第5章紫外-可见分光光度法(1)

2020/6/13,1,第5章紫外-可见吸收光谱法,5-1概述,紫外-可见吸收光谱法是根据溶液中物质的分子或离子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方法，也称作紫外和可见吸收光度法，它包括比色分析法和紫外-可见分光光度法。,2020/6/13,2,紫外光：远紫外光（10200nm）和近紫外光（200400nm）的电磁辐射。可见光：400780nm的电磁辐射。溶液中物质选择性的吸收可见光中某种颜色的光，溶液就会呈现出一定的颜色。比色分析法：比较有色物质溶液颜色深浅来确定物质含量的方法。分光光度法：使用分光光度计进行吸收光谱分析的方法。,2020/6/13,3,紫外-可见吸收光谱法的特点：1.灵敏度高。可以测定10-7-10-4gmL-1的微量组分。2.准确度较高。其相对误差一般在1%-5%之内。3.仪器价格较低，操作简便、快速。4.应用范围广。,紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁（伴随着振动能级和转动能级跃迁）。物质分子内部三种运动形式：电子相对于原子核的运动；原子核在其平衡位置附近的相对振动；分子本身绕其重心的转动。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。分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er。E分子E电子E振动E转动E分子E电子E振动E转动E电子E振动E转动,一.分子吸收光谱的产生及其类型,当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、原子或离子与光子发生“碰撞”。光子的能量被分子、原子所吸收，由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）。,光的吸收：,2020/6/13,分子光谱的特点：,1.吸收线呈带状光谱,原理：分子内部有三种不同的运动方式。,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而呈现宽谱带（带状光谱）。,电子跃迁可以从基态激发到激发态的任一振动、转动能级上。故电子能级跃迁产生的吸收光谱包含了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。,带状分子吸收光谱产生的原因：,2020/6/13,2.处理简单、方便，无破坏性,3.吸收遵循朗伯-比尔定律,A=bc=Kc,越大，物质的吸光性越强，测定越灵敏(定量分析一般要求104Lmol-1cm-1)。,二、光谱吸收曲线：,将不同波长的光透过某一固定浓度待测溶液，测量每一波长下溶液对光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，即可得到吸收曲线（吸收光谱）。描述了物质对不同波长光的吸收能力。,关于吸收曲线：,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;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不同;,吸收光谱的波长分布：由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据；吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为定性的依据。不同物质的max有时可能相同，但max不一定相同；吸收谱线强度A与该物质分子吸收的光子数成正比，即与该物质的浓度C成正比，这是定量分析的依据。,2020/6/13,12,5-2光吸收基本定律朗伯-比尔定律,透射比：TIt/I0又称%透光率,A：吸光度；T：透光度（透射比）；K：吸光系数；C：溶液浓度,1.朗伯定律A=lg(I0/I)=kb,2.比尔定律A=lg(I0/I)=k”c,朗白比尔定律只适合于稀溶液。,吸光度与光程的关系A=bc,吸光度与浓度的关系A=bc,3.吸光系数,例9-1浓度为25.0g/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长600nm处，用2.0cm比色皿测得T=50.1%，求吸光系数a和摩尔吸光系数。已知M(Cu)=64.0。