紫外可见吸收光谱2010秋化工08No4.ppt

第一部分光学分析法第三章紫外 可见吸收光谱法UltravioletandVisibleSpectrophotometry UV Vis 3 0紫外 可见吸收光谱概述3 1分子吸收光谱法3 2有机化合物的紫外 可见吸收光谱3 3紫外 可见分光光度计 光谱仪3 4分析条件的选择3 5紫外 可见分光光度法 光谱法的应用 3 2有机化合物的紫外 可见吸收光谱 一 有机化合物中电子跃迁的类型二 生色团 助色团常见生色团吸收特性三 吸收谱带及其类型四 影响紫外 可见吸收光谱的因素共轭效应 空间阻碍 溶剂效应等 3 3紫外 可见分光光度计 一 主要组成部件 单光束分光光度计 双光束分光光度计 双波长分光光度计1 单光束分光光度计经单色器分光后的一束平行光 轮流通过参比溶液和样品溶液 以进行吸光度的测定 这种简易型分光光度计结构简单 操作方便 维修容易 适用于常规分析 二 紫外 可见分光光度计的类型 单光束仪器的缺点 1 操作麻烦 空白 I0样品 I 任一波长下 2 不能进行吸收光谱的自动扫描3 光源不稳定会影响测量精度 2 双光束分光光度计 测量方便 不需要更换吸收池补偿了仪器不稳定性的影响实现了快速自动吸收光谱扫描不能消除试液的背景成分吸收干扰 双光束分光光度计示意图 双光束仪器 3双波长仪器 UV 300紫外可见分光光度计光路图 该仪器既可用作双波长分光光度计又可用作双光束仪器 用作单波长双光束仪器时 单色器2出射的单色光束为遮光板所阻挡 单色器1出射的单色光束被斩光器分为两束断续的光 交替通过参比池和样品池 最后由光电倍增管检测信号当用作双波长仪器时 由两个单色器分出的不同波长l1和l2的两束光 由斩光器并束 使其在同一光路交替通过吸收池 由光电倍增管检测信号 双波长仪器的主要特点是可以降低杂散光 光谱精度高 双波长分光光度法 1可以降低杂散光 光谱精度高 2消除背景吸收 可用于悬浊液和悬浮液的测定 3无须分离 可用于混合组分的同时测定 双波长仪器消除杂散光的原理 若 则 杂散光吸收 双波长仪器消除背景吸收 固定 1在等吸收点处 测定 2处的吸光度变化 可以抵消混浊的干扰 同一比色池 提高测定精度 双波长仪器消除共存组分干扰 设有混合组分x和y 选择y在 1 2的吸收相等 使 则 如果无等吸收点 可以通过作图法选择 双波长仪器消除共存组分干扰 仪器测量条件的选择 显色反应条件的选择 参比溶液的选择 干扰及消除方法一 仪器测量条件的选择测量波长 适宜吸光度范围及仪器狭缝宽度的选择 3 4分析条件的选择 最大吸收原则 通常都是选择最强吸收带的最大吸收波长 max作为测量波长 以获得最高的分析灵敏度 1 测量波长的选择 在 max附近 吸光度随波长的变化一般较小 波长的稍许偏移引起吸光度的测量偏差较小 可得到较好的测定精密度 在测量高浓度组分时 选用灵敏度低一些的吸收峰波长 较小 作为测量波长 以保证校正曲线有足够的线性范围 要选择适宜的吸光度范围进行测量 以降低测定结果的相对误差测定结果的精度常用浓度的相对误差 c c表示 根据吸收定律 若读数的绝对误差为 T 1 用不同的T代入上式 可得相应浓度测量的相对误差 c c 作图 2 适宜吸光度范围的选择 吸光分析中 一般选择A的测量范围为0 2 0 8 T 为65 15 如果仪器的透射率读数误差为1 时 由此引起的测定结果相对误差约为3 T 36 8 A 0 434 相对误差最小 T 0 01 T 0 01 T 0 005 T 0 005 T 0 001 T 0 001 T 0 0005 T 0 0005 T 0 