MA-4 紫外—可见.ppt

1、1,第4章 紫外可见分光光度法 (UVVis) ( Ultra-Violet and Visible Spectrophotometry ),4.1 紫外-可见吸收光谱 4.2 Lambert-Beer 定律 4.3 紫外-可见分光光度计 4.4 分析条件的选择 4.5 紫外-可见分光光度法的应用,紫外-可见分光光度法,2,4.1 概述,原子光谱 （例：AAS） 原子外层电子价电子在原子轨道不同能级之间跃迁 200-900nm（190-1000nm） 线光谱 E=Ee 样品池-原子化器（高温） 元素定性和定量分析,分子光谱（例：uv-vis） 分子外层电子价电子在分子轨道不同能级之间跃迁 20

2、0-900nm（190-1000nm） 带状光谱 E=Ee+Ev+Er 样品池-吸收池（常温） 无机和有机化合物（基团）定性和定量分析,Uv-vis优点：可做有机物分析；仪器便宜,3,分子光谱为什么是带状光谱？,(1) Ee: 1-20eV 紫外、可见区; 若 Ee = 5 ev，=hc/ Ee=250nm (2) Ev: 0.05l eV 红外区； 若 Ee = 5 ev， Ev = 0.1eV=2%Ee 系列振动谱线,波长间隔=250nmx2=5nm; (3)Er: 0.05eV Ev (1/10-1/100) 远红外区；Er= 0.005eV=0.1%Ee 系列转动谱线波长间隔 =250

3、nmX0.1=025nm (1)带状光谱, UV Vis IR F-IR,吸收光谱： 波形 分 强度 子 位置 结 数目 构,4,4.2 原理 一、分子轨道理论现代的共价键理论,分子：由原子通过各种不同的化学键连接而成。 化学键：原子或离子之间直接的、主要的、强烈的相互作用。,紫外-可见分光光度法,共价键 极性键（电负性越大，极性越强）离子键 电负性差 1.7, 离子型化合物 电负性差 1.7， 共价型化合物,5,1. 分子轨道的含义 轨道 原子(s，p，d，) 电子的空间 电子 势能 (波函数) 分子(,) 运动状态 能量 动能,6,4-1 分子轨道的含义,在原子中,电子的空间运动状态称为原

4、子轨道,可以用n,l m来描述,类似地,分子轨道理论把分子看作是一个整体,在分子中电子的空间运动状态称为分子轨道。分子轨道也可以用相应的来描述。,原子轨道的类型有s,p,d 分子轨道的类型也分为,7,2.分子轨道的形成,分子轨道=不同原子间的原子轨道的线性组合 例：原子A和B，其原子轨道分别为a和b ，组成分子轨道时,其线性组合方式为: AB = a+b AB* = a-b 线性组合时,有多少个原子轨道,就组合成多少个分子轨道。,8,3.分子轨道的组合原则,(1)对称性原则两个原子轨道的对称性要相同才能组成分子轨道。,当两个原子的轨道组合时,以键轴为轴,旋转180,如果轨道的符号都不变或都变号

5、,则两个轨道的对称性一致;如果一个轨道符号不变,另一个发生变号,则是对称性不一致的.,S-S SPx PxPx PyPy PzPz 是对称性一致的。它们可以组合成分子轨道。,SPy, PxPy, PxPz 是对称性不一致的。它们不能组合成分子轨道。,9,（2）最大重叠原则对称性一致的原子轨道组合成分子轨道时,总是按照最大重叠方向进行组合。重叠越大分子轨道（成键轨道）能量越低（反键轨道能量越高） 键强度越大 键越牢固 分子越稳定,例如,ss 、 spx 、 pxpx 轨道组合以“头碰头”方式组合成为轨道,pypy 、 pzpz 轨道组合以“肩并肩”方式组合成为轨道。,（3）能量近似原则组合成分子

6、轨道的原子轨道,必须是能量相近的轨道,能量差别大的原子轨道不能组成有效的分子轨道。,10,4.分子轨道中电子的排布,排布原则,和电子填充原子轨道的三原则相同： 1.泡里不相容原理 2.能量最低原理 3.洪特规则,11,5.分子轨道的类型,（1）分子轨道 头碰头重叠，重叠度大,* ss 轨道组合 * spx轨道组合 * pxpx轨道组合,12,（2）分子轨道 肩并肩重叠,重叠程度小 于分子轨道,* pzpz轨道组合 * pypy轨道组合,轨道的电子云是以通过键轴且垂直于成键p轨道的平面为对称的。,分子轨道的电子云界面图形状与波函数界面图相同，但没有正负号。,13,二、成键电子、反键电子及非成键电

