UV-VIS实验讲义

赛默飞世尔EV220型UV-VIS光谱仪,唐婉莹,教学要求,1、掌握本实验室UV-VIS光谱仪的基本原理2、了解实验室UV-VIS光谱仪的结构及一般应用3、掌握ThermoInsight软件的操作方法,UV-VIS概述,在仪器分析中紫外可见分光光度法是历史悠久、应用最为广泛的一种光学分析方法。它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，也就是说采用分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱来对物质进行定性分析、定量分析及结构分析。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。分光光度法是在比色法基础上发展起来的，两者所依据的原理基本相同。由于分光光度法采用了更为先进的单色系统和光检测系统，使得分光光度法在灵敏度、准确度、精密度及应用范围上都大大优于比色法。,UV-VIS的理论基础,朗伯-比尔定律：当一束平行的单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度、液层厚度乘积成正比，即A=cl式中比例常数与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。,UV-VIS区域划分,紫外光区:10400nm200nm远(真空)紫外区200400nm近紫外区可见光区:400800nm仪器:1901100nm,UV-VIS的特点,仪器和操作都比较简单、费用少、分析速度较快。灵敏度较高。其最低检出浓度可达10-6g/mL。有较好的选择性。通过选择适当的测量条件，可在多种组分共存的体系中，对某一物质进行测定。精密度和准确度较高。其相对误差可达到1%2%。这满足了对微量组分的测定要求。用途广泛。可用于医药、化工、冶金、环境保护、地质等诸多领域；不但可以对被测物质进行定量，定性和结构分析，还可以进行官能团鉴定、相对分子质量测定、配合物的组分及稳定常数的测定等等。,物质对光的选择性吸收,物质的结构决定了物质在吸收光时只能吸收某些特定波长的光，也就是说，物质对光的吸收具有选择性。因此可以利用测量物质对某种波长的光的吸收来了解物质的特性。光与物质作用时，物质可对光产生不同程度的吸收。分子中电子跃迁所需要的能量大部分处于吸收光波长的紫外和可见光范围，通常将分子在这一区域的吸收光谱称为电子光谱。不同分子中的电子跃迁所需能量不一样，吸收光谱也就不同。用经过分光后不同波长的光依次通过待测物质，并记录物质对不同波长光的吸收程度（吸光度）的变化曲线，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，便得到该物质的紫外-可见吸收光谱。,UV-VIS谱图认识-1,紫外吸收曲线横坐标为波长（）,常用nm表示;纵坐标为吸收强度,常用的单位有吸光度（A）、透光率（T%）、mol吸光系数（）、mol吸光系数的对数（log）表示。,UV-VIS谱图认识-2,UV-VIS吸收光谱的产生-1,有机化合物的紫外可见吸收光谱，是由分子中价电子的跃迁产生的。价电子分为以下三种：形成单健的电子形成双健的电子未成健的n电子(孤对电子)有机物最有用的吸收光谱是基于n*和*跃迁产生的，这两类跃迁所需要的辐射能量大多处于波长大于200nm的区域。,分子中电子的能级和跃迁类型(*n*n*),UV-VIS吸收光谱的产生-2,(1)*跃迁吸收光波长在180nm以下，饱和烃只有C-H健才有这种跃迁，只有在真空紫外区才能观察到，无实际应用。(2)n*跃迁含有未成健的杂原子(如S、N、O、Cl、Br、I等)的饱和烃衍生物都会发生这种跃迁，吸收峰在150250nm之间，在紫外区仍观察不到这类跃迁，也无实际应用。(3)*跃迁跃迁所需的能量比n*小，吸收峰在200nm附近，含有-C=C-或-C=C-的不饱和有机物都会发生这类跃迁。(4)n*跃迁这种跃迁所需能量最小，吸收峰一般都在近紫外区，甚至在可光区。连有杂原子的化和物-C=O、-C=N，可发生这种跃迁。,UV-VIS常用的名词术语-1,有机化合物的吸收带(absorptionband)吸收峰在光谱中的波带位置。由电子及分子轨道的种类，可分为四种类型。