0001 T 0 0001 dC C 0 4343dT TlgT T 0 001 T 0 0005 dC C 0 4343dT TlgT T 0 01 T 0 005 T 0 01 T 0 005 T 0 001 T 0 0005 T 0 0001 在实际工作中 如何控制 可通过调节待测溶液的浓度或选用适当厚度的吸收池的方法 使测得的吸光度落在所要求的范围内 包括显色剂及其用量的选择 反应酸度 温度 时间等显色剂及其用量显色剂应该是它与待测离子显色反应的产物组成恒定 稳定性好 显色条件易于控制产物对紫外 可见光有较强的吸收能力 即 大 显色剂与产物的颜色对照性好 即吸收波长有明显的差别 lmax 60nm显色剂用量可通过实验选择 在固定金属离子浓度的情况下 作吸光度随显色剂浓度的变化曲线 选取吸光度恒定时的显色剂用量 二 显色反应条件的选择 2 反应的酸度 介质的酸度往往是显色反应的一个重要条件 酸度的影响因素很多 如 Fe 与水杨酸的配合物随介质pH值的不同而变化 通过实验来选择显色反应的适宜酸度固定溶液中待测组分和显色剂的浓度 改变溶液 通常用缓冲溶液控制 的酸度 pH 分别测定在不同pH溶液的吸光度A 绘制A pH曲线 从中找出最适宜的pH范围 3 显色的时间由于各种显色反应的速度不同 控制一定的显色时间是必要的 尤其是对一些反应速度较慢的反应体系4 反应的温度有的显色反应受温度影响很大 需要进行反应温度的选择和控制进行热力学参数的测定 动力学方面的研究等特殊工作时 反应温度的控制尤为重要 测量吸光度时 先要用参比溶液调节透射比为100 消除溶液中其他成分以及吸收池和溶剂对光的反射和吸收所带来的误差 根据试样溶液的性质 选择合适组分的参比溶液是很重要的 1 溶剂参比 2 试剂参比 3 试样参比 4 平行操作溶液参比 三 参比溶液的选择 1 溶剂参比试样溶液的组成较为简单 共存的其他组分很少且对测定波长的光几乎没有吸收以及显色剂没有吸收时 这样可消除溶剂 吸收池等因素的影响 2 试剂参比显色剂或其他试剂在测定波长有吸收 按显色反应相同的条件 只是不加入试样 同样加入试剂和溶剂作为参比溶液 这种参比溶液可消除试剂中的组分产生吸收的影响 3 试样参比试样基体在测定波长有吸收 而与显色剂不起显色反应时可按与显色反应相同的条件处理试样 只是不加显色剂 这种参比溶液适用于试样中有较多的共存组分 加入的显色剂量不大 且显色剂在测定波长无吸收的情况 4 平行操作溶液参比用不含被测组分的试样 在相同条件下与被测试样同样进行处理 由此得到平行操作参比溶液 控制酸度2 选择适当的掩蔽剂使用掩蔽剂消除干扰是常用的有效方法3 利用生成惰性配合物例如钢铁中微量钴的测定 常用钴试剂为显色剂 钴试剂与Ni2 Zn2 Mn2 Fe2 等都有反应4 选择适当的测量波长5 分离 四 干扰及消除方法 了解 自学 3 5紫外 可见分光光度法的应用 是一种广泛应用的定量分析方法 也是定性分析和结构分析的一种手段可测定某些化合物的物理化学参数 例如摩尔质量 配合物的配合比和稳定常数 以及酸 碱的离解常数等 一 定性分析 物质鉴定 结构分析 无机元素应用少 有机化和物定性鉴定应用有局限性独到之处 能测定分子中的共轭程度 判断生色团和助色团的种类 位置和数目 确定几何异构 互变异构和氢键强度等 一种辅助鉴定工具 1 物质鉴定 利用吸收光谱的曲线形状 吸收峰位置 lmax及emax进行定性分析 1 比较吸收光谱曲线法 2 计算不饱和有机化合物最大吸收波长的经验规则 2 结构分析 1 官能团的鉴定 2 异构体的判断 顺反异构体的确定 互变异构体的确定3 