第十一章 紫外（五版）.ppt

1、1,第十一章 紫外-可见分光光度法 ultraviolet and visible spectrophotometry UV-vis,2,第一节 基本原理和概念 第二节 紫外-可见分光光度计 第三节 紫外-可见分光光度分析方法,结束,3,第一节 紫外-可见分光光度法的基本原理和概念,一、紫外吸收光谱的产生 紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。 波长范围：100-800 nm. (1) 远紫外光区: 100-200nm (2) 近紫外光区: 200-400nm (3) 可见光区: 400-800nm,可用于结构鉴定和定量分析。,电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁;带状光谱。,4,物质对光的选

2、择性吸收及吸收曲线,5,量子解释,M + 热,M + 荧光或磷光,E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收 用不同波长的单色光照射，测吸光度;,M + h M *,基态 激发态 E1 （E） E2,6,电子跃迁与分子吸收光谱,物质分子内部三种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动； （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动； （3）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 即: EEe+Ev+Er evr,7,能级跃迁,电子能级间跃迁的同时，总

3、伴随有振动和转动能级间的跃迁。即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。,8,讨论：,（1） 转动能级间的能量差r：0.0050.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外光区。 （2） 振动能级的能量差v约为：0.05eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外光区。 （3） 电子能级的能量差e较大,120eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区。,9,二、电子跃迁类型,有机化合物的紫外可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果：电子、电子、n电子。,分子轨道理论：成键轨道反键轨道。,当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。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为：n

4、 n ,10,1.跃迁,所需能量最大；电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁； 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长 200 nm； 例：甲烷的max为125nm , 乙烷max为135nm。 只能被真空紫外分光光度计检测到； 作为溶剂使用；,11,2.跃迁,所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，max一般在104Lmol1cm1以上，属于强吸收。 （1） 不饱和烃*跃迁 乙烯*跃迁的 max为162nm，max为: 1104 Lmol-1cm1,（2）共轭烯烃中的 *,12,3.n跃迁,所需能量小，吸收波长处于近紫外区（200400nm）， 在10100之间，属

5、于弱吸收。,Y=H,R n * 180-190nm * 150-160nm n * 275-295nm,13,4.n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* 跃迁。,14,5. 电荷迁移跃迁： 辐射下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，所产生的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。 特点： 104,6. 配位场跃迁 在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨道裂分，吸收辐射后，产生d一d、 f 一f 跃迁； 摩尔吸收系数很小，对定量分析意义

6、不大。,15,16,三、 紫外-可见吸收光谱的常用概念,吸收峰：max 谷： min 肩峰： sh 末端吸收：,17,生色团（chromophore)：有机化合物分子结构中含有*或 n*跃迁的基团，如C=C、C=O、N=N等，能在紫外可见光范围内产生吸收的原子团。 助色团（auxochrome)：有一些含有n电子的基团(如OH、OR、NH、NHR、X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。,18,红移： red shift 吸收峰向长波方向移动。 蓝移

7、：blue shift 吸收峰向短波方向移动。 增色效应：hyperchromic effect 使吸收强度增加。 减色效应：hypochromic effect 使吸收强度减弱。 强带：max 104的吸收峰。 弱带： max 103的吸收峰,19,四、吸收带及其与分子结构的关系 吸收带(absorption band)：吸收峰在紫外-可见光谱中的位置。 类型：R 带 K 带 B 带 E 带 电荷转移吸收带 配位体场吸收带,20,21,苯： E1带180184nm；=47000 E2带200204 nm =7000 苯环上三个共扼双键的 *跃迁特征吸收带； B带230-270 nm =200

8、 *与苯环振动引起； 含取代基时， B带简化，红移。,22,乙酰苯紫外光谱图,羰基双键与苯环共扼： K带强；苯的E2带与K带合并，红移； 取代基使B带简化； 氧上的孤对电子： R带，跃迁禁阻，弱；,23,五、影响吸收带的因素 影响分子中电子共轭结构,1. 位阻影响：分子中两个生色团产生共轭，可使吸收带长移。若两个生色团不处于同一平面，会影响共轭效应。,顺反异构：,顺式：max=280nm； max=10500 反式：max=295.5 nm；max=29000,24,2. 跨环效应：在有些、不饱和酮中，由于适当的立体排列，使羰基氧的孤对电子和双键的电子发生作用，以致使相当于n *跃迁的 R 吸

9、收带长移，吸收强度增强。, 214nm(K带), 284nm(R带) ,25,3. 溶剂效应：,26,4. 体系pH值的影响： 对酸性、碱性、中性样品都有明显的影响。,max: 210.5 nm 270 nm,max: 235 nm 287 nm,27,六、Lambert-Beer定律 Lambert定律：A与厚度的关系 Beer定律：A与浓度的关系 Lambert-Beer定律：A= -lgT = ECl,28,T：透光率（transmitance) I / I0,A：吸光度（absorbance） A = - lgT,E：吸光系数（absorptivity） 吸光物质在单位浓度及单位厚度时