,解已知T=0.501，则A=lgT=0.300，b=2.0cm,则根据朗伯比尔定律A=abc，而=Ma=64.0gmol-13.00102Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1),例9-2某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为T，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？解:由A=-lgT=abc可得T=10-abc当b1=1cm时，T1=10-ac=T当b2=2cm时，T2=10-2ac=T2,3.偏离朗伯比尔定律的原因,吸光光度法的步骤：（1）配制标准系列溶液,（2）显色,（3）测定其吸光度值,（4）作AC工作曲线有时又叫作标准曲线,（5）测样品的吸光值样品的吸光值为Ax,（6）通过标准曲线上求得样品的浓度C,由上面可以看出：标准曲线十分重要。A与b或C不成直线时会产生偏差，使测量结果与实际不符。,偏离朗伯比尔定律,偏离朗伯比尔定律的原因,1.非单色光单色光不纯2.化学因素组成发生变化例如：Fe(SCN)n3-n各种配合物色调不一样。3.其它因素：胶体溶液、乳浊液、或有悬浮物质、浓度过浓等。,一、电子跃迁类型紫外可见吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁产生的这种吸收光谱取决于价电子的性质。1.电子类型形成单键的电子C-H、C-C形成双键的电子C=C、C=O未成对的孤对电子n电子C=O：例：HC,5-3有机化合物紫外可见吸收光谱,分子轨道有、*、*、n能量高低n*,2020/6/13,24,2、跃迁类型,1)*跃迁分子成键轨道中的一个电子通过吸收辐射而被激发到相应的反键轨道。化合物种类：饱和烃特点：需要的能量较高位置：远紫外光区200nm,例：-C-C-如：乙烷:max=135nmC-H如:甲烷:max=125nm,2)n*跃迁分子中未共用n电子跃迁到*轨道化合物种类：凡含有n电子的杂原子(含N、O、S和卤素等杂原子)的饱和化合物特点：跃迁所需要的能量较高位置：远紫外光区和近紫外光区吸收峰的波长范围：150-250nm=1001000Lcm-1mol-1,3）n*跃迁孤对电子向反键轨道跃迁化合物种类：含有杂原子的不饱和基团:C=SO=N-N=N-特点：谱带强度弱，max103Lmol-1cm-1位置：近紫外光区例：丙酮max=280nm,n*跃迁比*跃迁所需能量小,吸收波长长,4）*跃迁电子向反键轨道跃迁化合物种类：不饱和有机化合物:C=CC=N-N=N-特点：谱带强吸收，max104Lmol-1cm-1位置：近紫外光区,C=C是发色基团,I.不饱和烯烃*跃迁,乙烯*跃迁的max为162nm，max为:1104.（K带-非封闭体系的*跃迁）,II.共轭烯烃中的*,常用的是*跃迁和n*，这两种跃迁都需要分子中有不饱和基团提供轨道。n*跃迁与*跃迁的比较如下：*n*吸收峰波长与组成双键的有关原子种类基本无关吸收强度强吸收104105弱吸收102极性溶剂向长波方向移动向短波方向移动,2020/6/13,生色团：含有键的不饱和基团。如：、等。,二、生色团及其共轭作用,特点：将此类基团引入饱和烷烃后，可使整个物质的吸收线向长波(可见光)方向移动生色，此现象又称“红移”。【吸收线向相反方向变化称为“紫移”。,如：CH4约125nm；CH3CH=CH2约170nm。,2020/6/13,生色团的共轭作用：若两个生色团相邻，将通过相互共轭使体系的能量降低(*降的更低)，结构更稳定。,*吸收峰红移，吸收强度显著增加,如：C=C-C-C-C-Cmax=177nm，=11800L.mol-1.cm-1C=C-C-C-C=Cmax=178nm，=26000L.mol-1.cm-1C=C-C=C-C-Cmax=220nm，30000L.mol-1.cm-1C=C-C=C-C=Cmax=268nm，=42700L.mol-1.cm-1,2）.助色团（auxochromousgroup）,含有非键电子对的杂原子饱和基团，当它们与生色团或饱和烃相连时，能使生色团或饱和烃的吸收向长波方向移动（红移），并使吸收强度增加。跃迁形式：n*。基团类型：带杂原子的饱和基团-OH、-OCH3、-NH2、-NHCH3.,例：苯=255nm，=230苯酚=270nm，=1450,三、吸收带,R吸收带：n*跃迁产生200400nm特点：强度弱100Lmol-1cm-1K吸收带*跃迁产生217280nm特点：吸收强度较大104K吸收带是紫外可见吸收光谱中应用最多的吸收带，用于判断化合物的共轭结构。,B吸收带是由于芳香族化合物的*跃迁产生的精细结构吸收带。