紫外可见吸收光谱法.ppt

,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,第一节 概 述 一、定义：根据溶液中物质分子或离子对紫外和可见光的吸收来研究物质的组成和结构的方法。包括比色分析法和紫外-可见分光光度法。,第三章 紫外-可见吸收光谱法,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,远紫外光(10200nm)：可被大气中的水气、氮、氧和二氧化碳等所吸收，只能在真空中研究，称为真空紫外光。 近紫外：200-400nm,二、波长范围,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,可见光： 人眼能感觉到的波长400-780nm的光。 白光：由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光按一定比例混合而成的复合光。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,看到的是固体物质反射或溶液透射的光。 物质（溶液）吸收的光是反射或透射光 的互补光。 溶液颜色的深浅，取决于溶液中吸光 物质浓度的高低。,三、物质的颜色与光的关系 基于物质对光的选择性吸收,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,物质对光的选择性吸收,颜色与光的关系：,白光全吸收,白光全透过,吸收黄光,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,物质颜色与吸收光颜色关系,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,四、分析方法,利用比较溶液颜色深浅来测定溶液中某组分的含量的分析方法，称作比色分析法。 比色法：目视比色； 分光光度法：利用分光光度计进行吸收光谱分析的方法。 依据：物质对光的选择性吸收作用。,五、吸收光谱曲线,将各种波长的单色光依次通过一定 浓度的溶液，并测定每一波长下溶液对光的吸收程度()。 以波长( )为横坐标，A为纵坐标作图， 得到的曲线，称吸收光谱曲线。 最大吸收波长max ： 光吸收程度最大处对应的波长。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVESITY, College of Chemistry & Material Science,分光光度法,仪器： 分光光度计 测定：吸收光谱曲线 波谱区：紫外、可见 应用：定性、定量分析、 结构分析,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,无色溶液对光有无吸收？,醋酸水溶液：吸收一定波长的紫外光， 分光光度法测定。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,紫外吸收光谱的产生：分子外层电子能级跃迁的结果，电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁带状光谱。,第二节 紫外-可见吸收光谱,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,分子吸收光谱,在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间相对位移引起的振动和转动。 这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。下图为分子的能级示意图。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,13,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,图中表示了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振动能级， 在每一振动能级上又有许多更小的转动能级。,E电子：电子能级差 E振动：振动能级差 E转动：转动能级差 即有 E电子 E振动 E转动 E分子 = E电子 + E振动 + E转动,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,通常，分子是处在基态振动能级上。 当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转动）能级上。 因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的紫外、可见光谱不是线光谱，而是带状光谱的原因。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,不同物质具有不同的分子结构，选择性吸收 不同波长的光，因而具有不同的吸收光谱 结构鉴定,光选择吸收的性质：反映了分子内部结构的差异，各物质分子能级千差万别，内部各能级间的间隔也不相同。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱 （一）分子中电子的跃迁类型,O n电子（n轨道） 有机物 H C 电子（轨道） H,电子（轨道）,价电子：电子 饱和的键 电子 不饱和的键 n 电子 孤对电子 分子中分子轨道有成键轨道与反键轨道： 它们的能级高低为：n *,* 反键轨道 * 反键轨道 n非键轨道 成键轨道,成键轨道,* * n* n*,（一）分子中电子的跃迁类型,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,跃迁,所需能量最大；吸收远紫外光 吸收波长200 nm； 饱和烷烃的分子只有跃迁 甲烷max=125 nm 乙烷max=135 nm,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,n 跃迁,所需能量较大，大部分峰在真空紫外区，近紫外区不易观察到，摩尔吸光系数较小。 