紫外可见吸收光谱的原理与应用

1、4.2 紫外-可见光谱与紫外-可见光谱仪紫外可见吸收光谱的原理与应用第1页内容提要一、紫外可见光谱概述二、各类化合物紫外吸收三、紫外谱图解析四、紫外光谱应用举例五、紫外及可见分光光度计六、紫外可见分光光度法应用紫外可见吸收光谱的原理与应用第2页1。 紫外-可见光区划分可见光部分：360-760nm近紫外：200-360nm远紫外：10-200nm 因为远紫外吸收测量必须在真空条件下进行，故使用受到限制；通常紫外-可见光区域指是200-800nm范围。一、紫外可见光谱概述赤色橙色红色绿色青色蓝色紫色紫外可见吸收光谱的原理与应用第3页物质颜色吸收光颜色波长/nm黄绿紫400-450黄蓝450-48

2、0橙绿蓝480-490红蓝绿490-500紫红绿500-560紫黄绿560-580蓝黄580-600绿蓝橙600-650蓝绿红650-750紫外可见吸收光谱的原理与应用第4页2。分子紫外可见吸收光谱是基于物质分子吸收紫外辐射或可见光，其外层电子跃迁而成，又称分子电子跃迁光谱。 紫外可见吸收光谱的原理与应用第5页 与有机物分子紫外-可见吸收光谱相关电子是：形成单键电子，形成双键电子以及未共享或称为非键n电子。 3。各种电子能级高低次序 * * n 紫外可见吸收光谱的原理与应用第6页跃迁类型吸收带特征max*远紫外区远紫外区测定n*端吸收紫外区短波长端至远紫外区强吸收*E1芳香环双键吸收200K(

3、E2)共轭多稀、-C=C-C=O-等吸收10000B芳香环、芳香杂环合物吸收，含有精细结构100n*R同时存在杂原子和双键电子-N(CH3)2-NH2-OH-OCH3-NHCOCH3-OCOCH3-CH2CH2COOH-H 取代苯K-吸收带B-吸收带max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6H5-CH32077000261225C6H5-OH21162002701450C6H5-NH223086002801430紫外可见吸收光谱的原理与应用第23页取代苯K-吸收带B-吸收带max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6

4、H5-NO2268C6H5-COCH3278.5C6H5-N(CH3)22982100 吸电子基使苯环B带往长波长方向移动，吸电子作用越强，移动越小；吸电子基作用强度次序是：-N+(CH3)3-NO2-SO3H-COH-COO-COOH-COCH3-Cl-Br-I 紫外可见吸收光谱的原理与应用第24页 f、杂芳环化合物 五员杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩次序紫外吸收波长逐步增大。因为硫电子较氮、氧能更加好地和二烯电子共轭。紫外可见吸收光谱的原理与应用第25页g.溶剂影响 溶剂极性增大，造成： *跃迁，能量降低，所以，吸收带红移, n*跃迁，能量增大，所以，吸收带蓝移 。紫外可见吸收光谱的原理与应用

5、第26页如：N-亚硝基二甲胺在不一样溶剂中紫外吸收光谱图 溶剂极性增大，吸收峰呈规律性蓝移紫外可见吸收光谱的原理与应用第27页 化合物在220800nm内无紫外吸收，说明该化合物是脂肪烃或它们简单衍生物(氯化物、醇、醚、羧酸等)，甚至可能是非共轭烯。 220250nm内显示强吸收(近10000或更大)，这表明K带存在。即存在共扼两个不饱和键(共轭二烯或，不饱和醛、酮)。3。紫外谱图提供结构信息小结紫外可见吸收光谱的原理与应用第28页 250290nm内显示中等强度吸收，且常显示不一样程度精细结构，说明有苯环或一些杂芳环存在。 250350nm内显示中、低强度吸收，说明羰基或共轭羰基存在。 30

6、0nm以上高强度吸收，说明该化合物含有较大共轭体系。若高强度吸收含有显著精细结构。说明稠环芳烃、稠环杂芳烃或其衍生物存在。紫外可见吸收光谱的原理与应用第29页 二者含有相同紫外吸收峰,是因为，两分子中有相同O=C-C=C共轭结构。例1：胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）紫外光谱图 *电子跃迁n*电子跃迁 紫外可见吸收光谱的原理与应用第30页例2：烷基取代硝基苯紫外光谱图 与硝基苯相比，2, 4, 6-三丁基硝基苯在255nm附近吸收峰已经消失；能够清楚地看到空间妨碍对分子吸收光谱影响。 紫外可见吸收光谱的原理与应用第31页例3: 偶氮苯顺反异构体紫外吸收谱图 顺式偶氮苯反式偶氮苯 反式偶氮苯摩尔

