紫外光谱分析-可见光光度法.ppt

紫外-可见分光光度法,紫外-可见吸收光谱 朗伯-比耳定律 紫外-可见分光光度计 分析条件的选择 测定方法 应用,紫外-可见分光光度法 (ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-VIS),它是利用物质的分子或离子对200-800nm光谱区内辐射能的吸收，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析的方法。 所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。,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？,1. 紫外-可见吸收光谱,一、 物质对光的选择性吸收,光与物质作用时，物质可对光产生不同程度的吸收，物质的结构决定了物质在吸收光时只能吸收某些特定波长的光，即 物质对光的吸收是选择性的，利用被测物质对某波长的光的吸收来了解物质的特性，这就是光谱法的基础。,KMnO4 max=525nm,1分子吸收光谱的产生由能级间的跃迁引起,能级：电子能级、振动能级、转动能级 跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程,若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射前后的 光强度变化转变为电信号并记录下来，就可得到光强 度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱,续前,2分子吸收光谱的分类： 分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序,3紫外-可见吸收光谱的产生 由于分子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中 价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生 （吸收能量=两个跃迁能级之差）,图示,吸收曲线或吸收光谱 通过测定被测物质对不同波长的光的吸收强度（吸光度），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得出该物质在测定波长范围的吸收曲线或吸收光谱，它是进行分子结构分析的依据。,同一物质，当浓度相同时，吸收曲线是重叠的。同一物质，不同浓度时，吸收曲线的形状不变，最大吸收峰位置不变，仅是峰高改变。 在吸收曲线中，通常选用最大吸收波长max进行物质含量的测定。,二、 有机化合物的紫外-可见吸收光谱,与紫外-可见吸收光谱有关的电子有三种，即形成单键的电子、形成双键的电子以及未参与成键的n电子。 跃迁类型有： *、 n * 、 *、 n * 四种。,1、 有机化合物的电子跃迁,电子跃迁类型：,1. *跃迁： 饱和烃（甲烷，乙烷） E很高，150nm（远紫外区） 2. n *跃迁： 含杂原子饱和基团（OH，NH2） E较大，150250nm（真空紫外区） 3. *跃迁： 不饱和基团（CC，C O ） E较小， 200nm 体系共轭，E更小，更大 4. n *跃迁： 含杂原子不饱和基团（C N ，C O ） E最小， 200400nm（近紫外区）,按能量大小： * n * * n *,1，*跃迁 它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区。饱和烃中的cc键属于这类跃迁，例如乙烷的最大吸收波长max为135nm。 2，n*跃迁 实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区，如CH3OH和CH3NH2的n*跃迁光谱分别为183nm和213nm。 3，*跃迁 它需要的能量低于*跃迁，吸收峰一般处于近紫外光区，在200 nm左右，其特征是摩尔吸光系数大，一般max104，为强吸收带。如乙烯（蒸气）的最大吸收波长max为162 nm。 max= 104 共轭键愈长所需能量愈小. 4，n*跃迁 这类跃迁发生在近紫外光区。它是简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于100.,共轭键愈长所需能量愈小,常用术语 生色团：是指分子结构中含有n*， * 跃迁的基团，即能在紫外可见区产生吸收的原子团。,助色团：是指含有非键电子的杂原子饱合基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸收强度。,某些常见生色团的吸收光谱,红移和紫移,在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长max发生移动。向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为紫移或蓝移。,2、 有机化合物的吸收带,吸收带(absorption band): 在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位置。根据电子及分子轨道的种类，可将吸收带分为四种类型。,R吸收带 n *跃迁产生 K吸收带 *跃迁产生 B吸收带 芳香族化合物的主要特征吸收带 E吸收带 苯环环形共轭系统的 *跃迁产生,1R带：由含杂原子的不饱和基团的n *跃迁产生 CO；CN；NN E小，max250400nm，max100 溶剂极性，max 蓝移（短移）,2K带：由共轭双键的 *跃迁产生 (CHCH)n，CHCCO max 200nm，max104 共轭体系增长，max红移，max 溶剂极性，对于(CHCH)n max不变 对于CHCCO max红移,续前,3B带：由 *跃迁产生 芳香族化合物的主要特征吸收带 max =254nm，宽带，具有精细结构； max=200 极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失,4E带：由苯环环形共轭系统的 *跃迁产生 芳香族化合物的特征吸收带 E1 180nm max104 （常观察不到） E2 200nm max=7000 强吸收 苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并 一起红移（长移）,图示,图示,3、 影响紫外-可见吸收光谱的因素,物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（温度、溶剂极性、pH等）不同，吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变化。 （1）温度 在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。,续前,（2） 溶剂 溶剂的极性影响吸收峰的位置、光谱形状、吸收强度 对max影响： n-*跃迁：溶剂极性，max蓝移 -*跃迁：溶剂极性 ，max红移 对吸收光谱精细结构影响 溶剂极性，苯环精细结构消失 溶剂的选择极性；纯度高；截止波长 max 2pH值的影响：影响物质存在型体，影响吸收波长,下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。 