吸收波长为150250nm 含有未共用电子对的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现 n* 跃迁,CH3OH、CH3NH2 n* ：183nm、213nm,CH3I * 150210 nm n* 259 nm CH2I2 n* 292 nm CHI3 n* 349 nm,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,和n跃迁,轨道能量低，两种跃迁所产生的吸收峰波长一般大于200nm *跃迁：在104 左右，强吸收； n*跃迁：在10-100之间，弱吸收 烯、炔、偶氮类、酮、羧酸、芳香类化合物等,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,* * n* n* 200nm 200 nm 200nm（S,N,Br,I） -300nm 较强带 强带 190nm (O,Cl) 更弱带 (共轭时，红移 ) 弱带 (杂环时，较强带) 在104 左右 在10-100之间,分子中电子的跃迁类型,跃迁能量大小： * n * * n * 有机化合物的紫外-可见吸收光谱法分析依据 * n*,内容回顾,根据溶液中物质分子或离子对紫外和可见光的吸收来研究物质的组成和结构的方法。包括比色分析法和紫外-可见分光光度法。 分子吸收光谱 电子-振-转光谱 电子光谱：分子中成键电子跃迁,跃迁能量大小： * n * * n *,有机化合物的紫外-可见吸收光谱法分析依据 * n* * 强吸收带 不饱和键 n* 弱吸收带 含杂原子的不饱和键,有机物分子：、n 电子,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,产生* 、 n*的有机分子特征： 包含不饱和键 生色团：含有键的不饱和基团。 例： CC；CO；NN 一些生色团的特征吸收峰： P18 表3-2,P18 表3-2： 含杂原子的不饱和键的n*在紫外区 270-350nm 醛、酮特征吸收带 孤立双键* 吸收峰出现在远紫外区 *在分析中的意义？,1-己烯 177 nm 11800 L.mol-1.cm-1 1，5-己二烯 178 nm 26000 L.mol-1.cm-1 1，3，5-己三烯 268 nm 427000 L.mol-1.cm-1,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,（二）生色团的共轭作用,共轭作用：一种化合物中有两个或两个以上生色团时，若两个生色团发生共轭作用，则原来的吸收峰消失，在长波方向产生吸光度显著加强的新的吸收峰。 共轭体系中，电子具有更大的离域性，使得* 轨道能量降低，导致吸收峰向长波方向移动。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,蓝移、红移,有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使max和吸收强度发生变化: max向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移 (紫移) 吸收强度即摩尔吸光系数 增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,单独的羰基 max=280 nm CH3CH=CHCHO max=220 nm max=322 nm 15000L.mol-1.cm-1 28L.mol-1.cm-1 羰基双键和烯键共轭 使* n* 吸收峰红移、产生增色效应。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,max (nm) max(L.mol-1.cm-1) (K) E 带 * 184 nm 50000 E1吸收带 无精细结构 204 nm 7000 E2吸收带 低分辨率精细结构 B带 254 nm 200 B吸收带 * 和苯环 精细结构吸收带 振动能级跃迁重叠,共轭封闭体系（苯）特征吸收带,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,P20 表3-4 某些苯衍生物的特征吸收 有取代基时 E 带红移 B带精细结构简化 强度增加 红移,助 色 团：含有n电子的基团。它们本身没有生色功能，但当它们与生色团相连时，就会发生n-共轭作用，使生色团的吸收波长红移，且强度增加。 OH，OR，NH，NR2 ，X,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,26,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,（三）溶剂对吸收光谱的影响,1、溶剂极性对最大吸收波长的影响,异丙叉丙酮的溶剂效应,溶剂极性的影响 对max影响：n-*跃迁：溶剂极性，max蓝移；-*跃迁：溶剂极性 ，max红移,溶剂极性对吸收波长的影响，也是 区别*跃迁和n*跃迁的方 法之一。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,2、溶剂极性对光谱精细结构的影响,气态：分子间作用力弱，振动、转动光谱均能表现出来精细结构清晰 液态： 非极性溶剂：溶剂化作用限制了分子的转动 溶剂极性增大，分子振动受限，精细结构逐渐消失,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,极性溶剂使精细结构消失,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,溶剂选择原则,在吸收光谱图或数据表中，注明溶剂。 选用低极性溶剂，以获得特征精细结构； 很好溶解被测物，具有良好化学和光化学稳定性； 溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。 