仪器分析-紫外可见分光光度法.ppt

1、紫外及可见分光光度法,1,分子光谱概述 紫外及可见分光光度法基本原理 紫外及可见分光光度计,2,分子光谱概述,3,分子光谱比原子光谱要复杂的多，因为在分子中除了有电子的运动以外，还有组成分子的各原子间的振动，以及分子作为整体的转动。如不考虑这三种运动形式之间的相互作用，则分子的总能量可认为是这三种运动能量之和。 E分子 = E电子 + E振动 + E转动 （2-1） 分子中这三种不同的运动状态都对应有一定的能级，即分子除了有电子能级外还有振动能级和转动能级，这三种能级都是量子化的。,分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图,4,图中A和B表示不同能量的电子能级。在每一电子能级上有许多间距较小的

2、振动能级，在每一振动能级上又有许多更小的转动能级。 若用E电子、 E振动、 E转动分别表示电子能级、振动能级、转动能级差，即有 E电子 E振动 E转动。,5,当分子吸收一定能量的电磁辐射时，分子就由较低的能级E跃迁到较高的能级 ，吸收辐射的能量与分子的这两个能级差相等。即,根据式（2-1）,用频率表示,即分子吸收辐射的频率是由上述三者加合而成的。,6,可见光区：400-750 nm 紫外光区：近紫外区200 - 400 nm 远紫外区10 - 200 nm （真空紫外区）,7,电子能级的能量差一般为120eV，相当于紫外和可见光的能量，因此由于电子能级的跃迁而产生的光谱叫紫外-可见光谱，又称电

3、子光谱。 因为在同一电子能级上还有许多间隔较小的振动能级和间隔更小的转动能级，当用紫外可见光照射分子时，则不但发生电子能级间的跃迁，同时又有许多不同振动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁。,8,因此，在一对电子能级间发生跃迁时，得到的是很多的光谱带，这些谱带都对应于同一个 值，但是包含许多不同的 和 值，形成一个光谱带系。对于一种分子来说，可以观察到许多不同电子能级跃迁的许多个光谱带系，所以说电子光谱实际上是电子-振动-转动光谱，是复杂的带状光谱。,紫外及可见分光光度法基本原理,紫外及可见吸收光谱的电子跃迁 辐射吸收定率朗伯-比尔定律 偏离朗伯-比尔定律的因素,9,紫外及可见吸收光谱的电子跃迁,1

4、0,一般所说的电子光谱是指分子的外层电子或价电子跃迁所得到的光谱。各类分子轨道的能量有很大的差别，通常是非键电子的能级位于成键和反键轨道的能级之间。当分子吸收一定能量的辐射时，就发生相应的能级间的电子跃迁。,紫外及可见吸收光谱的电子跃迁,11,从化学键的性质上考虑，与电子光谱有关的主要是三种电子：形成单键的电子；形成双键的电子；分子中非键电子即n电子。 分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。,12,外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。 根据分子轨道理论，分子中这三种电子能级的高低次序大致是： （

5、）（）（n）（*）（ * ） 可以跃迁的电子有：电子, 电子和n电子。有机分子吸收紫外光引起的 电子跃迁有以下几种类型： *n* * n*,13,*跃迁：电子从轨道跃迁到*反键轨道的跃迁，实现跃迁需要吸收很多能量，约为185千卡/摩尔，这类跃迁主要发生在真空紫外区。饱和烃只有*跃迁，它们的吸收光谱一般在低于200nm区域才能观察到。例如甲烷的吸收峰在125nm处，而乙烷则在135nm处有一个吸收峰。 n*跃迁：电子由n非键轨道跃迁到*反键轨道的跃迁，所需能量较大。吸收波长为150250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物（含N、O、S和卤素等杂原子）均呈现n

6、*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n *跃迁的分别为173nm、183nm和227nm。,14,3. n* 和*跃迁：有机物的最有用的吸收光谱是基于n* 和*跃迁所产生的，和n电子比较容易激发，这类跃迁所需的能量使产生的吸收峰都出现在波长大于200nm的区域内。既然一般的紫外光谱是指近紫外区，即 200-400nm，那么就只能观察 *和 n *跃迁。也就是说紫外光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物，这种含有键的基团就称为生色基。下表是某些常见生色基的吸收特性。,15,n*跃迁与*跃迁的差别： 首先是吸收峰强度的不同。 n*跃迁所产生的吸收峰，其摩尔吸收系数很低，仅在10100范围内。而

