分子吸光分析法.ppt

2分子吸光分析法,2,一、概述1.光学分析法是基于物质发射的电磁辐射或物质与辐射相互作用后产生地辐射信号或发生地信号变化来测定物质性质含量结构的一类仪器分析方法。2.光学分析法三个过程（1）能源提供能量（2）能量与被检测物质作用（3）产生被检测信号3.作用：测定物质的性质、含量、结构,3,二、电磁辐射和电磁波谱1.电磁辐射(电磁波，光):以巨大速度通过空间不需要任何物质作为传播媒介的一种能量2.电磁辐射的性质：具有波、粒二象性,4,3.电磁辐射的波动性波长：波传播路线上具有相同振动相位的相邻两点间的线性距离（nm）频率：每秒内波动次数（Hz）波数：每厘米长度中波的数目（cm-1)=c/真空中光速c2.99791010cm/s,5,4.电磁辐射的微粒性E=hh=6.62621034J/s5.电磁波谱将电磁波按照波长（频率、能量）的次序排列成谱射线、X射线、紫外、可见、红外、微波、无线电波,6,7,8,三、电磁辐射与物质的相互作用（一）电磁辐射的能量与介质分子（原子）的基态与激发态间的能量差相等1.吸收辐射能基态激发态（寿命108）2.释放能量激发态基态3.释放能量的形式：热、光（荧光/磷光）化学变化,9,（二）电磁辐射的能量与介质分子（原子）的基态与激发态间的能量差不相等1.散射：光子与介质分子弹性碰撞变：运动方向不变：能量不变，频率不变2.拉曼散射：光子与介质分子非弹性碰撞变：运动方向、能量、频率,10,3.折射和反射,11,4.干涉频率相同、振动相同的波源发射的波相互叠加时产生干涉现象两波相位差180时产生最大相消干涉暗条纹两波相位相同时发生最大相长干涉明条纹5.衍射光绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象,12,四、光谱法与非光谱法1.光谱法：利用物质的光谱进行定性定量和结构分析的方法称为光谱分析法光谱：记录能级跃迁产生的辐射能强度随波长变化的图谱光谱中的一些特征（例如：峰面积、峰高、峰对应的波长）能与组分的结构或含量建立联系按作用结果不同分：原子光谱线状光谱分子光谱带状光谱按能量交换方向分：吸收光谱法发射光谱法,13,（1）发射光谱例：-射线；x-射线；荧光（2）吸收光谱例：原子吸收光谱，分子吸收光谱,14,2.非光谱法：不涉及物质内部能级的跃迁，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质的特征的变化的分析方法折射法、旋光法、浊度法、X射线衍射法、圆二色法3.光谱法与非光谱法的区别：(1)光谱法：内部能级发生变化原子吸收/发射光谱法：原子电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子电子能级跃迁(2)非光谱法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐射性质改变,15,五、原子光谱法和分子光谱法（一）原子光谱法1.定义：测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的分析方法2.分类（1）原子发射光谱法（2）原子吸收光谱法（3）原子荧光光谱法（4）X射线荧光光谱法,16,3.特点：（1）原子光谱是线状光谱（2）每条谱线对应一定波长（3）从谱线波长可以得到元素种类（4）从谱线强度可以得到元素含量（5）原子光谱不能给出物质分子结构信息,17,（二）分子光谱法1.分子光谱：由分子中电子能级（n）、振动（v）和转动能级（J）的变化产生。2.分类（1）红外吸收光谱（2）紫外可见吸收光谱（3）分子荧光光谱法（4）分子磷光光谱法,18,3.分子中的运动形式及能级（1）分子做为整体的运动转动能级Er0.0050.05eV（25025m）相当于远红外光或微波的能量（2）分子中原子间的振动振动能级Ev0.051eV（250001250nm）相当于紫外线和可见光的能量（3）分子中电子的运动电子能级Ee120eV（125060nm）,19,4.