现代仪器分析(UV-Vis)(ok).ppt

1、紫外可见分光高度法,UV-VIS ultraviolet and visible spectrophotometry,分子光谱概述 电子光谱产生 仪器组成类型 应用实验技术,Introduction,Ultraviolet-visible spectroscopy or ultraviolet-visible spectrophotometry (UV-Vis or UV/Vis) refers to absorption spectroscopy in the UV-visible spectral region. This means it uses light in the visibl

2、e and adjacent (near-UV and near-infrared (NIR) ranges. The absorption in the visible range directly affects the perceived color of the chemicals involved. In this region of the electromagnetic spectrum, molecules undergo electronic transitions(跃迁). This technique is complementary (补充) to fluorescen

3、ce spectroscopy, in that fluorescence deals with transitions from the excited state to the ground state, while absorption measures transitions from the ground state to the excited state.,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

4、收波长25-250m的远红外光。 振动光谱（红外光谱）：能级差0.05-1eV，吸收波长1.25-25m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0.06-12.5m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。,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,The Beer-Lambert law states that the absorbance of a solution is directly proportional to the concentration of the absorbi

5、ng species in the solution and the path length. Thus, for a fixed path length, UV/VIS spectroscopy can be used to determine the concentration of the absorber in a solution. It is necessary to know how quickly the absorbance changes with concentration. A UV/Vis spectrophotometer may be used as a dete

6、ctor for HPLC. The presence of an analyte(被分析物) gives a response assumed to be proportional to the concentration. For accurate results, the instruments response to the analyte in the unknown should be compared with the response to a standard; this is very similar to the use of calibration curves. Th

7、e response (e.g., peak height) for a particular concentration is known as the response factor.,光谱吸收定律朗伯-比尔定律,A = (I0 / I) = a b c,where A is the measured absorbance(吸光度), I0 is the intensity of the incident light(入射光) at a given wavelength, I is the transmitted intensity(透射光), a 吸光系数（ l g -1 cm -1 ）

8、；b 吸收池厚度（cm ）；c 被测物质浓度（ g l-1）；,透射比T = I / I0 ，T%为百分透光率,（1- T% ）为百分吸收率,A = (I0 / I) =L c For each species and wavelength, (l mol -1 cm -1) is a constant known as the molar absorptivity(摩尔吸光系数) or extinction coefficient(消光系数). L (cm) is the pathlength(光程) through the sample, and c (mol l-1) is the co

9、ncentration of the absorbing species.,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)

10、；(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

11、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-烃及其衍生物,饱和烃及衍生物：只有 *跃迁，max150nm, 已经超出测量范围，因此可作为溶剂。 不饱和烃及共轭烯烃：有 *和*跃迁，乙烯中的*跃迁max=180nm。当有共轭体系时， max向长波方向移动(红移)，同时吸收增强。 共轭体系中的*跃迁吸收带称为K带。,主要有机物-羰基化合物,羰基化合物（C=O键）:主要有n*, n*,*跃迁, n* 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. ,-不饱和醛酮具有共轭体系, 使*跃迁移到220-260nm,

12、n*移到310-330nm,同时吸收增强. ,-不饱和醛酮*吸收带高(max104), n*吸收带低(max102),是识别之特征. 羧酸及其衍生物的n*吸收带受助色团影响(-OH, -X, -OR, -NH2), 使n*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*跃迁产生. E1带:180nm(max=60000);E2带:204nm(max=8000);B带: 255nm(max=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

13、子与配体之间的电子跃迁. 尤其是过渡金属离子(具有d110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(max104),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(max102),是研究配合物结构理论的重要信息.,溶剂的影响, 对光谱的影响（红移或紫移）和对测定的影响 选择溶剂时须注意： （1）尽量选低极性溶剂； （2）能很好的溶解物质，且形成的溶液有好的化 学和光化学稳定性； （3）在样品的光谱区无明显吸收。,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,

14、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(1)-A(2).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

15、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。,测定条件的选择,（1）波长的选择 一般为最大吸收波长（灵敏、稳定） （2）狭缝的选择 影响灵敏度和线性范围（不减少A的最大狭缝） （3）吸光度选择 吸光度在0.2 0.8 时，测量误差最小,由L-B定律：,微分后得：,将上两式相比，并将 dT 和 dc 分别换为T 和 c，得,当相对误差 c/c 最小时，求得T=0.368 或 A=0.434。即当A=0.434 时，吸光度读数误

16、差最小！ 通常可通过调节溶液浓度或改变光程b来控制A的读数在0.151.00范围内.,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 试液和显色剂均无色 蒸馏水为参比； 显色剂无色,试液中有其它有色离子 不加显色剂的试液； 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（）时，Fe（）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

17、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) Standard Spectra(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,（3）有机物构型和构象的确定（顺反、互变） 如：顺反式、酮式-烯醇式互变异构等 （4）纯度检查 如：通过测定吸收曲线 通过测 来判断 干性油（含共轭双键）与不干性油（饱和或双键不共轭）的判别,定量分析,（1）单一物质的分析,

18、 A = abc,标准曲线法：常规分析方法 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。 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,（3）示差分光光度法提高分析准确度,测量原理：当试样中组份的浓度过大时，则A值很大，会产生读数误差。此时若以一浓度略小于试样组份浓度作参比，则有：,具体做法：以浓度为cs的标准溶液调T=100%或A=0（调零），所测