7、吸光系数则远远大于顺式，且吸收峰位红移。因为，反式偶氮苯空间位阻小。紫外可见吸收光谱的原理与应用第32页三、紫外光谱定析方法 1.比较未知物与已知标准物质紫外光谱图，若二者谱图相同，则可认为待测样品与已知物质含有相同生色团。 2.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同时，还要比较它们值。 3.紫外可见吸收光谱可用于检出一些官能团。紫外可见吸收光谱的原理与应用第33页1. Lamber-Beer定律吸收光谱法基本定律四、紫外光谱定量分析它描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度关系。假设一束平行单色光经过一个均匀、非散射吸光物体，取物体中一极薄层，紫外可见吸收光谱的

8、原理与应用第34页紫外可见吸收光谱的原理与应用第35页Lamber-Beer定律适用条件（前提）入射光为单色光，均匀非散射稀溶液该定律适合用于均匀非散射固体、液体和气体样品在同一波长下,各组分吸光度含有加和性 A=A1+A2+An紫外可见吸收光谱的原理与应用第36页2吸光度测量条件选择：1）测量波长选择: maxAmax,测定灵敏度高选A=0.15-1.002）吸光度读数范围选择：3）参比溶液(空白溶液)选择：紫外可见吸收光谱的原理与应用第37页 解两方程即可求出组份A和B浓度。 也能够利用双波长分光光度法或导数分光光度法等新方法测定。3定量分析类型（1）单组分分析：标准曲线法或标准比较法（2

9、）多组分分析：当各组分吸收光谱不重合时，如单组分测定。若两组分吸收光谱相互重合时，能够依据吸光度加和性，在多个波长下测定吸光度并利用解联立方程方法求解。即紫外可见吸收光谱的原理与应用第38页紫外可见吸收光谱的原理与应用第39页（3）其它分光光度分析法双波长分光光度法a双波长等吸收法：当光谱重合、但两组份两吸收峰在测定波长范围内重合时，在其光谱中选择两波长，在选定波优点，干扰组分有相同吸收；被测组分与干扰组分吸收有足够大差异。则两波优点吸光度差值与被测组份浓度成正比。紫外可见吸收光谱的原理与应用第40页因为所以可见，在双波长分光光度法中吸光度差值与干扰组份无关。紫外可见吸收光谱的原理与应用第41

10、页b百分比系数双波长法：当光谱重合、但干扰组份吸收峰不在测定波长范围内两组份共存时，在其光谱中选择两波长，在选定波优点，干扰组分吸收与测定波优点吸收存在一定百分比， 即 时， ；被测组分与干扰组分吸收有足够大差异。则两波优点吸光度差值与被测组份浓度成正比。紫外可见吸收光谱的原理与应用第42页紫外可见吸收光谱的原理与应用第43页导数分光光度法导数分光光度法是利用自动电路对光谱进行求导，其导数信号与浓度成正比，即紫外可见吸收光谱的原理与应用第44页 奇数阶导数光谱中零，偶数阶导数光谱中极值（极大或极小），对应于常规吸收曲线上最大值。 伴随导数阶数增加，吸收峰尖锐程度增大，带宽减小，所以有利于重合峰

11、分离、有利于肩峰测定、并能准确地确定宽吸收带上最大吸收波长。紫外可见吸收光谱的原理与应用第45页3. 偏离Beer定律原因偏离Beer定律主要原因表现为以下两个方面光学原因化学原因透光率测量误差紫外可见吸收光谱的原理与应用第46页五、紫外及可见分光光度计UV-1201紫外-可见分光光度计 1. 整机结构：由光源、色散系统（单色器）、样品室、检测系统、信号读出与显示系统等五部分组成。紫外可见吸收光谱的原理与应用第47页钨灯或卤钨灯可见光源 350-1000nm氢灯或氘灯紫外光源 200-360nm光源：钨灯氘灯吸收池：玻璃-能吸收UV光，仅适合用于可见光区石英-不能吸收紫外光，适合用于紫外和可见

12、光区要求：匹配性（对光吸收和反射应一致）紫外可见吸收光谱的原理与应用第48页色散系统组成:由单色器或滤色片组成。主要目标:从复合光中选择或分离出某一特定波长光。滤色片：一个简单而廉价波长选择器。通常有中性滤光片、截止滤光片、带通滤光片以及校正滤光片等。 棱镜对不一样波长光折射率不一样色散元件 分出光波长不等距 光栅衍射和干涉 分出光波长等距单色器组成：入射狭缝、准直装置(透镜或凹面反射镜)、色散元件(棱镜或光栅)、聚焦元件以及出射狭缝等部分组成。紫外可见吸收光谱的原理与应用第49页 分光过程：入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变为平行光束后进入棱镜。棱镜将复合光分解成单色光，然

13、后经过聚焦镜将出自色散元件同波长平行光聚焦于出口狭缝。经过移动出口狭缝位置就能够将不一样波长光选择性射出。棱镜单色器结构以下列图所表示紫外可见吸收光谱的原理与应用第50页光栅单色器结构以下列图所表示 设S为位于透镜L1物方焦面上入射狭缝，G为光栅，光栅常量为d，自L1射出平行光垂直照射在光栅G上；透镜L2将与光栅法线成角衍射光会聚于出口狭缝所在面上，则产生衍射亮条纹条件为：调整角大小，就能够将不一样波长光选择性射出。紫外可见吸收光谱的原理与应用第51页 检测器：将光信号转变为电信号装置光电池光电管（红敏和蓝敏）光电倍增管(PMT)二极管阵列检测器检测器紫外可见吸收光谱的原理与应用第52页 内部