说明：（1）三种能级都是量子化的（2）同一电子能级包括小的振动能级和更小的转动能级（3）用紫外可见光照射发生电子能级跃迁、振动能级跃迁、转动能级跃迁（4）无法得到纯粹的振动光谱和电子光谱（5）用远红外或微波照射能得到纯粹的转动光谱（6）电子跃迁光谱实际是电子振动转动光谱（7）电子跃迁光谱是很多光谱带,20,5.分子光谱法定义：以测量分子转动能级、分子中原子的振动能级（包括转动能级）和分子电子能级（包括振转能级）跃迁所产生的分子光谱为基础的定性、定量和物质结构分析方法。,21,六、吸收光谱法和发射光谱法（一）吸收光谱法1.定义：利用物质的吸收光谱进行定性及结构分析的方法2.产生的条件：辐射的能量等于能级跃迁所需的能量3.分类：莫斯鲍尔光谱法X射线吸收光谱法原子吸收光谱法紫外可见吸收光谱法红外吸收光谱法电子自旋共振波谱法核磁共振波谱法,22,（二）发射光谱法1.产生原理：构成物质原子、离子、或分子受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到激发态后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生光谱。2.定义：利用物质发射光谱进行定性定量的方法,23,3.发射光谱种类（1）线状光谱：气态或高温下的物质在离解为原子或离子时被激发后而发射的光谱（2）带状光谱：分子被激发后而产生的光谱（3）连续光谱：炽热的固体或液体所发射的光谱4.发射光谱法分类（1）原子发射光谱法（2）原子荧光光谱法（3）分子荧光光谱法（4）分子磷光光谱法,24,2.2紫外可见吸收光谱一、紫外-可见吸收光谱的产生1.分子吸收光谱的产生由能级间的跃迁引起能级：电子能级、振动能级、转动能级跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射前后的光强度变化转变为电信号并记录下来，就可得到光强度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱,25,2.分子吸收光谱的分类：分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序3紫外-可见吸收光谱的产生由于分子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生(吸收能量=两个跃迁能级之差）,26,二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型1.分子结构相关知识价电子：电子饱和的键电子不饱和的键n电子未成键电子轨道：电子围绕原子或分子运动的几率轨道不同，电子所具有能量不同基态：电子能量最低的状态激发态：电子吸收能量，由基态激发态成键轨道与反键轨道：n*n*,30,（5）电荷迁移跃迁电磁辐射照射时，电子在分子内从给予体向接受体相联系的轨道上跃迁。特点：摩尔吸光系数较大。max104,定量分析的检测灵敏度比较高（6）配位场跃迁发生在过渡元素的配位化合物中。能量相等的d轨道或f轨道分裂成能量不等的轨道特点：摩尔吸光系数较小。max104强带max104共轭体系增长，max红移，max溶剂极性，对于-(-CH=CH-)n-max不变对于-CH=C-C=Omax红移,37,3B带：由*跃迁产生。芳香族(杂芳香族）化合物的主要特征吸收带230270nm约200气态：振转动能级跃迁非极性溶剂：振动能级跃迁极性溶剂：振动能级跃迁表现不出来，精细结构消失,38,39,4E带：由苯环环形共轭系统的*跃迁产生，芳香族化合物的特征吸收带E1180nmmax104强吸收E2200nmmax=7000强吸收苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并一起红移（长移）,40,5.电荷转移吸收带无机物和某些有机物混合得到的分子配合物的紫外或可见吸收带。6.配位场吸收带过渡金属水合离子与有机显色剂形成的配合物的紫外或可见吸收带,41,42,注：1.紫外光谱电子跃迁类型：n*跃迁*跃迁2.共轭越强，紫外吸收越强饱和化合物无紫外吸收3.电子跃迁类型与分子结构及存在基团有密切联系a根据分子结构推测可能产生的电子跃迁类型；b根据吸收谱带波长和电子跃迁类型推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）,43,五、影响吸收带位置的因素：1.