比较未知物质与已知物质的吸收光谱，必须采用相同的溶剂,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,二、无机化合物的吸收光谱,金属离子络合物的吸收光谱 （一）d-d 配位场跃迁 过渡金属离子具有未充满的d轨道 受配位体配位场的影响，原来能量相同的d轨道发生能级分裂，分裂后d轨道之间的能量差称为分裂能,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,32,配位体的配位场越强，分裂能越大，吸收峰波长就越短。 配位体配位场强弱顺序：I-Br-Cl-F-OH-C2O42-=H2OSCN-吡啶=NH3乙二胺联吡啶邻二氮菲NO2-CN- d-d跃迁概率小， 小，0.1-100之间，定量分析中应用价值不大,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,（二）电荷转移跃迁,电荷转移跃迁：络合物中配位体和金属离子之间，一方的电子向主要属于另一方的轨道跃迁 电荷转移跃迁的max大，104以上,Mn+ + Lb- M(n-1)+L(b-1)-,Fe3+(SCN-)2+ Fe2+(SCN)2+,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,h,h,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,（三）金属离子影响下的配位体 *跃迁,配位体一般含有生色团、助色团，与金属离子配位后，配位体的共轭结构发生改变，导致吸收光谱蓝移或红移 定量分析要求：络合物与配位剂的最大吸收波长之差（反衬度）应在60nm以上,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,第三节 紫外-可见分光光度计,一、基本部件 光源：提供分子激发所需辐射能量 单色器：由连续光源中分离出所需单色光 吸收池：盛放试样 检测器：检测光信号,光信号转化为电信号 信号显示器：放大，读数,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,UV-2501PC 紫外可见分光光度计,（一）光 源 要求：发射足够强度的连续光谱 良好稳定性和较长使用寿命 可见区：钨灯 发射3202500nm连续光谱 紫外区：氢、氘灯 发射180375nm连续光谱,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,（二）单色器, 入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：使入射光成为平行光束； 色散元件：复合光分解成单色光；光栅或棱镜 聚焦装置：将所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,准直透镜,棱镜,聚焦透镜,出射狭缝,6,（三）吸收池 盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿。 石英吸收池：紫外和可见区 玻璃吸收池：可见区 为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,在所用的波长范围内有良好的透光性，两透光面有精确的光程。 在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。 规格：0.5、1.0、2.0、3.0、5.0cm等。,（四）检测器,将光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管 1、光电管 阴极表面有光敏材料，光照射光敏材料，阴极发射电子，在阴阳两极加压，形成光电流 蓝敏光电管（220-625nm）、红敏光电管（600-1200nm）,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,真空光电管,玻璃管壁开有石英窗口,HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science,光电倍增管：检测微弱光信号的光电元件,原理： 1.工作时，相邻电极间加一定电压。 2.分光后的光照射到光敏阴极K上，轰击出光电 子，在电场加速下又射向第一倍增极，轰击出更多的光电子。 3.次级电子再被电场加速打在第二倍增极上，又会发射出更多的电子。经多个打拿极，释放的电子依次倍增。,结构：真空密封管、光敏阴极、倍增极、阳极,4. 最后放出的光电子 比最初多到106倍以上， 最大电流可达 10A，电流经负载电阻转变 为电压信号送入放大器。 工作范围内，电压越高，放大倍数越大。两极 电压75100V。,（五）信号显示器 检流计、微安表、电位计、数字电压表、记录仪、数据微处理机等进行仪器自动控制和结果处理。,二、分光光度计构造原理,（一）单光束分光光度计,优点：结构简单，价格便宜。 缺点：测量结果受光源波动性影响大 型号：721,722,751,752,724型,例：721型分光光度计。波长范围：360-800nm。 光源：钨灯；色散元件：玻璃棱镜；检测器：光电管。 752型紫外可见分光光度计。波长范围：200-1000nm。 光源：钨灯，氘灯；色散元件：光栅；检测器：光电管。,(二）、双光束分光光度计 1.经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，一束通过参比池，一束通过样品池。 2.光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。,双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通过参比池和样品池，能自动消除光源强度变化所引起的误差。具有较高的精密度和准确度。,（三）、双波长分光光度计 由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长（1和2）的单色光；利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值A,对于多组分混合物、混浊试样（如生物组织液）分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。,（A=A1-A2 ， A=