化合物纯度检查 1 比较吸收光谱曲线法标准物质比较法 标准谱图比较法A 标准物质比较法相同测量条件下 测定和比较未知物与已知标准物的吸收光谱曲线 注意 尽量保持光谱的精细结构 采用非极性溶剂吸收光谱采用lgA对l作图 便于比较分析 消除浓度不同影响 尽量要用其它方法进行证实 如红外光谱等 物质鉴定 p280 北大p36 42 B 利用标准谱图或光谱数据比较常用的标准谱图有 1 TheSadtlerStandardSpectraUV 萨特勒标准图谱 2 R A FriededandM Orchin UltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofAromaticCompounds Wiley NewYork 1951 本书收集了597种芳香化合物的紫外光谱 3 KenzoHirayama HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraaofOrganicCompounds NewYork Plenum 1967 4 OrganicElectronicSpectralData JohnWileyandSons 1946 与标准吸收光谱谱图的比较时注意 相同化学环境与测量条件 2 计算不饱和有机化合物最大吸收波长的经验规则A 伍德沃德 Woodward 规则 共轭二烯 多烯 共轭烯酮类 B Scott 斯科特 规则计算芳香族羰基化合物衍生物的最大吸收波长的经验规则 a共轭二烯最大吸收位置的计算值 母体 非环或异环二烯烃基准值217nm同环二烯烃253nm 位移增量 nm 增加一个共轭双键30环外双键a5共轭体系上取代烷基b5 O R6 S R30 Cl Br5 环外双键 一端直接连在环上 参与共轭体系 例一 例二 基值217nm烷基取代 4 5 20nm环外双键 2 5 10nm247nm 例三 2 结构分析 A官能团的鉴定 紫外光谱的主要作用是推断官能团及确定共轭体系 官能团鉴定的一般规律 200 250nm有强带 10000就有共轭烯或 不饱和酮250 300nm有中等强度的吸收带e 1000可能有芳环290有弱带e 几十有羰基配合其他仪器定性 反式异构体的最大吸收峰波长一般总比顺式异构体的波长长 吸收强度也较大 由于反式异构体的空间位阻效应小 分子的平面性能较好 共轭效应强 受的束缚力较小 激发能较小 故吸收波长lmax较长 据此可判别二者 B异构体的判断 顺反异构体的确定 肉桂酸的顺 反式的吸收如下 1 max 295nm max 27000 2 max 280nm max 10500 A B 互变异构体的确定 酮式 烯醇式 某些有机化合物在溶液中可能有两种以上的互变异构体处于动态平衡中 异构体的互变过程常伴随有双键的移动及共轭体系的变化 常见的是某些含氧化合物的酮式与烯醇式异构体之间的互变乙酰乙酸乙酯具有酮 烯醇式互变异构体 酮式 烯醇式 相对含量随溶剂的极性而变 在水中 酮式占优势 只有一个弱吸收带 R带 在正已烷中 烯醇式占绝对优势 其吸收光谱在245nm处 增加一个强吸收带K带 烯醇式异构体分子内存在共轭体系 跃迁245nm强吸收 max 18000 酮式异构体中不存在共轭体系 n 204nm弱吸收二者的吸收光谱的特性不同 烯醇式异构体的吸收强度大得多 3 化合物的纯度检查p282 285 1 欲检化合物在紫外区没有吸收峰 而杂质有较强吸收 2 利用吸收系数也可作纯度检查 纯菲的氯仿溶液在296nm处的e值为10230 若某样品测得的e值为9027则样品的纯度为9027 