11-4-15紫外第二节.ppt

化工产品检验课件 紫外可见分光光度法 引入 可见分光光度法 可见分光光度法是利用测量有色物质对某一单色光吸收程度来进行定量的 显色剂 显色反应及其影响因素 显色反应 将被测组分转变成有色化合物的化学反应 显色剂 能与被测组分反应使之生成有色化合物的试剂 选择性好所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色 或其它组分干扰少 灵敏度足够高有色化合物有大的摩尔吸光系数 一般应有104 105数量级 有色配合物的组成要恒定显色剂与被测物质的反应要定量进行 生成的有色配合物稳定性好色差大有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大 这样试剂空白小 显色时颜色变化才明显 max 60nm 对显色反应的要求 1 无机显色剂 SCN Fe SCN 5 2 H2O2 TiO H2O2 2 2 有机显色剂 显色剂 3 多元络合物多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络合物 目前应用较多的是由一种金属离子与两种配位体所组成的三元络合物 三元络合物在吸光光度分析中应用较普遍 重要的三元络合物类型有 三元混配络合物 离子缔合物 三元胶束配合物 显色反应的条件 1 显色剂的用量 c M pH一定 a b 2 溶液的酸度 1 对有色化合物组成的影响 pH 4Fe C7H4O3 紫红色pH 4 7Fe C7H4O3 2 橙红色pH 8 10Fe C7H4O3 33 黄色 2 溶液的酸度 2 溶液酸度变化 显色剂的颜色可能发生变化 HR H R nR Mn MRn pH升高 M M OH M OH n 3 对被测组分存在状态的影响 pH与吸光度的关系曲线 pH pH1 pH pH2 c M c R 一定 3 确定显色温度及显色时间 显色温度 要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致 显色时间 通过实验确定合适的显色时间 并在一定的时间范围内进行比色测定 4 溶剂 有机溶剂降低有色化合物的解离度 提高显色反应的灵敏度 3 改变干扰离子价态 测Ni2 时 Fe2 有干扰 加入氧化剂 Fe2 Fe3 4 分离干扰离子 用萃取 沉淀 电解 离子交换等方法 5 还可选择适当的参比溶液和入射光的波长等方法来消除共存离子的干扰 2 加入掩蔽剂 如用SCN 测定Co2 时 Fe3 有干扰 加入F Fe3 6F FeF63 Fe3 被掩蔽 1 控制酸度 使干扰离子不显色 5 共存离子的影响 1 选择适当的入射波长一般应该选择 max为入射光波长 如果 max处有共存组分干扰时 则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长 测量条件的选择 无干扰 选择 max 有干扰 以参比溶液为参考 调节仪器A 0 T 100 消除吸收池及溶剂等产生的反射 吸收等影响 存在吸收池反射池和溶剂等背景吸收 2 参比溶液的选择 2 参比溶液的选择 作用 扣除非待测组分的吸收 调A 0或T 100 A 样 A 待测吸光物质 A 干扰 A 池 A 参比 A 干扰 A 池 2 选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液 测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度 参比溶液的选择一般遵循以下原则 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收 其它所加试剂均无吸收 用纯溶剂 水 作参比溶液 若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收 而试液本身无吸收 用 试剂空白 不加试样溶液 作参比溶液 若待测试液在测定波长处有吸收 而显色剂等无吸收 则可用 试样空白 不加显色剂 作参比溶液 若显色剂 试液中其它组分在测量波长处有吸收 则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂 作为参比溶液 3 控制适宜的吸光度范围 浓度测量值的相对误差 c c 不仅与仪器的透光度误差 T有关 而且与其透光度读数T的值也有关 应控制A 0 2 0 8之间 控制方法 1 控制溶液浓度A 0 8时 稀释后测量 A0 8时 选择光程小的吸收池 A 0 2时 选择光程大的吸收池 分光光度法 标准曲线法 一元线性回归法 标准对照法 内插法 定量分析方法 2020年1月15日12时8分 用邻二氮菲分光光度法测定铁的标准曲线 数据如下表 40 00mL水样在相同条件下测定的吸光度为0 160 求水样中铁的含量 标准曲线法 首先绘制标准曲线 然后查找试液吸光度对应的浓度为cFe2 27 