波谱分析—UV-Vis.ppt

波谱分析 UV Vis 基于分子外层电子跃迁产生的吸收光谱进行分析测定的一种仪器分析方法 常用波长范围为200 800nm 4 200nm为真空紫外区 该能量对应分子的三种能级 hv E电子 E振动 E转动三种能级的图例如下 不同物质结构不同或者说其分子能级的能量 各种能级能量总和 或能量间隔各异 因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射 这是UV Vis定性分析的基础 定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物 经待测物吸收后 测量其对不同波长光的吸收程度 吸光度A 以吸光度A为纵坐标 辐射波长为横坐标作图 得到该物质的吸收光谱或吸收曲线 据吸收曲线的特性 峰强度 位置及数目等 研究分子结构 波谱分析 UV Vis 一 方法原理1 有机化合物的紫外可见吸收光谱 1 非键和成键向反键的跃迁 四种 2 电荷迁移跃迁 分子内的氧化还原过程 如ph NR2 ph COR等 吸光系数大于104 各轨道能级高低顺序 n 可能的跃迁类型 n n C H共价键 如CH4 125nm C C键 如C2H6 135nm 处于真空紫外区 和 跃迁 尽管所需能量比上述 跃迁能量小 但波长仍处于真空紫外区 n 含有孤对电子的分子 如H2O 167nm CH3OH 184nm CH3Cl 173nm CH3I 258nm CH3 2S 229nm CH3 2O 184nm CH3NH2 215nm CH3 3N 227nm 可见 大多数波长仍小于200nm 处于近紫外区 以上四种跃迁都与 成键和反键轨道有关 和n 跃迁能量较高 这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区 因而在此不加讨论 只有 和n 两种跃迁的能量小 相应波长出现在近紫外区甚至可见光区 且对光的吸收强烈 是我们研究的重点 波谱分析 UV Vis 2 几个概念 生色团 助色团 P10 红移 紫移3 芳香族化合物的吸收光谱 1 苯的吸收光谱 E1 E2 B 2 烷基取代 使B带稍向长波移动 3 助色团取代 使E B带红移 强度增加 4 生色团取代 使B带显著红移 见表P22 5 稠环芳香族化合物 共轭越大 红移越多 P26 6 杂环芳香族化合物 与相对应的芳族类似 P27 波谱分析 UV Vis 4 无机化合物的吸收光谱 1 电荷迁移跃迁 最大特点是吸收系数大 大于104 定量分析灵敏 如部分无机络合物 2 配位场跃迁 主要为d d和f f跃迁 见武大版教材P64 波谱分析 UV Vis 5 溶剂的影响 对光谱的影响 红移或紫移 和对测定的影响选择溶剂时须注意 1 尽量选低极性溶剂 2 能很好的溶解物质 且形成的溶液有好的化学和光化学稳定性 3 在样品的光谱区无明显吸收 P12表1 2 波谱分析 UV Vis 6 朗伯 比尔吸收定律 Io I A abc 由上式 A与c应为过原点的直线 但实际分析时常有偏离 此时可从两方面分析 1 样品溶液因素 上式仅在稀溶液成立 2 仪器因素 上式仅适用于单色光 波谱分析 UV Vis 二 仪器结构与原理 按光学系统可分为单光束 双光束 单波长 双波长分光光度计 由辐射源 分光器 吸收池 检测器等组成 见图 光源 钨灯和氘灯 连续 稳定 恒定 长 分光器 棱镜和光栅 吸收池 玻璃和石英吸收池 检测器 光电倍增管和光电管 紫外可见光度计仪器 分光光度计分为单波长和双波长仪器 1 单波长分光光度计单光束双光束 空间分隔 双光束 时间分隔 特点 因光束几乎同时通过样品池和参比池 因此可消除光源不稳产生的误差 3 分光光度计的校正当光度计使用一段时间后其波长和吸光度将出现漂移 因此需要对其进行校正 波长标度校正 使用镨 钕玻璃 可见光区 和钬玻璃 紫外光区 进行校正 因为二者均有其各自的特征吸收峰 吸光度标度校正 采用K2CrO4标准液校正 在25oC时 于不同波长处测定0 04000g L的KOH溶液 0 05mol L 的吸光度A 调整光度计使其A达到规定的吸光度 波谱分析 UV Vis 三 实验技术1 样品的制备 在溶液中进行无机物 水溶 酸溶或碱熔等 有机物 溶剂溶解或抽提 也可消化后溶解 溶剂 前述三点 低极性 溶解且无吸收 稳定 挥发小 不易燃 无毒性 价格便宜等 波谱分析 UV Vis 2 测定条件的选择 1 