10230 90 二 定量分析 1 单组份定量分析2 多组份定量分析3 导数分光光度法4 光度滴定5 差示分光光度法 定量分析的依据是朗伯 比耳定律 单组份定量分析 标准曲线法 A Ax cx 在制作标准曲线时有如下几种情况 同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度Ax和A标 根据朗伯 比尔定律 应有下式 可得 标准比较法 单组分定量分析特点 可用于无机及有机体系 一般可检测10 4 10 5mol L的微量组分 通过某些特殊方法可检测10 6 10 7mol L的组分 准确度高 一般相对误差1 3 有时可降至百分之零点几 多组份定量分析根据吸光度具有加和性 a 不重叠 b 部分重叠表明A组分对B组分的测定有干扰 而B组分对A组分的测定无干扰 在 1处单独测量A组分 求得A组分的浓度CA在 2处测量溶液的吸光度A 2A B A B纯物质的 2A和 2B值A 2A B A 2A A 2B 2AbCA 2BbCB 相互重叠表明A B组分的彼此干扰 1处的总吸收 2处的总吸收 在 1处组分A的摩尔吸收系数 可测 在 1处组分B的摩尔吸收系数 可测 在 2处组分A的摩尔吸收系数 可测 在 2处组分B的摩尔吸收系数 可测解方程 求出CA CB 混合物分析 解联立方程 在波长测定组分的摩尔吸收系数 在波长测得的该体系的总吸光度 第j组分的浓度 3 导数分光光度法 光谱法 武大p130 131 对吸收光谱曲线进行一阶 高阶求导 可得导数光谱曲线采用不同的实验方法可以获得各种导数光谱曲线包括双波长法 电子微分法和数值微分法解决干扰物质引起的吸收关谱重叠 消除散射的影响和背景吸收 提高光谱分辩率 固定 1和 2两波长差为1 2nm进行波长扫描 得到一阶导数光谱 A 有的仪器还带有测定二阶导数光谱的电路 1 灵敏度取决于 拐点最大 灵敏度最高 2 为吸收曲线极大值 3 可减小光谱干扰 在分辨多组分混合物的谱带重叠 增强次要光谱 如肩峰 的清晰度以及消除混浊样品散射的影响时有利 A导数分光光度法 导数光谱法测定乙醇中微量苯一般吸收光谱法 检测10ppm四阶导数光谱 低于1ppm也能检测 4 分光光度滴定 直接滴定法 间接滴定法 作图法求得滴定终点 max选被滴定物 滴定剂或产物之一 需使用指示剂 分光光度滴定的准确性 精密度及灵敏度高于普通滴定法 被滴定物1滴定剂2产物3 5 差示分光光度法 A在0 2 0 8范围内误差最小 高浓度或低浓度溶液 吸光度测定误差较大 差示法 用已知浓度的溶液作参比 该法的实质是相当于透光率标度放大 设 试样浓度 以溶剂作参比时试样的透光率和吸光度 已知标准溶液浓度 已知标准溶液的透光率和吸光度 溶剂作参比 Cs的溶液作参比 相对分子量的测定 氢键强度的测定 Mr bC A C g L a 吸光系数 L g 1 cm 1 要求知道 可以用与待侧物具有相同的生色团与助色团同类化合物的 数值代替 e g 在极性溶剂水中丙酮的n MAX 264 5nm E 452 96kJ mol在非极性溶剂己烷中丙酮的n MAX 279nm E 429 40kJ mol丙酮在水中的氢键强度为 E 452 96 429 40 23 56kJ mol 三 其它方面的应用 配合物组分及其稳定性常数的测定酸碱离解常数的测定参考北大p46 49 分析条件的选择1溶剂的选择 2测定浓度的选择 A 0 2 0 7 吸光度测量误差小 A 0 4343时 吸光度测量误差最小 3测定波长的选择 定量分析方法 标准曲线法 标准加入法 灵敏度及测