第4章 紫外分光光度法.ppt

第4章紫外 可见光分光光度法ultravioletandvisiblespectrophotometryuv vis 1光谱概述 光谱的划分 1紫外 可见光分光光度法 基于物质的分子对可见和紫外区域辐射的吸收而进行分析的方法 广泛用于无机物和有机化合物的定性 定量分析 紫外 可见吸收光谱波长范围远紫外光区 真空紫外区 100 200nm近紫外光区 200 400nm可见光区 400 800nm 1 1分子吸收光谱的产生1 物质分子内部三种运动形式 1 电子相对于原子核的运动 2 原子核在其平衡位置附近的相对振动 3 分子本身绕其重心的转动 2 对应三种能级 电子能级 振动能级和转动能级能量 电子能量ee 振动能量ev 转动能量er而且 e v r分子能量 e ee ev er 1 电子能级 电子的跃迁能约为1 20ev 比分子振动能级差要大几十倍 所吸收光的波长约为12 5 0 06 m 主要在真空紫外到可见光区 对应形成的光谱 称为电子光谱或紫外 可见吸收光谱 2 振动能级 分子的振动能级差一般在0 05 1ev 需吸收波长约为25 1 25 m的红外光才能产生跃迁 在分子振动时同时有分子的转动运动 这样 分子振动产生的吸收光谱中 包括转动光谱 故常称为振 转光谱 讨论 3 转动能级 转动能级间的能量差 r 0 005 0 050ev 产生此能级的跃迁 需吸收波长约为250 25 m的远红外光 吸收光谱位于远红外区 形成的光谱称为远红外光谱或分子转动光谱 1 2电子跃迁类型根据分子轨道理论 有机分子的分子轨道按能级不同 分为成键 非键和反键轨道 成键轨道或反键轨道又有 键和 键之分 各级轨道能级如图所示 哪些类型分子有紫外吸收 1 跃迁指处于成键轨道上的 电子吸收光子后被激发跃迁到 反键轨道饱和烃类c c键 2 n 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向 反键轨道的跃迁含孤电子对杂原子饱和基团 oh nh2 3 跃迁指不饱和键中的 电子吸收光波能量后跃迁到 反键轨道 不饱和基团 c c c o 4 n 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向 反键轨道的跃迁 含孤电子对杂原子不饱和基团 c n c o 电子跃迁所处的波长范围 吸收能量的次序为 n n 在近紫外区和可见区有吸收的物质需具备不饱和结构 2 3基本概念 1 生色团 分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统叫做生色团或色基 象c c c o c c等都是生色团 2 助色团 有些原子或基团 本身不能吸收波长大于200nm的光波 但它与一定的基团相连时 则可使该基团所产生的吸收峰向长波长方向移动 并使吸收强度增加 这样的原子或基团叫做助色团 特点 助色团一般是带有p电子 非键电子对 的基团 例如 3 长移和短移 红移和蓝移 长移 某些有机化合物因反应引入含有非键电子对的基团 助色团 使吸收峰向长波长移动的现象称为长移或红移 这些基团称为向红基团 短移 使吸收峰向短波长移动的现象称为短移或蓝移 引起蓝移效应的基团称为向蓝基团 1 4分子结构与紫外吸收光谱 1 饱和烃化合物饱和烃类化合物只含有单键 键 只能产生 跃迁 由于电子由 被跃迁至 反键所需的能量高 吸收带位于真空紫外区 如甲烷和乙烷的吸收带分别在125nm和135nm 2 简单的不饱和化合物 不饱和化合物由于含有 键而具有 跃迁 跃迁能量比 小 但对于非共轭的简单不饱和化合物跃迁能量仍然较高 位于真空紫外区 最简单的乙烯化合物 在165nm处有一个强的吸收带 近紫外区仍然检测不到 当烯烃双键上引入助色基团时 吸收将发生红移 甚至移到紫外光区 原因是助色基团中的n电子可以使 跃迁能量降低 烷基可产生超共轭效应 也可使吸收红移 不过这种助色作用很弱 3 共轭双烯 在不饱和烃类分子中 当有两个以上的双键共轭时 随着共轭系统的延长 跃迁的吸收带将明显向长波方向移动 吸收强度也随之增强 共轭双键愈多 红移愈显著 甚至产生颜色 基本可在近紫外和可见光区检测得到 羰基化合物含有 c o基团 c o基团主要可产生 n n 三个吸收带 落于近紫外或可见光区 醛 酮 羧酸及羧酸的衍生物 如酯 酰胺等 都含有羰基 由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异 因此它们n 吸收带的光区稍有不同 4 羰基化合物 5 芳香族化合物 芳香族化合物在近紫外区显示特征的吸收光谱 1 5紫外 可见吸收曲线 紫外吸收光谱以波长 nm 为横坐标 以吸光度a或吸收系数 为纵坐标 见下图 光谱曲线中最大吸收峰所对应的波长相当于跃迁时所吸收光线的波长称为 max 紫外 可见吸收曲线 吸收曲线的讨论 定性依据 同一种物质对不同波长光的吸光度不同 吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 max 定量依据 不同浓度的同一种物质 其吸收曲线形状相似 max不变 吸光度a变化 而对于不同物质 它们的吸收曲线形状和 max则不同 一 定性分析通过比较未知物与已知标准物的光谱图 若两者最大吸收波长相同 吸光系数也相同 则可初步认定两者是同一种物质 二 化合物的鉴定利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系 如c c c c c c c o 苯环等 利用紫外光谱鉴定有机化合物远不如利用红外光谱有效 1 6紫外可见光度法的应用 三 定量检测 2 透光率与吸光度透光率 透射比 t transmittance a lg i0 it lg 1 t lgt kbc 吸光度a absorbance 吸光度a 透射比t与浓度c的关系 用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在t 20 65 吸光度a 0 70 0 20 0 8 0 2 3 最佳读数范围 1 光源对光源基本要求 足够光强 稳定 连续辐射且强度随波长变化小 钨及碘钨灯 340 2500nm 多用在可见光区 氢灯和氘灯 160 375nm 多用在紫外区 2紫外 可见分光光度计 2 1紫外可见光度计仪器组成 2 单色器 单色器由色散元件和狭缝组成 常用的色散元件有棱镜和光栅两类 单色器作用 获得半宽度5 10nm的单色光 吸收池放置各种类型的吸收池 比色皿 和相应的池架附件 吸收池主要有石英池和玻璃池两种 在紫外区须采用石英比色皿 可见区一般用石英比色皿和玻璃池比色皿 3 吸收池 样品池 cell container 4 检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号 常用的有硒光电池 光电管或光电倍增管 5 结果显示记录系统检流计 数字显示 微机进行仪器自动控制和结果处理 2 2分光光度计的类型 1 单波长单光束 721 722 752型等 简单 价廉 适于在给定波长处测量吸光度或透光度 一般不能作全波段光谱扫描 要求光源和检测器具有很高的稳定性 2 单波长双光束 国产730 uv 240型等 自动记录 快速全波段扫描 可消除光源不稳定 检测器灵敏度变化等因素的影响 特别适合于结构分析 仪器复杂 价格较高 3 双波长 两波长处测得的吸光度差值 a与待测组分浓度成正比 1和 2分别表示待测组分在 1和 2处的摩尔吸光系数 将不同波长的两束单色光 1 2 快速交替通过同一吸收池而后到达检测器 产生交流信号 无需参比池 a a 2 a 1 2 1 bc 3测量条件的选择 1 测定条件的选择 1 选择适当的入射波长一般应该选择 max为入射光波长 但如果 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 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 2 若待测试液在测