位阻影响共轭效应，吸收带长移，吸光系数增加发色团在同一平面，易形成共轭位阻影响分子的平面性2.跨环效应不饱和酮中，电子与羰基氧的孤对电子作用，使n*跃迁的R吸收带长移，且吸收增强。,44,3.溶剂效应：（1）对max影响：n-*跃迁：溶剂极性，max蓝移-*跃迁：溶剂极性，max红移（2）对吸收光谱精细结构影响溶剂极性，苯环精细结构消失4.pH值的影响：影响物质存在型体，影响吸收波长,45,六、朗伯比尔定律（LambertBeersLaw）(一）描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系假设一束平行单色光通过一个吸光物体,46,取物体中一极薄层,47,讨论：1.Lamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光溶液是稀溶液2.该定律适用于固体、液体和气体样品3.在同一波长下，各组分吸光度具有加和性应用：多组分测定,48,（二）吸光系数和吸收光谱1吸光系数的物理意义：单位浓度、单位厚度的吸光度,讨论：1）E=f（组分性质，温度，溶剂，）当组分性质、温度和溶剂一定，E=f（）2）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸收）同一物质在不同波长下E不同3）E，物质对光吸收能力,定量测定灵敏度定性、定量依据,49,2.吸光系数两种表示法：1）摩尔吸光系数：在一定下，c=1mol/L，l=1cm时的吸光度2）百分含量吸光系数(比吸光系数)在一定下，c=1g/100ml，l=1cm时的吸光度3）两者关系,50,2单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件,2.3紫外-可见分光光度计,一、仪器的基本组成,51,52,二、仪器的类型：,1单光束分光光度计：,特点：使用时来回拉动吸收池移动误差对光源要求高比色池配对,53,2双光束分光光度计：,特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱,54,一、定性分析二、定量分析,2.4紫外可见吸收光谱法的应用,55,定性鉴别的依据吸收光谱的特征吸收光谱的形状吸收峰的数目吸收峰的位置（波长）吸收峰的强度相应的吸光系数,（一）定性鉴别,一、定性分析,56,1.对比吸收光谱的特征值,57,2.对比吸光度或吸光系数的比值：,例：,58,3.对比吸收光谱的一致性同一测定条件下,与标准对照物谱图或标准谱图进行对照比较,59,（二）纯度检查和杂质限量测定1纯度检查（杂质检查）1）主成分无吸收，杂质有吸收直接考察杂质含量例如：测乙醇中是否含有少量苯。苯在256nm处有吸收峰，乙醇没有2）主成分强吸收，杂质无吸收/弱吸收与纯品比较，E杂质强吸收主成分吸收与纯品比较，E，光谱变形,60,例：肾上腺素中微量杂质肾上腺酮含量计算2mg/mL-0.05mol/L的HCL溶液，310nm下测定规定A3100.05即符合要求的杂质限量0.06%,2杂质限量的测定：,61,二、定量分析（一）单组分的定量方法1吸光系数法2标准曲线法3对照法：外标一点法,注意:1）选择吸收光谱中的吸收峰对应的波长2）多个吸收峰，选择无干扰的、较高的峰3）测定波长大于溶剂的截止波长所谓溶剂的紫外截止波长指当小于截止波长的辐射通过溶剂时，溶剂对此辐射产生强烈吸收，此时溶剂被看作是光学不透明的，它严重干扰组分的吸收测量。,62,1吸光系数法（绝对法）,例：维生素B12的水溶液在361nm处的百分吸光系数为207，用1cm比色池测得某维生素B12溶液的吸光度是0.414，求该溶液的浓度?解：,63,2标准曲线法,3对照法：外标一点法,64,（二）多组分的定量方法,三种情况：1两组分吸收光谱不重叠（互不干扰）两组分在各自max下不重叠分别按单组分定量,65,2两组分吸收光谱部分重叠1测A1b组分不干扰可按单组分定量测ca2测A2a组分干扰不能按单组分定量测ca,66,3两组分吸收光谱完全重叠混合样品测定a解线性方程组法b等吸收双波长消去法（1）解线性方程组法,67,(2)等吸收双波长消去法,68,三、结构分析（一）有机物的紫外吸收光谱从紫外吸收光谱推断：a分子骨架b发色团之间的共轭关系c取代基的种类位置和数目1.