(1)K吸收带(共轭谱带)(2)B吸收带(苯型谱带)(3)E吸收带(乙烯型谱带)(4)R吸收带(基团型)生色团（chromophore）是指在一个分子中产生紫外吸收带的基团，一般为带有电子的基团。有机化合物中常见的生色团有：羰基、硝基、双键、三键以及芳环等。助色团（auxochrome）有些基团，本身不是发色团，但当它们与生色团相连时，可引起含有生色团有机物吸收峰位移和强度的改变，这类基团称为助色团。助色团通常是带有孤电子对的原子或原子团，如：OH、NH2、NR2、OR、SH、SR、X（卤素）等。,UV-VIS常用的名词术语-2,红移（redshift）当有机物结构发生变化(如取代基的变更)或受到溶剂效应的影响时，其吸收带的最大吸收波长（max）向长波方向移动(bathochromicshift)的效应。蓝移（blueshift）与红移相反的效应，即由于某些因素的影响使得吸收带的最大吸收波长（max）向短波方向移动（hypsochromicshift）的效应。增色效应（hyperchromiceffect）也称浓色效应，使吸收带的吸收强度增加的效应。减色效应（hypochromiceffect）也称浅色效应，使吸收带的吸收强度减小的效应。,UV-VIS常用的名词术语-3,强带凡摩尔吸光系数大于104的吸收带称为强带。弱带凡摩尔吸光系数小于1000的吸收带称为弱带。末端吸收（endabsorption）指吸收曲线随波长变小而强度增大，直至仪器测量极限(190nm），在此处测出的吸收为末端吸收。肩峰指吸收曲线在下降或上升处有停顿，或吸收稍微增加或降低的峰，通常是由主峰内隐藏有其它峰引起的。,K带、B带(E带)和R带吸收的比较,有机化合物吸收峰的影响因素,由此可见，有机化合物的吸收光谱是建立在n*或*跃迁基础上的，它们的吸收峰位于200800nm范围内。物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。溶剂极性、温度、pH等，都对吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等产生影响。首先，溶液的极性对吸收峰的位置有不同的影响。*跃迁可以发生在任何具有不饱和键的有机化合物分子中，其最大摩尔吸光率很大，吸收峰随溶剂极性的增加向长波方向移动，发生红移。如苯环的一个氢原子被一些基团取代后，苯环在254nm处吸收带的最大吸收位置和强度就会改变。n*跃迁发生在含有杂原子的不饱和化合物中，其最大摩尔吸光系数max比较小，吸收峰随溶剂极性增加而向短波方向移动，发生蓝移。例如，水和酒精的蓝移可达30nm以上。其次，溶剂还影响吸收峰强度和光谱精细结构。因此，当比较标准物质和未知物质的紫外吸收光谱时，必须采用同一种溶剂。,UV-VIS吸收光谱的应用-1,1、定性分析用于鉴定有机化合物。通常是在相同的条件下，比较未知物与已知标准物质的紫外光谱图，若两者的谱图相同，则可认为待测样品与已知物质具有相同的生色团。但应注意，紫外吸收光谱相同，两种化合物有时不一定相同，所以在比较max的同时，还要比较它们的值。如果待测物质和标准物质的吸收波长、吸收系数都相同，则可认为两者时同一物质。,UV-VIS吸收光谱的应用-2,用于检出某些官能团,推断有机化合物分子的结构例如化合物在220800nm范围内无吸收峰，它可能是脂肪族碳氢化和物，胺、晴、醇、羧酸、氯代烃和氟代烃，不含双键或环状共轭体系，没有醛、酮或溴、碘等基团。如果在250nm300nm有中等强度的吸收带并有一定的精细结构，则表示有苯环存在。,UV-VIS吸收光谱的应用-3,如图为苯在乙醇中的紫外光谱吸收。苯在180nm和204nm处有两个强吸收带，分别称为E1和E2吸收带，是由苯环结构中三个乙烯的环状共轭体系的跃迁产生的，是芳香族化和物的特征吸收。在230270nm处有较弱的一系列吸收带，称为精细结构吸收带，亦称为B吸收带。B吸收带的精细结构常用来辨认芳香族化和物。若苯环上有助色团如-OH、-Cl等取代，由于n*共轭，使E2吸收带向长波移动，并产生精细结构，因此可以从E2和B来确定某些取代基的存在。,苯在乙醇中的紫外吸收光谱,UV-VIS吸收光谱的应用-4,2.定量测定紫外可见吸收光谱法是进行定量分析最有用的工具之一。依据是朗伯比尔定律。