7、子,C O,成键电子：成键轨道（ ， ）上 的电子 单键轨道， 双键 1轨道 反键电子：反键轨道（*， *） 上的电子 非成键电子：n轨道上的电子 孤对电子 能量高低次序： n * *,甲醛,H,H, ,成键（单）,成键（双） ,非成键 n,紫外-可见分光光度法,14,（二）UV-Vis 主要类型,1. 跃迁类型： （1）* 跃迁：真空紫外区(104,适于定量 （3） n *跃迁：UV/Vis区，含孤对电子+不饱和键的基团， 10-100 （4） n* 跃迁：UV/Vis区，含孤对电子的基团， 100-300,15,（5）电荷转移(pd跃迁)： 104,适于定量 一个分子（金属络合物）同时具有

8、电子给予体和接受体，吸收UV-Vis，电子从给予体外层轨道（p）向接受体轨道（d）跃迁分子内部氧化还原过程。 Fe3+SCN Fe2+SCN 测Fe3+，加入显色剂 络合剂,hv,受体 给予体 d p,退激发 （大部分情况下）,内部氧化还原,16,（6） 配位体场跃迁(dd，ff跃迁)：100 过渡金属离子 + 配位体 络合物 过渡金属离子 受配位体场的作用 轨道能级分裂 有未填满的d（或f）轨道 hv d-d跃迁 f-f跃迁 例：Ti(H2O)63+八面体配位场,17,2. 分析类型 （1）有机化合物UV-Vis吸收光谱适用于含不饱和键的基团的检测 （1）* 跃迁：真空紫外区 （2）* 跃迁

9、：104,适于定量 （3） n *跃迁：10-100 （4） n* 跃迁：100-300 （2）无机化合物UV-Vis吸收光谱 A电荷转移 104,适于定量 B配位体场跃迁,18,（四）基本概念,1.生色团：分子中能吸收UV-Vis结构单元，含n轨道和轨道的基团（不饱和键），* 和n*跃迁， 如：CCCO，CCO一，一NO等 . 生色团的共轭效应： 不共轭时（相隔一个以上单键），峰位置、强度不变 共轭时共轭效应：峰位置红移，强度增强。 2. 助色团：使生色团吸收峰位置向长波位移（红移），并使其强度增强的基团，含n电子的基团。 如:一OH、一NH2、一SH，.， n电子与生色团电子相互作用，使

10、*跃迁能量降低，引起吸收峰红移。,紫外-可见分光光度法,19,3.红移与蓝移： 红移：生色团吸收峰的位置向长波方向移动 引起红移的基团向红基团 助色团 蓝移：生色团吸收峰的位置向短波方向移动 引起蓝移的基团向蓝基团反助色团（吸电子基团） 如：CH2，CH2CH3，OOCCH3,20,图4.2 溶剂极性对*与 n* 跃迁能量的影响,紫外-可见分光光度法,4. 溶剂效应：溶剂极性的不同所引起化合物吸收光谱的红移或蓝移。 轨道极性： n * 极性溶剂与轨道相互作用使各能级下降程度： n * 故在极性溶剂的作用下： (1)* ：E，红移 (2) n *： E，蓝移,21,4.3 Lambert-Bee

11、r 吸收定律,一、透射比（透射率）和吸光度 入射Io，吸收Ia，透射It，反射Ir 实际测量时，同样材料和吸收池，被测溶液信号减参比溶液（空白）信号， Ir抵消 Io = Ia + It 透射率: T = It / Io 吸光度: A = lg 1/T = lgIo/It 二、L-B吸收定律 Lambert定律：、C 固定，A = K.l l 光程长度 Beer定律： 、l 固定，A = K.C C 样品浓度 L-B定律： A = K.l.C,紫外-可见分光光度法,22,L-B吸收定律的推导,固定：某一（x）截面，截面积 S，吸收质点的截面积之和dS，入射光强度 Ix，出射光强度Ixt dIx

12、=Ixt-Ix, Ixa=-dIx 光子吸收率：dIx/IxdSS 若体系中共有m种质点对有吸光， 第i种质点的吸收截面积为ai， 此截面第i种质点的数目为dni，则所有吸收质点的截面积之和：dS=aidni dIx/Ix（1S）aidni 两边对dl积分：ln（I0/It）= （1S）aini,23,根据吸光度的定义，有: A= lg（I0/It）= （0.4343S）aini S = Vl，上下同乘 NA A = (0.4343 lV)aini = （0.4343 NA ail niNAV） = i l Ci niNAV, i质点浓度(Ci)将0.4343 NA ai 合并为常数(i):摩

