紫外可见吸收光谱法SPPT课件

2020/5/1,.,1,5-1基本原理一、概述1.定义：在光谱分析中，依据物质的分子对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法。2.分类红外吸收光谱（IR）分子振动光谱，吸收光波长范围0.251000m,主要用于有机化合物结构鉴定。（主要应用中红外2.525m）,2020/5/1,.,2,紫外吸收光谱（UV）电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），研究对象大多为具有共轭双键结构的分子。可用于无机物和有机物的定性和定量分析。可见吸收光谱（Vis）电子跃迁光谱，吸收光波长范围400780nm，主要用于有色物质的定量分析。本章主要讲授紫外可见吸光光度法。,2020/5/1,.,3,UV-Vis吸收光谱与电子结构密切相关，物质的分子对200780nm的入射光进行选择性吸收，由于价电子能级跃迁而产生的带状光谱。,2020/5/1,.,4,3.方法特点灵敏度高：可测定10-610-7g.mL-1的物质准确度高：RE%一般在15%。分析速度快：方法简单、仪器设备小型，易于操作。应用广泛：常用于无机物定量分析、有机物进行鉴定及结构分析（推测有机化合物中的官能团及分子骨架结构）。,2020/5/1,.,5,方法的局限性有些有机化合物在UV-Vis光区没有吸收谱带（如正己烷、正庚烷等），有的吸收光谱相近（如甲苯和乙苯的光谱大体相同）。还要借助于红外(IR)、核磁共振(NMR)、质谱(MS)等进行定性及结构分析。,2020/5/1,.,6,二、紫外可见吸收光谱1.光的基本性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长、频率、光速c、波数（cm-1）等参数来描述。=c波数=1/=/c光是由光子流组成，光子的能量：E=h=hc/（Planck常数：h=6.62610-34JS)光的波长越短（频率越高），其能量越大。,2020/5/1,.,7,白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成)。可见光区：400780nm紫外光区：近紫外区200400nm远紫外区：10-200nm（真空紫外区）2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线,M0+hM*,M+热,M+荧光或磷光,基态激发态E1（E）E2,2020/5/1,.,8,白光,绿,紫,橙,青蓝,黄,蓝,青,红,互补色光示意图,2020/5/1,.,9,E=E2-E1=h物质结构不同，具有不同的量子化能级排布，物质分子对入射光具有选择性吸收。分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。用不同波长的单色光照射，测吸光度-吸收曲线(最大吸收波长max)。,蓝黄450480nm580600nm,2020/5/1,.,10,吸收曲线的讨论,（1）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。,（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似、max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。,2020/5/1,.,11,（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。（4）在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,2020/5/1,.,12,紫外可见吸收曲线,2020/5/1,.,13,三、光的吸收定律1.朗白-比耳定律布格(Bouguer)和朗白(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。Ab1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系Ac二者的结合称为朗白比耳定律，其数学表达式为：Alg（I0/It)=bc,2020/5/1,.,14,Alg（I0/It)=bcA吸光度，描述溶液对光的吸收程度；b液层厚度(光程长度)，cmc溶液的摩尔浓度，molL摩尔吸光系数，Lmolcm或:Alg（I0/It)=abcc溶液的浓度，gLa吸光系数，Lgcma与的关系为：a=/M（M为摩尔质量）,2020/5/1,.,15,(1)朗白比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据，应用于各种光度法的吸收测量。(2)朗白比耳定律成立的前提条件入射光为单色光吸收发生在均匀的介质中在吸收过程中，吸光物质之间不发生相互作用,2020/5/1,.,16,(3)摩尔吸光系数物理意义在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,(4)吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为1g/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,2020/5/1,.,17,2.摩尔吸光系数的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关。（3）可作为定性鉴定的参数。