10、的吸光度。,A= -lgT = ECl,29,讨论：,1Lamber-Beer定律的适用条件（前提） 入射光为单色光 溶液是稀溶液 2该定律适用于固体、液体和气体样品 3在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定,30,吸光系数的特点： 不同物质对同一波长的单色光，可有不同的吸光系数 同一物质对不同波长的单色光，吸光系数不同。 吸光系数愈大，吸光能力愈强，灵敏度愈高 物质定性和定量的依据,31,吸光系数的表示方式： 1. 摩尔吸光系数： 一定波长，浓度为 1mol / L，厚度为1cm的吸光度。 2. 百分吸光吸数或比吸光吸数：E1cm1% 一定波长，浓度为1% (1g /100m

11、l)，厚度为1cm 的吸光度。,32,摩尔吸光系数与百分吸光吸数的关系：, 104：强吸收 102 104：中强吸收 102：弱吸收,33,例：氯霉素（M为323.15）的水溶液在278nm处有吸收峰，设用纯品配制100ml含2.00mg的溶液，以1.00cm厚的吸收池在278nm 处测得透光率为24.1%。计算百分吸收系数和摩尔吸收系数。,34,七、偏离Beer定律的因素,A = KC 1. 化学因素 溶液中溶质可因浓度改变而有离解、缔合与溶剂间的作用等原因而发生偏离Beer定律的现象。,35,A,C,36,减免方法：严格控制溶液条件。,例2: Fe3+-水杨酸受 pH 影响 pH 4 9

12、12 Fe(C7H4O3)+ Fe(C7H4O3)2- Fe(C7H4O3)33- Fe(OH)3 紫色 红色 黄色,37,2. 光学因素 （1）非单色光 入射光不是纯单色光，而是有一定波长范围的光。,减免方法：选择max作测定波长,38,（2）杂散光(stray light)： 从分光器得到的单色光中，还有一些不在谱带宽度范围内的与所需波长相隔较远的光。 来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成,样品不吸收杂散光：A变小 样品吸收杂散光：A变大,减免：仪器保养。,39,（3）散射光和反射光 散射光：溶液质点对光的散射。使透射光减弱。 真溶液：空白对比补偿。 混浊溶液：不易制备相同空白补偿。A偏高

13、。 反射光：吸收池内外界面对对入射光的反射。使透射光减弱。,减免：参比液对比补偿（参比液的T=100%）,40,（4）非平行光,减免：使用同一台仪器,41,3. 透光率测量误差 T 是测量中的随机误差，来自仪器的噪声。,42,噪声 (noise),暗噪声(dark noise)： 与光讯号无关。,散粒噪声(single shot noise)： 随光讯号强弱而变化。,43,暗噪声(dark noise)： 是检测器与放大电路等各部件的不确定性引起的。 与电子元件和线路结构的质量、工作状态及环境条件有关。 T 可视为常量。0.2% 1% 高精度仪器： 0.01%,44,表12-3 不同T%或A时

14、的浓度相对误差（ T= 0.5%),45,A值的最适宜范围：0.2 0.7,浓度相对误差最小时： T = 0.368；A = 0.4343,46,散粒噪声(single shot noise)：或讯号噪声 是光敏元件受光照射时，单位时间电子迁移数量不等，形成测量光强时的不确定性。,K与波长及光敏元件的品质有关,47,48,八吸光度测量的条件选择：,1）测量波长的选择：,选A = 0.20.7,2）吸光度读数范围的选择：,49,3）参比溶液(空白溶液)的选择： 溶剂: 溶解能力,吸收峰,稳定性,对被測吸收峰的影响,注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素对透光率的干扰,

15、返回,50,基本组成：,光源,单色器,吸收池,检测器,讯号处理及显示器,动画,第二节 紫外-可见分光光度计,51,一、主要部件 1. 光源 要求： 足够的发射强度和稳定性 连续光谱 发光面积小,52,光源种类： 钨灯和卤钨灯： 可见区光源 光强与电压的34次方成正比 氢灯或氘灯：紫外区光源 材料为石英,53,2. 单色器 作用：连续光谱按波长顺序色散，并分离出一定宽度的谱带。 组成：进口狭缝、准直镜、色散元件、 聚焦透镜和出口狭缝,54,色散元件： 棱镜：对不同波长的光有不同的折射率 波长排列疏密不均,55,光栅：光的干涉和衍射作用 波长排列均匀,56,准直镜： 镀铝的抛物柱面反射镜,作用：进