波长范围：230270nmB吸收带的精细结构常用来判断芳香族化合物，但苯环上有取代基且与苯环共轭或在极性溶剂中测定时，这些精细结构会简单化或消失。E吸收带是芳香族化合物的*跃迁所产生，是芳香族化合物的特征吸收，分为E1带和E2带。E1带：185nm，=47000Lmol-1cm-1产生的原因：苯环内乙烯键上的电子被激发，无振动E2带：204nm，=7900Lmol-1cm-1产生的原因：由苯环的共轭二烯所引起有低分辨率的振动结构,四、溶剂对紫外-可见吸收光谱的影响溶剂的极性的不同引起某些化合物的吸收光谱的红移或紫移。极性溶剂作用:影响吸收的波长、强度、精细结构峰的形状改变：随溶剂极性增加，吸收光谱变平滑，精细结构消失；峰的位置改变：随溶剂极性增加，*红移,n*紫移选择溶剂的原则：1.未知物与已知物必须采用相同溶剂2.尽可能使用非极性溶剂，以获得精细结构3.所选溶剂在测定波长范围内应无吸收或吸收很小常用溶剂有庚烷、正己烷、水、乙醇等。书P113中表5-4中列出一些常用溶剂的适用波长范围。,2020/6/13,37,5-4紫外-可见分光光度计,一、基本部件,吸收池,1.1光源,可见光区：钨灯。其辐射波长范围在3202500nm紫外区：氢、氘灯。发射180375nm的连续光谱,要求：在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。,2020/6/13,39,2020/6/13,40,紫外光源-氘灯,可见光源-钨灯,1.2单色器,将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。,入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准直镜：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；色散元件：将复合光分解成单色光，棱镜或光栅；聚焦透镜：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝,1.3样品室,功用：用于盛放分析试样。材料：石英：可见光区及紫外光区。玻璃：可见光区。注意：光学面垂直于光束方向吸收池配对最常用的吸收池吸光厚度为1cm。,检流计、微安表，电位计、数字电压表、记录仪、示波器及计算机等进行仪器自动控制和结果处理,1.4检测器,1.5结果显示记录系统,检测器：将接受到的光信号转变成电信号的元件。功能：测量单色光透过溶液后光强度变化。要求：灵敏度高,响应时间短，线性好、噪音低，稳定。类型：光电管、光电倍增管、光电二极管阵列,2020/6/13,44,2020/6/13,45,（一）单光束分光光度计,二、紫外-可见分光光度计的类型,2020/6/13,46,（二）双光束分光光度计,2020/6/13,47,（三）双波长分光光度计,通过波长选择可方便地校正背景吸收：消除吸收光谱重叠的干扰，适合于混浊液和多组分化合物分析；只使用一个吸收池：参比溶液即被测溶液，避免了单波长法中因被测溶液与参比溶液在组成、均匀性上的差异及两个吸收池之间的差异所引入的误差。,2020/6/13,1、化合物的鉴定,原理：由max确定含有键的部分官能团(P28)。再通过与其他方法(红外、核磁共振、质谱等)联用确定未知物的具体结构。,2、研究有机物的构型、构象,判断同分异构体,如乙酰乙酸乙酯，有两种不同结构：,-*吸收峰：max=204nmmax=243nm,具生色团的共轭作用,5-5紫外-可见吸收光谱法的应用,2020/6/13,49,2020/6/13,50,如1,2-二苯乙烯，有两种不同的空间结构：,顺式,反式,-*吸收峰：max=280nmmax=295nm,2020/6/13,51,三、纯度检查,四、定量分析应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素有机化合物，主要在紫外区1.单组分物质的定量分析测定条件：选择合适的分析波长（max）A：0.2-0.8选择适当的参比溶液,标准曲线法,12345样品标液C1C2C3C4C5CXAA1A2A3A4A5AX,【例】:芦丁含量测定:分别移取0.200mg/mL标样05mL25mL,样品3.0mg25mL解:A=0.0105c+1.162A=0.845,c=0.710mg/mLcx%=0.710/3.00 x100=23.7%,2.多组分定量方法（1）解联立方程组的方法:吸光度具有加合性。测定同一试样中两个组分的含量两组份X和Y，（将其显色后），分别绘制吸收光谱：1）X,Y组份最大吸收波长不重