饱和碳氢化合物跃迁类型：*,需很大能量吸收峰位置：远紫外区，200400nm无吸收,69,2.含孤立助色团和生色团的饱和有机化合物1）含有孤立助色团电子类型：和n电子跃迁类型：n*2）含有孤立生色团电子类型：和n电子跃迁类型：n*n*3.共轭烯烃分子特点：两个双键隔一个单键成共轭大键跃迁类型及吸收峰位置：*较孤立双键能级差减少，吸收长移,70,4.-不饱和醛、酮、酸、酯1）分子特点：C=O与C=C共轭2）跃迁类型及吸收峰位置：*200260nm约10000n*310350nm10000,72,（2）芳香杂环化合物a五元杂环化合物，吸收光谱与环戊二烯相似只有*，无n*b六元杂环化合物，与相应的芳环相似B带强度增大，精细结构简化。增加n*,73,（二）有机物结构的研究1.从吸收光谱中初步推断官能团220800nm无吸收，可能无共轭体系，无羰基210250nm有吸收，两个共轭单位260300nm有强吸收，可能有35个共轭单位250300nm有弱吸收，有羰基存在250300nm有中吸收，有苯环存在如果有颜色，共轭生色团一般在5个以上,74,2.异构体的推定（1）结构异构体异构体之间利用双键位置的不同，紫外吸收光谱不同（2）顺反异构体顺式比反式吸收波长短，小3.化合物骨架的推定未知化合物和已知化合物吸收光谱一致，可认为二者具有相同的发色团。,75,四、比色法可见分光光度法定义：对于能吸收可见光的有色溶液的测定方法特点：灵敏度高、简便许多无色物质可以用显色反应变成有色物质显色反应类型：配位反应、氧还反应、所缩合反应测定方法：建立线性回归曲线（校正曲线）A与c的线性关系,76,2.5红外吸收光谱法,红外吸收光谱：T%为纵坐标，或为横坐标,77,红外光能量较低，只能引起分子的振动能级跃迁，振动能级跃迁时会伴随转动能级的跃迁分子振-转光谱,红外光区：波长在0.761000m近红外区：0.762.5m中红外区：2.525m远红外区：251000m,78,IR与UV的区别,79,产生红外光谱两个条件：(1)辐射光子具有的能量满足振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质分子间有偶合作用。分子振动伴随偶极矩的变化,对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩变化，红外活性。,2.5.1基本原理,80,K化学键的力常数（N/cm），将化学键两端的原子由平衡位置拉长0.1nm后的恢复力，与键能和键长有关。单键：；双键：812；三键：1218Ar双原子折合相对质量，=m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的Ar和K，即取决于分子的结构特征。,1.双原子分子的振动化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,81,2.多原子分子的振动,振动方式的数目为振动的自由度，每个振动自由度相应一个基频吸收带,82,N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度,水分子H2O非线性分子,83,CO2分子线性分子,84,实际峰数比理论值少的原因：（1）振动频率相同，简并为一个峰（2）振动频率相近，仪器无法分辨，表现为一个峰（3）振动无偶极矩的变化，不产生吸收光谱（4）振动吸收强度太弱或频率超出检测范围，检测不出,85,3.基团频率和指纹区,基团频率：同一类基团振动频率非常接近，都在一定频率区间出现吸收带，称为官能团的基团频率（40001300cm-1）,酸酐：1810cm-1,酰氯:1800cm-1,酯类1735cm-1,醛1725cm-1,酮1715cm-1,指纹区：在1800600cm-1区域中，一些单键的振动很容易受附近化学键振动的影响，分子结构稍有不同，吸收光谱就有细微的差异，显示分子的特征，犹如人的指纹。,86,87,88,影响峰位的因素,化学键的振动频率不仅与