现代仪器分析UV-Visok课件

紫外—可见分光高度法UV-VIS——ultravioletandvisiblespectrophotometry分子光谱概述电子光谱产生仪器组成类型应用实验技术IntroductionUltraviolet-visiblespectroscopyorultraviolet-visiblespectrophotometry(UV-VisorUV/Vis)referstoabsorptionspectroscopyintheUV-visiblespectralregion.Thismeansituseslightinthevisibleandadjacent(near-UVandnear-infrared(NIR))ranges.Theabsorptioninthevisiblerangedirectlyaffectstheperceivedcolorofthechemicalsinvolved.Inthisregionoftheelectromagneticspectrum,moleculesundergoelectronictransitions(跃迁).Thistechniqueiscomplementary(补充)tofluorescencespectroscopy,inthatfluorescencedealswithtransitionsfromtheexcitedstatetothegroundstate,whileabsorptionmeasurestransitionsfromthegroundstatetotheexcitedstate.分子光谱概述E分子=E电子+E振动+E转动△E电子＞△E振动＞△E转动△E=hv比原子光谱复杂得多带状光谱（包含电子、振动、转动光谱）分子光谱的产生分子光谱类型转动光谱（远红外光谱）：能级差0.005-0.05eV，吸收波长25-250μm的远红外光。振动光谱（红外光谱）：能级差0.05-1eV，吸收波长1.25-25μm的红外光。此种跃迁包含了转动光谱。电子光谱（紫外—可见吸收光谱）：能级差1-20eV，吸收波长0.06-12.5μm的紫外、可见光。此种跃迁包含了大量的振动、转动光谱，是为带状光谱。辐射区域真空紫外紫外可见红外微波波长（nm)10-200200-400400-7500.75-1000μmcm级光谱类型电子电子电子振-转转动实例-胡罗卜素咖啡因阿斯匹林丙酮光谱吸收定律——朗伯-比尔定律TheBeer-Lambertlawstatesthattheabsorbanceofasolutionisdirectlyproportionaltotheconcentrationoftheabsorbingspeciesinthesolutionandthepathlength.Thus,forafixedpathlength,UV/VISspectroscopycanbeusedtodeterminetheconcentrationoftheabsorberinasolution.Itisnecessarytoknowhowquicklytheabsorbancechangeswithconcentration.AUV/VisspectrophotometermaybeusedasadetectorforHPLC.Thepresenceofananalyte(被分析物)givesaresponseassumedtobeproportionaltotheconcentration.Foraccurateresults,theinstrument'sresponsetotheanalyteintheunknownshouldbecomparedwiththeresponsetoastandard;thisisverysimilartotheuseofcalibrationcurves.Theresponse(e.g.,peakheight)foraparticularconcentrationisknownastheresponsefactor.电子光谱产生有机化合物的电子光谱能级高低n**可能的跃迁类型-*-*-*n-*-*n-*跃迁类型跃迁类型-*：C-H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于真空紫外区；-*和-*跃迁：尽管所需能量比上述-*跃迁能量小，但波长仍处于真空紫外区；n-*：含有孤对电子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl(173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)CH3NH2(215nm)；(CH3)3N(227nm)，可见，大多数波长仍小于

