸收，說明羰基或共軛羰基的存在。⑤300nm以上的高強度吸收，說明該化合物具有較大的共軛體系。若高強度吸收具有明顯的精細結構。說明稠環(huán)芳烴、稠環(huán)雜芳烴或其衍生物的存在。兩者具有相似的紫外吸收峰,是因為，兩分子中有相同的O=C-C=C共軛結構。例1：膽甾酮（a）與異亞丙基丙酮（b）的紫外光譜圖*電子躍遷n*電子躍遷

例2：烷基取代硝基苯的紫外光譜圖與硝基苯相比，2,4,6-三丁基硝基苯在255nm附近的吸收峰已經(jīng)消失；可以清楚地看到空間阻礙對分子吸收光譜的影響。

例3:偶氮苯順反異構體的紫外吸收譜圖順式偶氮苯反式偶氮苯反式偶氮苯的摩爾吸光系數(shù)則遠遠大于順式，且吸收峰位紅移。因為，反式偶氮苯的空間位阻小。三、紫外光譜的定析方法1.比較未知物與已知標準物質的紫外光譜圖，若兩者的譜圖相同，則可認為待測樣品與已知物質具有相同的生色團。2.紫外吸收光譜相同，兩種化合物有時不一定相同，所以在比較λmax的同時，還要比較它們的ε值。3.紫外－可見吸收光譜可用于檢出某些官能團。1.Lamber-Beer定律—吸收光譜法基本定律四、紫外光譜的定量分析它描述物質對單色光吸收強弱與液層厚度和待測物濃度的關系。假設一束平行單色光通過一個均勻的、非散射的吸光物體，取物體中一極薄層，Lamber-Beer定律的適用條件（前提）入射光為單色光，均勻非散射的稀溶液該定律適用于均勻非散射固體、液體和氣體樣品在同一波長下,各組分吸光度具有加和性A=A1+A2++An2．吸光度測量的條件選擇：1）測量波長的選擇:

max?Amax,測定靈敏度高選A=0.15-1.002）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：3）參比溶液(空白溶液)的選擇：

解兩方程即可求出組份A和B的濃度。也可以利用雙波長分光光度法或導數(shù)分光光度法等新方法測定。3．定量分析的類型（1）單組分分析：標準曲線法或標準比較法（2）多組分的分析：①當各組分的吸收光譜不重疊時，如單組分測定。②若兩組分的吸收光譜互相重疊時，可以根據(jù)吸光度的加和性，在多個波長下測定吸光度并利用解聯(lián)立方程方法求解。即（3）其它分光光度分析法①雙波長分光光度法a．雙波長等吸收法：當光譜重疊、但兩組份的兩吸收峰在測定波長范圍內(nèi)重疊時，在其光譜中選擇兩波長，在選定的波長處，干擾組分有相同的吸收；被測組分與干擾組分的吸收有足夠大的差別。則兩波長處吸光度的差值與被測組份的濃度成正比。因為所以可見，在雙波長分光光度法中吸光度的差值與干擾組份無關。b．比例系數(shù)雙波長法：當光譜重疊、但干擾組份的吸收峰不在測定波長范圍內(nèi)的兩組份共存時，在其光譜中選擇兩波長，在選定的波長處，干擾組分的吸收與測定波長處的吸收存在一定比例，即時，；被測組分與干擾組分的吸收有足夠大的差別。則兩波長處吸光度的差值與被測組份的濃度成正比。③導數(shù)分光光度法導數(shù)分光光度法是利用自動電路對光譜進行求導，其導數(shù)信號與濃度成正比，即奇數(shù)階導數(shù)光譜中的零，偶數(shù)階導數(shù)光譜中的極值（極大或極?。?，對應于常規(guī)吸收曲線上的最大值。隨著導數(shù)階數(shù)增加，吸收峰的尖銳程度增大，帶寬減小，因此有利于重疊峰的分離、有利于肩峰的測定、并能準確地確定寬吸收帶上的最大吸收波長。3.偏離Beer定律的因素偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個方面光學因素化學因素透光率的測量誤差五、紫外及可見分光光度計UV-1201紫外-可見分光光度計

1.整機結構：由光源、色散系統(tǒng)（單色器）、樣品室、檢測系統(tǒng)、信號讀出與顯示系統(tǒng)等五部分組成。鎢燈或鹵鎢燈—可見光源350-1000nm氫燈或氘燈——紫外光源200-360nm光源：鎢燈氘燈吸收池：玻璃-能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英-不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)要求：匹配性（對光的吸收和反射應一致）色散系統(tǒng)組成:由單色器或濾色片組成。主要目的:從復合光中選擇或分離出某一特定波長的光。濾色片：一種簡單而廉價的波長選擇器。通常有中性濾光片、截止濾光片、帶通濾光片以及校正濾光片等。