0 g 50mL 再换算水样铁的含量 26 2020年1月15日12时8分 返回 分光光度法中的线性回归 一元线性回归分析与最小二乘法原理 工作曲线可以用一元线性方程表示y a bx X为标准溶液的浓度 y为相应的吸光度 a b称为回归系数 直线称回归直线 b为直线斜率 可由下式求出 式中 分别为x和y的平均值 工作曲线的好坏可以用回归直线的相关系数来表示 相关系数接近1 说明工作曲线线性好 一般要求大于0 999 例1用吸光光度法测定合金中Mn的含量 吸光度与Mn的含量间有下列关系 Mn的质量00 020 040 060 080 100 12未知样吸光度0 0320 1350 1870 2680 3590 4350 5110 242试列出标准曲线的回归方程并计算未知试样中Mn的含量 解此组数据中 组分浓度为零时 吸光度不为零 这可能是在试剂中含有少量Mn 或者含有其它在该测量波长下有吸光的物质 设Mn含量值为x 吸光度值为y 先计算回归系数 b值 n 7 该标准曲线的回归方程为y 0 038 3 95x未知试样的吸光度为y 0 242 故求出试样中Mn0 052 定量分析方法 2 多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠 则可在各自最大吸收波长处分别进行测定 这本质上与单组分测定没有区别 若各组分的吸收曲线互有重叠 则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量 A 1 Ka 1bca Kb 1bcbA 2 Ka 2bca Kb 2bcb 定义 肉眼比较溶液颜色以确定物质含量方法原理 右图 优点 仪器简单 操作简便 灵敏度高缺点 准确度不高 标准系列不能久存 目视比色法 三 分子吸收光谱与电子跃迁 1 紫外 可见吸收光谱有机化合物的紫外 可见吸收光谱 是其分子中外层价电子跃迁的结果 三种 电子 电子 n电子 分子轨道理论 一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道 通常外层电子均处于分子轨道的基态 即成键轨道或非键轨道上 外层电子吸收紫外或可见辐射后 就从基态向激发态 反键轨道 跃迁 主要有四种跃迁所需能量 大小顺序为 n n 跃迁 所需能量最大 电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区 吸收波长 200nm 只能被真空紫外分光光度计检测到 如甲烷的 为125nm 乙烷 max为135nm n 跃迁所需能量较大 吸收波长为150 250nm 大部分在远紫外区 近紫外区仍不易观察到 含非键电子的饱和烃衍生物 含N O S和卤素等杂原子 均呈现n 跃迁 如一氯甲烷 甲醇 三甲基胺n 跃迁的 分别为173nm 183nm和227nm 跃迁 所需能量较小 吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区 摩尔吸光系数 max一般在104L mol 1 cm 1以上 属于强吸收 不饱和烃 共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁 如 乙烯 跃迁的 为162nm max为 1 104L mol 1 cm 1 n 跃迁需能量最低 吸收波长 200nm 摩尔吸光系数一般为10 100L mol 1 cm 1 吸收谱带强度较弱 分子中孤对电子和 键同时存在时发生n 跃迁 丙酮n 跃迁的 为275nmKmax为22L mol 1 cm 1 溶剂环己烷 CH3Cl分子中有几种类型的价电子 在紫外光辐照下可发生何种类型的电子跃迁 答 CH3Cl分子中有n电子和 价电子 在紫外光辐照下可发生 和n 跃迁 3 几个基本术语 生色团 最有用的紫外 可见光谱是由 和n 跃迁产生的 这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团 这类含有 键的不饱和基团称为生色团 简单的生色团由双键或叁键体系组成 如乙烯基 羰基 亚硝基 偶氮基 N N 乙炔基 腈基 C三N等 助色团 有一些含有n电子的基团 如 OH OR NH NHR X等 它们本身没有生色功能 不能吸收 200nm的光 但当它们与生色团相连时 就会发生n 共轭作用 增强生色团的生色能力 吸收波长向长波方向移动 且吸收强度增加 这样的基团称为助色团 红移与蓝移增色和减色 有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长 max和吸收强度发生变化 max向长波方向移动称为红移 向短波方向移动称为蓝移 或紫移 吸收强度即摩尔吸光系数 增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应 溶剂的极性对最大吸收波长的影响 一般来说 随着溶剂极性增大 跃迁吸收峰红移 