,2020/5/1,.,18,（4）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,2020/5/1,.,19,3.偏离朗白比耳定律的原因标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯-比耳定律的偏离。引起这种偏离的原因：（1）入射光非单色光。仪器的非理想引起的（2）溶液不均匀。（3）溶液中发生了化学变化,2020/5/1,.,20,物理性因素难以获得真正的纯单色光。朗白-比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。,2020/5/1,.,21,为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。化学性因素朗白-比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用。只有稀溶液(c102mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。,2020/5/1,.,22,朗伯比耳定律只适用于稀溶液。当溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时，使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡。CrO42-2HCr2O72-H2O溶液中CrO42-、Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。此时溶液pH对测定有重要影响。,2020/5/1,.,23,四、分子吸收光谱与电子跃迁1.紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁（1）物质分子内部三种运动形式（与光谱产生有关的运动）分子中电子相对于原子核的运动分子中原子间的相对振动分子本身绕其质量重心的转动（2）分子具有三种不同能级电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。,2020/5/1,.,24,分子的内能：电子能量Ee振动能量Ev转动能量Er即EEe+Ev+Erevr,远IR,IR(中),UV-Vis,2020/5/1,.,25,UV-Vis光谱属于电子跃迁光谱。电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。,2020/5/1,.,26,UV-Vis光谱的产生是由于分子中价电子能级跃迁产生的。2.价电子种类在有机化合物分子中，与UV-Vis光谱有关的价电子共三种。形成单键的电子形成双键的电子分子中未成键的孤对电子，即n电子,2020/5/1,.,27,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，从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁。所需能量E大小顺序为：*n*n*,2020/5/1,.,28,3.价电子的跃迁方式（1）跃迁(60nm。2.配位显色反应当金属离子与有机显色剂形成配合物时，产生很强的紫外可见吸收光谱。Fe2+与邻二氮菲橙红色溶液Cr6+与二苯碳酰二肼红色溶液,2020/5/1,.,51,3.氧化还原显色反应某些元素的氧化态，如Mn（）、Cr（）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接进行光度测定。2Mn25S2O82-8H2O=2MnO4-+10SO42-16H+将Mn2氧化成紫红色的MnO4-后，在525nm处进行测定。,2020/5/1,.,52,二、显色反应条件的选择1.显色剂用量：选择曲线变化平坦处。2.反应体系的酸度：在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中A较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。3.显色时间与温度：实验确定4.溶剂：一般尽量采用水相测定。,2020/5/1,.,53,三、共存离子干扰的消除1.加入掩蔽剂例：测定Ti4，可加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO)23-(无色)，消除Fe3+的干扰。又如：用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。2.选择适当的显色反应条件。3.分离干扰离子。,2020/5/1,.,54,四、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。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。,依据“吸收最大，干扰最小”,2020/5/1,.,55,2.选择合适的参比溶液目的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。,2020/5/1,.,56,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。,2020/5/1,.,57,3.控制适宜的吸光度（读数范围）不同的透光度读数，产生的误差大小不同：,2020/5/1,.,58,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。