200nm，处于近紫外区。以上四种跃迁都与成键和反键轨道有关（-*，-*，-*和n-*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因而在此不加讨论。只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。几个概念生色团：可以吸收光子产生跃迁的基团，一般都是带有不饱和键的官能团，如烯、炔、羰基、硝基等。助色团：带有非键电子对的基团，如—OH，—OR，—NHR，—SH，—X等，本身不吸收＞200nm的光，但会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并增加吸收强度。红移与紫移：因取代基或溶剂因素使吸收带向向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为紫移主要有机物----羰基化合物羰基化合物（C=O键）:主要有n→σ*,n→π*,π→π*跃迁,n→π*又称R带.一般在近紫外或紫外区.而醛酮(270-300nm)与羧酸及其衍生物的结构不同,R带有差异.α,β-不饱和醛酮具有π→π共轭体系,使π→π*跃迁移到220-260nm,n→π*移到310-330nm,同时吸收增强.α,β-不饱和醛酮π→π*吸收带高(εmax~104),n→π*吸收带低(εmax＜102),是识别之特征.羧酸及其衍生物的n→π*吸收带受助色团影响(-OH,-X,-OR,-NH2),使n→π*吸收带紫移至210nm.主要有机物----苯及其衍生物苯有3个吸收带,均是π→π*跃迁产生.E1带:180nm(εmax=60000);E2带:204nm(εmax=8000);B带:255nm(εmax=200).当苯环上有取代基时,三个特征峰发生显著变化,其中影响较大的是E2带和B带.稠环芳烃和杂环在苯环的基础上发生变化.无机化合物的电子光谱电荷迁移跃迁:无机配合物的中心离子与配体之间的电子跃迁.尤其是过渡金属离子(具有d1~10电子结构),因此多具有颜色.波长取决于中心离子与配体之间的电子能级差,特点是吸收强度大(εmax＞104),可用作定量分析.配位场跃迁:过渡元素的d~d和镧系,锕系元素的f~f跃迁.一般位于可见光区,吸收较弱(εmax＜102),是研究配合物结构理论的重要信息.仪器组成类型主要组成部件光电倍增管和光电管光源单色器样品池检测器显示器钨灯(可见,近红外)和氘灯(紫外)连续,稳定,恒定,长命棱镜(可见—玻璃,紫外—石英)和光栅玻璃和石英吸收池(1-10cm)表盘或数显仪器组成类型仪器类型——单波长双光束:UV-2450,UV-9100,UV-1100等.两光束同时通过参照池和样品池,消除了光源强度变化的误差.——双波长:UV-200,UV-240等.两个不同波长的单色光交替照射同一溶液,得到△A=A(λ1)-A(λ2).可测定高浓度,多组分混合或相互干扰的样品.——单波长单光束:国产721,722,751等——双光束/双波长:具有双光束和双波长双种功能.能记录吸光度随时间的变化曲线,因此可用于化学反应动力学研究.应用实验技术实验技术样品的制备—在溶液中进行无机物——水溶、酸溶或碱熔等；有机物——溶剂溶解或抽提，也可消化后溶解；溶剂——前述三点（低极性、溶解且无吸收、稳定）+挥发小、不易燃、无毒性、价格便宜等。反应条件的选择（1）溶液的酸度—影响吸收曲线（2）显色剂浓度—高灵敏度且吸光度恒定（3）温度的影响（4）显色时间—反应的时间及络合物的稳定性（5）参比溶液①试液和显色剂均无色

＊蒸馏水为参比；②显色剂无色,试液中有其它有色离子

＊不加显色剂的试液；③试液、显色剂均有色

＊取一份试液,加掩蔽剂掩蔽被测离子,再加显色剂等.共存离子干扰的消除方法（1）加入适当的掩蔽剂（2）改变干扰离子的价态如铬天青S测定Al（Ⅲ）时，Fe（Ⅲ）有干扰，

＊可加入抗坏血酸还原铁而消除干扰.（3）选择适当的波长（4）其它—各种预分离技术分析应用定性分析（1）比较（吸收光谱曲线）法——与已知物或标准谱图比较.＊Sadtler(萨特勒)StandardSpectra(Ultraviolet)，有46000种化合物的紫外光谱（2）用各种经验规则计算max，并与实测值比较——Woodward(伍德沃德)规则

＊计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮——Scott(斯科特)规则

＊计算芳香族羰基的衍生物定量分析（1）单一物质的分析——A=abc①标准曲线法：常规分析方法②标准对比法：只有1个标准溶液。被测浓度要与标准溶液浓度大致相当。③标准加入法（增量法）：当标准溶液与被测溶液组成不一致时使用，可以消除其他组分的影响，其原理与原子吸收中的方法相同。（2）多组分的分析解联立方程组法——吸光度的加合性原则（二组分混合物的紫外、可见吸收光谱可分为：不重叠、部分重叠、相互重叠三种）（n组分时为n元方程组）不重叠部分重叠相互重叠相互重叠补充：荧光分析法在生物学上的应用测定细胞内钙离子浓度荧光探针分子结合钙离子后，其光谱和荧光强度会发生显著位移和增强，可应用于细胞内钙离子浓度变化。细胞膜微黏度测定荧光体的各向异性与溶液的黏度有关。通过标准曲线法测定细胞膜内双分子层的微黏度。特别是测定不同温度下膜脂的黏度，是评价生物膜系统