14、抽真空玻璃管内配置有光电阴极(K)和阳极(A，位于二者之间是若干个倍增极(1-3个)。光电阴极和倍增极上涂有轻易发射电子光敏物质(如Sb-Cs或Ag-O-Cs等)，在K和A之间施加1000V直流电压。PMT结构与原理 当光信号照射在K上时，因为光电效应而产生电子，并被电场加速撞击倍增极(1-3)，产生出2-5倍次级电子，依这类推，最终在A上搜集到电子数将是K发出电子数105一108倍光电流。紫外可见吸收光谱的原理与应用第53页 单光束型紫外可见光谱仪：这种光谱仪单一分析光束从单色器分离而得，交互经过参比溶液和样品溶液来进行吸光度比较并测定。2、紫外可见光谱仪类型依据仪器光路，分为单光束和双光束

15、型两种类型。紫外可见吸收光谱的原理与应用第54页这种光谱仪最大优点是结构简单，价廉耐用，维修轻易，适合用于常规分析。紫外可见吸收光谱的原理与应用第55页2.双光束光谱仪 从光源出发紫外和可见光经聚焦后经过狭缝进人单色器中。从复合光中经色散得到单色光经准直和聚焦后在分光器上分为两束，并分别经过样品池和参比池。经样品池紫外吸收后光强度和参比池光强度差异由检测器检出、放大后以吸光度一波长或透射率一波长形式统计下来，就能够取得样品UV-Vis吸收光谱。紫外可见吸收光谱的原理与应用第56页紫外可见吸收光谱的原理与应用第57页3、紫外可见光谱仪操作A、先将仪器预热最少10分钟，开启紫外可见分光光度计应用程

16、序，软件将自动进入到自检画面进行光谱仪校正。波长校正可用随机配置镨铷(Pr-Nd)玻璃或鈥（huo） (Ho)玻璃所含有特征吸收峰来校正。吸光度校正可经过若干物质如CuS04、K2 Cr04标准溶液来进行。校正前按仪器厂家要求浓度配制好标准物，在一定温度(25oC)下利用不一样波长测量标准吸光度值，再与仪器厂家提供吸光度校正表对照调整即可。B、进行光谱扫描 对参考物和待测物进行光谱扫描，如实地显示样品全波长图谱并保留起来以用于分析。紫外可见吸收光谱的原理与应用第58页4、进行紫外可见光谱检测时分析条件选择优化a.样品浓度 通常样品浓度小于0.Olmol/L稀溶液才遵从朗伯比尔定律，所以样品浓度

17、过大或过小时会影响测定结果。通常应调整样品浓度使之在适当吸光度范围(0.2-0.8)之内。b.测量波长与狭缝宽度 应选择最强吸收带最大吸收波长max为测量波长以得到最大测量灵敏度。另外，狭缝宽度大约为样品吸收峰半宽度十分之一左右才能兼顾灵敏度和光强度。紫外可见吸收光谱的原理与应用第59页C、溶剂选择 考虑到紫外可见光谱仪测定中存在溶剂效应问题，制备分析用样品溶液时必须考虑选择适当溶剂。对溶剂基本要求是在测定波长范围内无吸收、透明且化学惰性(不与样品发生化学反应)，同时也应考虑挥发性小、毒性低、不易燃等。另外，样品应在所选溶剂中有足够溶解度，浓度普通宜在10-5-10-2mol/L范围内。下表是

18、若干惯用有机溶剂及其吸收特征，可供参考。紫外可见吸收光谱的原理与应用第60页d、分析方法 分析条件优化之后，应依据定性或定量分析目标进行分析方法合理选择。 定性分析是依据样品物质摩尔吸收系数、峰形等测定参数与已知数据进行比对，以推断出样品物质结构、纯度方面信息。 定量分析基本依据就是Lambert-Beer定律，即在特定波优点被测样品吸光度与其浓度成线性关系。紫外可见吸收光谱的原理与应用第61页定量分析方法 (1)标准曲线法:预先配制一系列不一样浓度标准溶液，以不含待测组分空白溶液作参比。测定标准溶液吸光度，描绘出吸光度-浓度标准曲线。依据在同等条件下测定样品吸光度，即可从标准曲线上求得未知样品浓度。紫外可见吸收光谱的原理与应用第62页举例：芦丁含量测定，取样品3mg稀释至25mL。0.710mg/25mL紫外可见吸收光谱的原理与应用第63页(2)标准加入法：它适合用于标准溶液组成与未知样品组分不尽一致情况。 其方法是:取若干份同等体积未知样液，除第一份外，其余依次递增加入不一样量少许标准溶液，再测定各样液吸光度。把测得吸光度对被测组分增量作曲线，可得如图所表示工作曲线。图中0点显示，未知样液中即使未加入标准溶液，但其本