该法不仅可以直接测定那些本身在紫外可见光谱区有吸收的无机物和有机物，还可以通过适当的显色反应使被测物质生成在紫外可见光谱区有强烈吸收的产物，从而进行定量分析。另外，紫外分光光度法可方便的用来直接测定混合物中某些组分的含量。如环乙烷中的苯、四氯化碳中的二硫化碳、鱼肝油中的维生素A等。,UV-VIS吸收光谱的应用-5,3.纯度检查如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其杂质有较强吸收，就可方便的检出该化合物中的痕量杂质。例如要鉴定甲醇和乙醇中的杂质苯，可利用苯在254nm处的B吸收带，而甲醇或乙醇在此波长几乎没有吸收。又如四氯化碳中有无二硫化碳杂质，只要观察在318nm处有无二硫化碳的吸收峰即可。,紫外谱图提供的结构信息,紫外谱图提供的主要信息是有关该化合物的共轭体系或某些碳基等的存在。可以粗略地归纳为下述几点：化合物在220800nm内无紫外吸收，说明该化合物是脂肪烃、脂环烃或它们的简单衍生物(氯化物、醇、醚、羧酸等)，甚至可能是非共轭的烯。220250nm内显示强的吸收(近10000或更大)，这表明K带的存在。即存在共扼的两个不饱和键(共轭二烯或，不饱和醛、酮)250290nm内显示中等强度吸收，且常显示不同程度的精细结构，说明苯环或某些杂芳环的存在。250350nm内显示中、低强度的吸收，说明碳基或共轭羰基的存在。300nm以上的高强度吸收，说明该化合物具有较大的共轭体系。若高强度吸收具有明显的精细结构。说明稠环芳烃、稠环杂芳烃或其衍生物的存在。,解析紫外谱图方法及有关注意事项-1,解析谱图时，应同时顾及吸收带的位置、强度和峰的形状三个方面：从吸收带位置可估计产生该吸收的共轭体系的大小；吸收强度有助于K带、B带和R带的识别；从吸收带形状可帮助判断产生紫外吸收的基团。如某些芳环衍生物，在峰形上显示一定程度的精细结构。立体位阻的作用常使一些共轭体系的吸收带发生明显的蓝移，这是由于共轭体系的共平面性受到破坏所致。如联苯、2,2二甲基联苯、4,4二甲基联苯的紫外吸收。介质的影响：在进行紫外测定时,介质常有较重要的影响。总的说来，相对于该化合物蒸汽的紫外吸收,低极性溶剂的溶液其紫外吸收变化小，高极性溶剂的溶液其紫外吸收变化大，且精细结构消失。因此一般应尽量采用低极性溶剂。,解析紫外谱图方法及有关注意事项-2,解析紫外谱图方法及有关注意事项-3,苯环E2带(204nm)的溶剂效应需视衍生物各取代基的性质而定。取代基为邻、对位取代基时，溶剂效应很小；取代基为间位取代基时，随溶剂极性的增加而产生红移。对具有酸碱性的一些有机物，如：酚、苯胺等，溶液的PH值对其吸收位置有很明显的影响。最常用的标准谱图仍为萨特勒(Sadtler)紫外谱图，因它同时有核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外谱，且有上述谱图的综合索引，因此查阅萨特勒谱图是十分方便的，其查阅方式和查萨特勒红外谱相似。,EV220紫外可见分光光度仪,生产公司：美国赛默飞世尔公司型号：EV220,EV220结构图-1,EV220结构图-2,EV220内部工作示意图,1，8，9，12，15，16，20凹面反射镜；2汞灯；3灯交换平面镜；4氙灯；5入口狭缝；6，17平面反射镜色散元件（棱镜）；10，11出口狭缝；13调制板；14斩光器；18参比池；19样品池；21光电倍增管,主要部件的性能与作用-1,EV220光谱仪可测波长范围为1901100nm，由以下5个部分组成：光源单色器吸收池检测器显示器,主要部件的性能与作用-2,1.光源功能：提供能量激发被测物质分子，使之产生电子光谱谱带（提供宽带辐射）。对光源的要求：a.在所需的光谱区域内，能发射连续的具有足够强度的光。b.其能量随波长变化尽可能小。c.使用寿命长。一般紫外和可见光源：气体放电光源：氢灯、氘灯、氙灯（180375nm）紫外区热辐射光源：钨丝灯、卤钨灯、汞灯（3202500nm）可见光区2.单色器功能：从复合光色散成单色光，并能从中分出所需单色光光波的装置。一般由色散元件和狭缝组成；色散元件常用棱镜和光栅。棱镜（利用不同波长的光有不同的折射率而使复合光分开的光学元件）光栅（利用光的衍射和干涉作用使复合光色散）；,主要部件的性能与作用-3,3.吸收池功能：盛放分析试样（一般是液体），按材料一般可分为石英和玻璃。石英：紫外、可见光区；玻璃：可见光区4.