16、入单色器的发散光变成平行光 色散后的平行光聚焦于出口狭缝,狭缝： 狭缝宽度影响光强和单色光纯度,57,3. 吸收池 盛空白溶液的和盛样品溶液的吸收池应互相匹配，即有相同的厚度和相同的透光性。 玻璃吸收池：用于可见光区 石英吸收池：紫外光区或可见光区,58,4. 检测器 光电池 光电管 光电倍增管 光二极管阵列检测器：可在极短的时间内获得全光光谱。,59,5. 讯号处理与显示器 透光率、吸光度 浓度、吸光系数,60,二、分光光度计的光学性能与类型,光学性能： 1. 波长范围：195 820 nm 2. 波长准确度：显示- 实际 0.5 nm 3. 波长重现性：波长变动值 0.5 nm 4. 透光

17、率测量范围：0 150% 5. 吸光度测量范围：-0.1730 +2.00,61,6. 光度准确度：T 0.5% 7. 光度重复性：透光率的变动性 0.5% 8. 分辨率：=0.3nm 9. 杂散光：,62,光路类型： 1. 单光束分光光度计：简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。,2. 双光束分光光度计： 优点： 减免因光源不稳而引入的误差 测量中不需要移动吸收池,动画,动画,63,4. 光多道二极管阵列检测的分光光度计： 可在1/10 秒的时间内获得从190820nm 范围的全光光谱。,3.双波长分光光度计： 将不同波长

18、的两束单色光(1、2) 快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。= 12nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。,动画,64,65,三、分光光度计的校正 1. 波长的校正 2. 吸光度的校正 3. 吸收池的校正,返回,66,一、定性鉴别 依据： 吸收光谱形状、吸收峰数目、max、 。,动画,第三节 紫外-可见分光光度分析方法,67,鉴别方法：对比法 1. 对比吸收光谱特征数据： max、,68,2. 对比吸光度（或吸光吸数）的比值： 有两个以上吸收峰的化合物 A1/A2 = (E1Cl)/(E2Cl) = E1/E2 例：维生素B12的鉴别 中国药碘规定： A361nm/

19、A278nm = 1.70 1.88 A361nm/A550nm = 3.15 3.45,69,3. 对比吸收光谱的一致性,样品和标准品在相同浓度、相同条件的吸收光谱。,70,二、纯度检测 1. 杂质检查： 化合物无吸收，杂质有吸收 化合物有较强吸收，杂质无或弱吸收：E 化合物有吸收，杂质吸收更强：E,71,2. 杂质的限量检测： 杂质的max处样品无吸收：Amax(杂质）规定值,72,样品的max处 杂质无吸收，样品的min处 杂质有吸收： 样品的A (max) / A(min)标准品的,73,三、单组分样品的定量方法 max（样品） 截止（溶剂）,74,（一）吸光系数法：要求单色光纯,例：

20、维生素B12的水溶液在361nm处的E1cm1%值是207，盛于1cm吸收池中，测得溶液的吸光度为0.414，则溶液浓度为： C = 0.414/(2071）=0.002g/100ml,75,例：精密称取B12样品25.0mg，用水溶液配成100ml。精密吸取10.00ml，又置100ml容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在1cm的吸收池中，于361nm处测定吸光度为0.507，求B12的百分含量？ E1cm1%(361nm) = 207,76,（二）标准曲线法：,77,（三）对照法,78,四、多组分样品的定量方法 -计算分光光度法,1. 各组分的max处，其它组分没有吸收,79,2. 部分重叠,

21、A1 = E1aCa A2 = A2a + A2b = E2aCa + E2bCb,80,3. 等吸收双波长消去法： 干扰组分至少有一个吸收峰（谷）,A2 = A2a + A2b A1 = A1a + A1b A2b = A1b A = A2 - A1 = A2a - A1a = (E2a - E1a)Cal,81,4. 系数倍率法,前提：干扰组分b不成峰形 无等吸收点,82,步骤：b曲线上任找一点1 另一点2,优点：同时将待测组分和干扰组分放大信号K倍， 提高了待测组分测定灵敏度,83,5. 导数光谱法,A = C E = C f (),(1) 导数光谱的波形和特点：,导数阶数 n ，谱带极值数 ，并有n+1个，峰形复杂化。,84,(2) 导数光谱的定量原理：,85,(2) 导数光谱法对干扰吸收的消除：,干扰吸收表达为一个幂函数： A干=a0 + a1 + a2 2 + a3 3 +an n,待测组分吸收U与干扰组分共存时： A =a0 + a1 + a2 2 + a3 3 +an n + U,求一阶导数后： A, = a1 + 2a2 + 3a3 2 +nan n-1 + U,86,(4) 导数光谱定量数据的测量：,基线法（或正切法）： 峰谷法： 峰零法：,87,五、光电比色