n 跃迁吸收峰紫移 表溶剂对亚异丙酮吸收带的影响 溶剂极性的不同也会引起某些化合物吸收光谱的红移和蓝移 这种作用称为溶剂效应 吸收带 吸收带是指吸收峰在光谱中的波带位置 根据电子及分子轨道理论 紫外 可见光区的吸收带有四种类型 R吸收带 由化合物中的n 跃迁产生的吸收带 其强度小 270nm K吸收带 由共轭体系中 跃迁产生的吸收带 其强度大 104L mol 1 cm 1 max比R带的短 一般 200nm 吸收带 B吸收带 由芳香族化合物的 跃迁而产生的精细结构吸收带 在230 270nm呈现一宽吸收带 且有精细结构 max255nm有 约为200的弱吸收 E吸收带 由芳香族化合物的特征吸收 是苯环内三个乙烯基共轭的 跃迁产生的 分为E1 E2两个吸收带 E1大约在180nm 强度大于104 一般看不见 E2约在200nm 强度约为7000 当苯环上有共轭取代时 E2带常与K带合并 吸收峰移向长波方向 苯乙酮的吸收光谱 苯乙酮的紫外吸收光谱 B带 R带 278 319 1100 50 B带 R带 苯乙酮的吸收带 lg E2带 K带 三 常见有机化合物紫外吸收光谱 1 饱和烃 由于C H只有 电子 只产生 跃迁 而 跃迁需要能量大 在200nm以上无吸收 常用作紫外吸收的溶剂 2 含有孤立不饱和键的烃类化合物 都会产生 跃迁 但多数在200nm以上无吸收 如乙烯 165 182 乙炔 173 丁烯 178 有吸收 对于含有 C O C S的不饱和烃类吸收红移至近紫外区甚至可见光区 三 常见有机化合物紫外吸收光谱 3 含有共轭体系的不饱和烃类 共轭体系的化合物中的 跃迁由于能量降低 因此发生明显的红移 大多数出现在200nm以上的区域 如乙烯的 跃迁在182nm 而1 3 丁二烯在217nm 共轭双烯及多烯化合物 对于共轭双烯和多烯化合物 跃迁 K带 随着取代基的变化及共轭体系延伸 吸收谱带发生一些规律性的变化 其中伍德沃德总结出一个取代共轭双烯的经验规则 常见有机化合物紫外吸收光谱 表中的环指六员环 若是五环或七员环 则基本值分为228nm和241nm 常见有机化合物紫外吸收光谱 4 芳香族化合物 苯 1 苯 苯有三个吸收带E1带 184nm 47000 E2带 204nm 7400 和B带 255nm 230 其中B带可观测到一个多重峰 容易识别 是苯的典型特征带 2 单取代苯 视取代基的不同使苯的谱带发生不同程度的红移 一般说来 连有推电子偏转的红移强弱顺序为 CH3 CI Br OH OCH3 NH2 O 在杂环化合物中只有不饱和的杂环化合物在紫外区有吸收 其跃迁既有 跃迁 又有n 跃迁类型 连有吸电子基团的红移强弱顺序为 NH3 SO2 NH2 CO2 CN COOH COCH3 CHO NO2 如苯酚Ar OH 211nm 6200 270nm 1450 ArONa 236nm 9400 287nm 2600 5 杂环化合物 有机合物紫外光谱解析 了解共轭程度 空间效应 氢键等 可对饱和与不饱和化合物 异构体及构象进行判别 紫外 可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是 若在200 750nm波长范围内无吸收峰 则可能是直链烷烃 环烷烃 饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等 若在270 350nm波长范围内有低强度吸收峰 10 100L mol 1 cm 1 n 跃迁 则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团 如羰基 有机合物结构紫外光谱辅析 若在2 0 300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环 若在210 250nm波长范围内有强吸收峰 则可能含有2个共轭双键 若在260 300nm波长范围内有强吸收峰 则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键 若该有机物的吸收峰延伸至可见光区 则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物 紫外 可见分光光度计 紫外 可见分光光度计 一 基本组成 光源 单色器 吸收池 检测器 显示系统 1 光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱 具有足够的辐射强度 较好的稳定性 较长的使用寿命 可见光区 钨灯作为光源 其辐射波长范围在320 2500nm 紫外区 氢 氘灯 发射185 375nm的连续光谱 2 单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统 入射狭缝 光源的光由此进入单色器 准光装置 透镜或返射镜使入射光成为平行光束 色散元件 将复合光分解成单色光 棱镜或光栅