棱鏡——對不同波長的光折射率不同色散元件分出的光波長不等距

光柵——衍射和干涉分出的光波長等距單色器的組成：入射狹縫、準直裝置(透鏡或凹面反射鏡)、色散元件(棱鏡或光柵)、聚焦元件以及出射狹縫等部分組成。

分光過程：入射狹縫用于限制雜散光進入單色器，準直鏡將入射光束變?yōu)槠叫泄馐筮M入棱鏡。棱鏡將復合光分解成單色光，然后通過聚焦鏡將出自色散元件的同波長的平行光聚焦于出口狹縫。通過移動出口狹縫的位置就可以將不同波長的光選擇性射出。棱鏡單色器的結構如下圖所示光柵單色器的結構如下圖所示設S為位于透鏡L1物方焦面上的入射狹縫，G為光柵，光柵常量為d，自L1射出的平行光垂直照射在光柵G上；透鏡L2將與光柵法線成角的衍射光會聚于出口狹縫所在的面上，則產(chǎn)生衍射亮條紋的條件為：調(diào)整角的大小，就可以將不同波長的光選擇性射出。

檢測器：將光信號轉變?yōu)殡娦盘柕难b置光電池光電管（紅敏和藍敏）光電倍增管(PMT)二極管陣列檢測器檢測器

內(nèi)部抽真空的玻璃管內(nèi)配置有光電陰極(K)和陽極(A>，位于兩者之間的是若干個倍增極(1-3個)。光電陰極和倍增極上涂有容易發(fā)射電子的光敏物質(如Sb-Cs或Ag-O-Cs等)，在K和A之間施加1000V的直流電壓。PMT的結構與原理

當光信號照射在K上時，由于光電效應而產(chǎn)生電子，并被電場加速撞擊倍增極(1-3)，產(chǎn)生出2-5倍的次級電子，依此類推，最后在A上收集到的電子數(shù)將是K發(fā)出的電子數(shù)的105一108倍光電流。單光束型紫外可見光譜儀：這種光譜儀的單一分析光束從單色器分離而得，交互通過參比溶液和樣品溶液來進行吸光度的比較并測定。2、紫外可見光譜儀的類型

根據(jù)儀器的光路，分為單光束和雙光束型兩種類型。這種光譜儀的最大優(yōu)點是結構簡單，價廉耐用，維修容易，適用于常規(guī)分析。2.雙光束光譜儀從光源出發(fā)的紫外和可見光經(jīng)聚焦后通過狹縫進人單色器中。從復合光中經(jīng)色散得到的單色光經(jīng)準直和聚焦后在分光器上分為兩束，并分別通過樣品池和參比池。經(jīng)樣品池紫外吸收后的光強度和參比池光強度的差異由檢測器檢出、放大后以吸光度一波長或透射率一波長的形式記錄下來，就可以獲得樣品的UV-Vis的吸收光譜。3、紫外可見光譜儀的操作A、先將儀器預熱至少10分鐘，啟動紫外可見分光光度計應用程序，軟件將自動進入到自檢畫面進行光譜儀的校正。波長校正可用隨機配置的鐠銣(Pr-Nd)玻璃或鈥（huo）

(Ho)玻璃所具有的特征吸收峰來校正。吸光度的校正可通過若干物質如CuS04、K2Cr04的標準溶液來進行。校正前按儀器廠家要求的濃度配制好標準物，在一定溫度(25oC)下利用不同波長測量標準吸光度值，再與儀器廠家提供的吸光度校正表對照調(diào)整即可。B、進行光譜掃描對參照物和待測物進行光譜掃描，如實地顯示樣品的全波長圖譜并保存起來以用于分析。4、進行紫外可見光譜檢測時的分析條件的選擇優(yōu)化a.樣品濃度通常樣品濃度小于0.Olmol/L的稀溶液才遵從朗伯比爾定律，所以樣品濃度過大或過小時會影響測定結果。通常應調(diào)節(jié)樣品濃度使之在合適的吸光度范圍(0.2-0.8)之內(nèi)。b.測量波長與狹縫寬度應選擇最強吸收帶的最大吸收波長max為測量波長以得到最大的測量靈敏度。另外，狹縫寬度大約為樣品吸收峰半寬度的十分之一左右才能兼顧靈敏度和光強度。C、溶劑的選擇考慮到紫外可見光譜儀測定中存在的溶劑效應問題，制備分析用樣品的溶液時必須考慮選擇合適的溶劑。對溶劑的基本要求是在測定波長范圍內(nèi)無吸收、透明且化學惰性(不與樣品發(fā)生化學反應)，同時也應考慮揮發(fā)性小、毒性低、不易燃等。另外，樣品應在所選溶劑中有足夠的溶解度，濃度一般宜在10-5-10-2mol/L范圍內(nèi)。下表是若干常用有機溶劑及其吸收特性，可供參