波长的选择 一般为最大吸收波长 灵敏 稳定 2 狭缝的选择 影响灵敏度和线性范围 不减少A的最大狭缝 3 吸光度的选择 吸光度在0 2 0 8时 测量误差最小 由L B定律 微分后得 将上两式相比 并将dT和dc分别换为 T和 c 得当相对误差 c c最小时 求得T 0 368或A 0 434 即当A 0 434时 吸光度读数误差最小 通常可通过调节溶液浓度或改变光程b来控制A的读数在0 15 1 00范围内 波谱分析 UV Vis 3 反应条件的选择 多数测定均经显色 使 更灵敏 高选择性 组成恒定稳定等 与显色剂颜色不同 1 溶液的酸度 影响吸收曲线NaH2PO4 HCl pH 3 NaAc HCl pH 5 KH2PO4 NaOH pH 7 H3BO3 KCl pH 9 H3BO3 NaOH pH 11 波谱分析 UV Vis 2 显色剂浓度 高灵敏度且吸光度恒定 3 温度的影响 4 显色时间 反应的时间及络合物的稳定性 5 参比溶液 试液和显色剂均无色 蒸馏水为参比 显色剂无色 试液中有其它有色离子 不加显色剂的试液 试液 显色剂均有色 取一份试液 加掩蔽剂掩蔽被测离子 再加显色剂等 波谱分析 UV Vis 4 共存离子干扰的消除方法 1 加入适当的掩蔽剂 2 改变干扰离子的价态如铬天青S测定Al 时 Fe 有干扰 可加入抗坏血酸还原铁而消除干扰 3 选择适当的波长 4 其它 各种预分离技术 波谱分析 UV Vis 四 分析应用1 定性分析 吸收光谱曲线的形状 吸收峰的数目 最大吸收波长的位置及相应的吸收系数 1 比较 吸收光谱曲线 法 与已知物或标准谱图比较 波谱分析 UV Vis 2 用各种经验规则计算被测定物质的 max 并与实测值比较 Woodward Fieser 伍德沃德 费塞尔 规则 计算共轭二烯 多烯烃不饱和醛酮 不饱和羧酸及酯类芳香族化合物规则Scott 斯科特 规则 计算芳香族羰基的衍生物 波谱分析 UV Vis 3 有机物构型和构象的确定 顺反 互变 如 顺反式 酮式 烯醇式互变异构等 见P33 34例 4 纯度检查如 通过测定吸收曲线通过测 来判断干性油 含共轭双键 与不干性油 饱和或双键不共轭 的判别 5 在结构定性分析时 可作为其它鉴定方法的补充如 共轭体系的判断 骨架确定 构型构象的测定等 波谱分析 UV Vis 但紫外可见定性时 仅可作为其它鉴定方法的补充 见教材P30几条 同时注意以下原则 a 计算不饱和数 估计结构可能性 b 利用吸收带的 max及 max 指认电子跃迁类型 c 利用溶剂效应及pH值与光谱变化的相关性 吸收带分为 K带 n R带 和B E带 苯环 d 利用 max及 max 估计生色团及相邻基团 e 与化学反应配合 进一步考察生色体系骨架结构 f 若分子中有2个以上分离的生色团体系 可用适当模型化合物 测量差示或加合光谱 推测复杂结构 g 预测K带的经验规则 对结构正确与否进行判断 h 推测结构与光谱数据有出入而无合理解释 注意邻位效应 空间效应 跨环效应等 波谱分析 UV Vis 2 定量分析 A abc 1 单一物质的分析 A kc 标准曲线法 高浓度时用示差分光光度法 A k c混浊样品时用双波长法测定若 2为样品吸收峰 1为样品无吸收 则 A kc B B kc 波谱分析 UV Vis 2 多组分的分析 解联立方程组法 吸光度的加合性原则 二组分混合物的紫外 可见吸收光谱可分为 不重叠 部分重叠 相互重叠三种 n组分时为n元方程组 双波长分光光度法等吸收波长法系数倍率法 3 示差分光光度法 3 导数峰高测量方法测量方法有三 如下图 正切法 相邻峰 极大或极小 切线中点至相邻峰切线 极小或极大 的距离d 峰谷法 两相邻峰值 极大或极小 间的距离p1或p2 峰零法 极值峰至零线间的距离 5 配合物组成和稳定常数测定1 摩尔比法 饱和法 设配合物的显色反应为 具体做法 固定cM 增加cR 并测定一系列MRn的吸光度A 以cR cM比值对A作图 得如图所示曲线 其中 曲线拐点处对应的值为配合比n 设MRn电离度为 则 2 等摩尔连续变化法 Job法 具体做法 保持cR cM c恒定 但改变cM与cR的相对比例 若以cM c对吸光度A作图 当达最大吸光度时cM cR之比即为配位比 由两曲线外推的交点所对应的cM c亦可得出配位比 若比值为0 5 则配位比n为1 1 若比值为0 33 则配位比n为1 2 或者n 1 cM c cM c 设cM c f 则该法适于离解度小 配合比低的