13、尔吸光系数。 总吸光度等于各吸光物质吸光度之和吸光度具有加和性 用于样品多组分分析。 一种吸光物质: A=l C Lambert-Beer定律,24,三、偏离LambertBeer定律的因素（影响定量分析） 1与样品有关的因素 （1）样品浓度： 低浓度（C 001 mol/l） L-B成立，A=kC 高浓度：吸光质点相互影响 吸光系数(k)发生变化。 各组分之间发生相互作用：离解、缔合、光化学 反应等峰位（）、峰高（A）发生变化 （2）溶剂影响溶剂效应基体匹配/标准加入法 （3）散射损失胶体、乳状液或悬浮物存在，使A增大, UV区影响更大。,紫外-可见分光光度法,25,2仪器有关的因素 仪器的

14、带宽（通带宽度） D：线色散率的倒数；W：狭缝宽度 单色光包括的实际波长范围是S 图示谱带I：K小，偏离小；谱带II： K大，偏离大 解决方法：（1）选取Amax 处的测量:灵敏度高，曲线平坦， K小，偏离小； （2）避免选用尖锐吸收峰进行定量分析； （3）保证光强前提下，S尽量小。,紫外-可见分光光度法,26,4.4 仪器,一、组成： 光源单色器吸收池检测器信号系统。 1. 光源：连续光源一定波长范围内强度足够强、均一，稳定性好。 D2：160-375nmUV W：340-2500nmVis IV4，需稳压源。 2. 吸收池：常温 比色皿： UV石英比色皿 Vis玻璃或石英比色皿 二、紫外可

15、见分光光度计的类型 1.单光束：一束光轮流通过参比溶液和被测溶液 优点：光强大，灵敏度高。 缺点：光强变化不能完全消除，误差较大。,紫外-可见分光光度法,27,2双光束：一束光分成强度相等的二束光，分别通过参比 溶液和被测溶液 优点：同时通过参比与被测溶液，光强变化抵消， 误差小，RSD小。 缺点：光强度一分为二，灵敏度下降。3.双波长分光光度计消除背景干扰或共存组分吸收干扰,28,双波长分光光度计,Ai(1)、Ai(2)为干扰组分在1、 2处的吸收 若Ai(1)=Ai(2)， 则 能扣除背景干扰或共存组分吸收干扰，提高分析结果准确度。 双波长选择原则: （1）两波长处，干扰组分具有相同的吸收

16、,Ai(1)=Ai(2); （2） A1- A2 = A 足够大保证灵敏度。,29,4.5 分析条件的选择1.仪器测量条件的选择（主讲）；2.反应条件的选择； 3.参比溶液的选择一、仪器测量条件的选择1.选择原则：测量误差小，即C/C 小,LB定律 ： A = -lgT = lc （1） 两边微分： d lgT = 0.4343(dT/T) = l dc （2） dTT，dCC （2）/（1）：,紫外-可见分光光度法,30,对T求导，(C/C)有最小值,即 解得 lgT = -0.434 或 T = 36.8%， A = 0.434 即T=36.8%，A=0.434时，（ C / C）最小，误

17、差最小。,2. 测量条件的选择 （1）调节C，选择l（稀释样品浓度或加长光程长度） 使 T 70%-10%之间， A 0.15-1.00之间 此时，（ C / C）较小。,31,或采用示差分光光度法,含量高时，Cx Cs， As =lcs， Ax = lcx， A=A= Ax - As=l（ cx-cs ） （2）波长选择max有利灵敏度及线性 （3）调节狭缝w （大约为吸收峰半宽度1/10） w过宽线性差（易弯，偏离L-B) w过窄灵敏度下降,32,二、反应条件的选择 无机分析:不采用金属离子本身，A小 试剂与待测离子反应生成较大吸收物质，称为显色反应，显色剂。（表4.2） 三、参比溶液的选

18、择 测量A时，用参比液调节透射比为100，消除溶液其他成分以及吸收池和溶剂带来的误差。选择合适组分参比溶液。 l . 溶剂参比 试样组成简单，共存组分少且没有吸收时，-溶剂 2试剂参比 显色剂有吸收，只是不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。消除组分产生吸收。 3试样参比 试样基体有吸收，与显色剂不起显色反应-不加显色剂。 4平行操作溶液参比 不含被测组分试样，相同条件下与被测试样同样进行处理-平行操作参比溶液 注意干扰物质影响:干扰物质本身或与显色剂形成有色化合物;干扰物水解沉淀使溶液混浊;待测离子或显色剂形成更稳定的配合物，显色反应不完全。,紫外-可见分光光度法,33,4.6 应用 一、 定性分析 无机应用少。 有机物主要适用于不饱和有机化合物，尤其是共轭体系鉴定，推断骨架结构。 UV-Vis光谱特征：带光谱特征性较弱 鉴定：生色团、助色团的结构，而不是整个分子结构（需结合其他分析方法：质谱、IR、NMR.) 方法：比较未知与标准样品吸收光谱 光谱峰形状、 峰位置 （max、min），峰数、max等 完全一致，初步认为是同一化合物。,紫外-可见分光光度法,34,二、