7、*跃迁产生的吸收峰的摩尔吸收系数则很大，一般要比n*大1001000倍。 其次是溶剂的极性对这两类跃迁所产生的吸收峰位置的影响不同，当溶剂的极性增加时， n* 跃迁所产生的吸收峰向短波方向移动，称为蓝移， *跃迁则常常观察到相反的趋势，即吸收峰向长波方向移动，称为红移。,16,在解析有机物的紫外光谱时，可把吸收带分为一下四类： R吸收带是由生色基的n*跃迁产生的，由于max值太小，有时往往被强吸收带所掩盖。 K吸收带是由*跃迁产生的，含共轭生色基的化合物的紫外光谱 都有这种吸收带。 B吸收带是芳香族化合物（包括杂环芳香族）的特征吸收带，由苯环本身振动及闭合环状共轭双键*跃迁产生的，苯的B吸收带

8、在230nm270nm呈现精细的振动结构。 E吸收带也是芳香族化合物的特征谱带，其max为200014000，苯的两个E吸收带分别在184nm和204nm处。,辐射吸收定率朗伯-比耳定律,17,分子对辐射的吸收，可以看作是分子或分子中某一部分对光子的俘获过程。因此只有当光子和吸收辐射的的物质分子相碰撞时，才有可能发生吸收；当光子的能量与分子由低能级（基态能级）跃迁到更高能级（激发态能级）所需的能量相等时，该分子就可能俘获具有这种能量的光子。由此可见，物质分子对辐射的吸收，既和分子对该频率辐射的吸收本领有关，又和分子同光子的碰撞几率有关。,辐射吸收定率朗伯-比耳定律,18,吸光度和透光度 设入射

9、光强度I0，吸收光强度为Ia,透射光强度为 It，反射光强度为Ir，则 I0 = Ia+ It+ Ir 由于反射光强度基本相同，其影响可相互抵消，上式可简化为： I0= Ia+ It,辐射吸收定率朗伯-比耳定律,19,透光度：透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示： 即 T= It/I0,吸光度: 为透光度倒数的对数，用A表示： 即 A=lg（1/T）=lgI0/It,辐射吸收定率朗伯-比耳定律,20,朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即 A= cl 式中比例常数与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有

10、关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。 朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。,辐射吸收定率朗伯-比耳定律,21,摩尔吸收系数表示物质对某一波长的辐射的吸收特性，愈大，表示物质对某波长辐射的的吸收能力愈强，因而分光光度测量的灵敏度就愈高。对于某一特定的物质来说，吸收不同波长的辐射时，其相应的摩尔吸收系数是不同的。,偏离朗伯-比尔定律的因素,22,1. 非单色光的影响 在紫外及可见分光光度计中，使用连续光源和分光分光，得到的不可能是真正的 单色光，而是一个有限宽度的谱带，称为光谱带通，随着光谱带通宽度的增大，吸收光谱的分辨率下降，并且偏离比尔定律。 2. 非吸收光的影响 当来自出射狭

11、缝的光，其光谱带通宽度大于吸收光谱谱带时，则投射在试样上的光中就有非吸收光，这会导致灵敏度下降，非吸收光愈强，被测试样浓度愈大，对测定灵敏度的影响就愈严重。当吸收很小时，非吸收光的影响可以忽略不计。 3. 散射的影响 是由于试样的不均匀性引起的对比尔定律的偏离。 4. 非平行光、荧光等都会对比尔定律造成影响,紫外及可见分光光度计,23,紫外及可见分光光度计的结构原理,24,分光光度计就其结构原理来讲，都是由光源、分光系统（单色器）、吸收池、检测器和测量信号显示系统（记录装置）这样五个基本部件组成。,紫外及可见分光光度计的结构原理,1.光源 对光源的基本要求是在广泛的光谱区域内发射连续光谱；有足

12、够的辐射强度；光源有良好的稳定性；辐射能量随波长没有明显的变化。 可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。,25,紫外及可见分光光度计的结构原理,2.单色器 单色器是一种能分解辐射的不同波长成分，并能从中分出所需要的那一部分光的仪器。包括： 入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：棱镜或光栅作为色散元件，将复合光分解成单色光； 聚焦装置：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。,26,紫外及可见分光光度计的结构原理,3.样品室 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