是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？,2020/5/1,.,59,最佳读数范围与最佳值设T=0.5%，则可绘出溶液浓度相对误差c/c与其透光度T的关系曲线。如图所示：T在20%65%之间时，浓度相对误差较小(c/c2%)，最佳读数范围。用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=2065%(吸光度A=0.700.20)。可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：Tmin36.8%,Amin0.434,2020/5/1,.,60,吸光度A的读数范围A=0.200.70T=65%20%,根据朗白-比耳定律，可用改变吸收池厚度（b）或待测液的浓度（c）来使吸光度A处在适宜的范围内。,2020/5/1,.,61,5-4分光光度测定方法一、普通分光光度法1.单组分的测定通常比较法或采用A-C标准曲线法定量测定。,BlankStandardSampleSample,2020/5/1,.,62,2020/5/1,.,63,2.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。Aa(1)=abCa求出CaAb(2）=bbCb求出Cb,2020/5/1,.,64,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。,2020/5/1,.,65,3.配合物组成的测定（1）物质的量比法固定一种组分如金属离子M的浓度，改变配位剂R的浓度，分别测定其吸光度。以吸光度A为纵坐标，配位剂与金属离子的浓度比值为横坐标作图。利用外推法可得一交叉点D，D点所对应的浓度比值就是配合物的配合比。,2020/5/1,.,66,（2）连续变化法设配位反应为M+nRMRnM为金属离子，R为配合剂。并设cM和cR为溶液中M和R两组分的浓度，cM+cR=c0（常数）金属离子和配位剂的物质的量分数分别为：,2020/5/1,.,67,配制一系列不同xM（或xR）值的溶液，溶液中配合物浓度随xM而改变，当xM（或xR）与形成的配合物组成相当时，即金属离子和配位剂物质的量之比和配合物组成一致时，配合物的浓度最大。根据与最大吸光度对应的x值，即可求出n。,2020/5/1,.,68,二、示差分光光度法（示差法）普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cscx)Ax=bcxAs=bcsxs=b(cxcs）=bc,2020/5/1,.,69,测得的待测溶液与标准溶液的吸光度之差相当于普通法中吸光度A。AAxAs=b(cxcs）=bc示差法测得的吸光度与c呈直线关系。由标准曲线上查得相应的c值，则待测溶液浓度cx：cx=cs+c,2020/5/1,.,70,示差法标尺扩展原理普通法：cs的T=10%cx的T=5%示差法：cs做参比，调T=100%则：cx的T=50%，标尺扩展10倍。,2020/5/1,.,71,三、双波长分光光度法(了解)不需空白溶液作参比，但需要两个单色器获得两束单色光(1和2)。以参比波长1处的吸光度A1作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。AA1A2(12)bc两波长处测得的吸光度差值A与待测组分浓度成正比。,2020/5/1,.,72,x为待测组分，y为干扰组分。,2,2020/5/1,.,73,2020/5/1,.,74,选择波长组合1、2的基本要求：选定的波长1和2处，干扰组分应具有相同吸光度。在选定的两个波长1和2处，待测组分的吸光度应具有足够大的差值。,2020/5/1,.,75,P83第10题K2CrO4的碱性溶液在372nm处有最大吸收，若碱性K2CrO4溶液的浓度为3.0010-5mol.L-1,吸收池厚度为1cm，在此波长下测得透光率为71.6%。计算（1）该溶液的吸光度；（2）摩尔吸光系数；（3）若吸收池厚度为3cm，则透光率为多少？,2020/5/1,.,76,max=372nm，C=3.0010-5molL-1，b=1cm,2020/5/1,.,77,P83第11题苯胺在max为280nm处的k为1430L.mol-1.cm-1,现欲制备一苯胺水溶液，使其透射率为30%，吸收池厚度为1cm，问制备100mL该溶液需苯胺多少克？,2020/5/1,.,78,2020/5/1,.,79,P83第12题某组分A溶液的浓度为5.0010-4mol.L-1,在1cm吸收池中于440nm及590nm下其吸光度分别为0.638和0.139；另一组份B溶液浓度为8.0010-4mol.L-1,在1cm吸收池中于440nm及590nm下其吸光度分别为0.106和0.470。现有A、B组份混合溶液在1cm吸收池中于440nm及590nm下其吸光度分别为1.022和0.414。试计算混合溶液中A、B组份的浓度。,2020/5/1,.,80,2020/5/1,.,81,2020/5/1,.,82,5-5有机合物紫外光谱解析UV-Vis光谱图的三大要素：谱峰在横轴上的位置()-定性指标谱峰的强度()-定量指标谱峰的形状-定性指标,2020/5/1,.,83,1.解析UV-Vis光谱的基本参数：max和max断化合物类型和骨架结构；max识别K带、B带、R带、E带；谱峰形状进一步判断化合物类型。2.UV-Vis光谱是分子中生色团和助色团的特征，而不是整个分子的特征。如果分子的变化不影响生色团和助色团，不影响吸收光谱。如甲苯和乙苯具有相同的光谱。3.UV-Vi