正己烷 CHCl3 CH3OH H2O * max/nm 230 238 237 243 n *max/nm 329 315 309 305,图示,选择溶剂时注意如下几点： （a）尽量选用低极性溶剂； （b）能很好的溶解被测物，并且形成的溶液 具有良好的化学和光化学稳定性； （c）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。,(3) pH值 pH值对酸碱物质有明显的影响，因pH值不同，化合物解离程度不同，产生的光谱也不同。,4、 紫外-可见吸收光谱的应用,定性分析,定性鉴别,定性鉴别的依据吸收光谱的特征 吸收光谱的形状 吸收峰的数目 吸收峰的位置（波长） 吸收峰的强度 相应的吸光系数,续前,1对比吸收光谱的一致性,同一测定条件下， 与标准对照物谱图或标准谱图 进行对照比较,续前,2对比吸收光谱的特征值,续前,3对比吸光度或吸光系数的比值：,例：,续前,纯度检查和杂质限量测定,1纯度检查（杂质检查）,1）峰位不重叠： 找使主成分无吸收，杂质有吸收直接考察杂质含量 2）峰位重叠： 主成分强吸收，杂质无吸收 / 弱吸收与纯品比较，E 杂质强吸收 主成分吸收与纯品比较，E，光谱变形,续前,2杂质限量的测定：,例：肾上腺素中微量杂质肾上腺酮含量计算 2mg/mL -0.05mol/L的HCL溶液， 310nm下测定(规定 A3100.05 即符合要求的杂质限量0.06%),（3）结构分析 紫外-可见吸收光谱一般不用于化合物的结构分析，但利用紫外吸收光谱鉴定化合物中的共轭结构和芳环结构还是有一定价值。 例如，某化合物在近紫外区内无吸收，说明该物质无共轭结构和芳香结构。,第二节 基本原理,一、Lamber-Beer定律 二、吸光系数和吸收光谱 三、偏离Beer定律的因素 四、透光率的测量误差,朗伯-比尔定律,设入射光强度为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,一、吸光度和透光度,吸光度: absorbance 为透光度倒数的对数，用A表示： 即 A=lg1/T=lgI0/It A值越大，表明物质对光的吸收越大。,透光度：transmittance 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 T值越大，表示物质对光吸收的越小。,二、朗伯-比尔定律 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 式中比例常数为吸光系数，与吸光物质的本性，入射光波长、溶剂及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。,朗伯-比尔定律表明了物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度和液层厚度的关系，是吸收光度法的理论基础。 朗伯-比尔定律适用于单色光、稀溶液。,三、吸光系数,三.吸光系数 在指定条件下是物质的特征常数，可作为定性、定量的依据。由于浓度单位不同它有两种表示方法。,当l以cm，c以mol/L为单位，称为摩尔吸光系数，用 表示。 的单位为L/mol.cm，它表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时，溶液的吸光度。,1、摩尔吸光系数,2、比吸光系数,当l以cm， c以g/100mL 为单位，称为比吸光系数。 比吸光系数是指吸光物质的百分浓度为1%， l为1cm时的吸光度值，用 表示。 它们之间的关系为：,三、偏离Beer定律的因素,依据Beer定律，A与C关系应为 经过原点的直线 偏离Beer定律的主要因素表现为 以下两个方面,（一）光学因素 （二）化学因素,（一）光学因素,1非单色光的影响： Beer定律应用的重要前提入射光为单色光,续前,续前,讨论： 入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光谱形状,结论： 选择较纯单色光（，单色性） 选max作为测定波长（E，S且成线性）,续前,2杂散光的影响： 杂散光是指从单色器分出的光不在入射光谱带宽度 范围内，与所选波长相距较远 杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成 杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值,3反射光和散色光的影响： 反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光 直接对T产生影响 散射和反射使T，A，吸收光谱变形 注：一般可用空白对比校正消除 4非平行光的影响： 使光程，A，吸收光谱变形,（二）化学因素,Beer定律适用的另一个前提：稀溶液 浓度过高会使C与A关系偏离定律,四、透光率的测量误差T,要使测定的相对误差c/c最小，求导取极小值，得出： lgT=-0.4343=A 即当A=0.4343时，吸光度测量误差最小 影响测定结果的相对误差两个因素： T和T,T影响因素：仪器噪音 1）暗噪音 2）讯号噪音,续前,1）暗噪音与检测器和放大电路不确切性有关 与光讯号无关 2）讯号噪音与光讯号有关,第四节 紫外分光光度计,1光源：,2单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件,续前,3吸收池： 玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） 4检测器：将光信号转变为电信号的装置,5记录装置：讯号处理和显示系统,类型：,1单光束分光光度计：,特点： 使用时来回拉动吸收池 移动误差 比色池配对,续前,2双光束分光光度计：,特点： 不用拉动吸收池，可以减小移动误差 可以自动扫描吸收光谱,续前,3双波长分光光度计,特点： 利用吸光度差值定量 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差,4 分析条件的选择,一、 仪器测量条件的选择 1.适宜的吸光度范围 最适宜的测量范围为0.20.7之间。,通常是根据被测组分的吸收光谱，在避开干扰情况下，选择最强吸收带的最大吸收波长为入射波长。此波长处测定灵敏度最高，线性关系最好。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰或肩峰进行测定。,2.入射光波长的选择,3 狭缝宽度的选择 为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增加为准。一般来说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之一。,对多种物质进行测定，常利用显色反应将被测组分转变为在一定波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位反应、氧化还原反应等。,二、显色反应条件的选择,这些显色反应，必须满足以下条件：,1反应的生成物必须在紫外-可见光区有较强的吸光能力，即摩尔吸光系数较大； 2反应有较高的选择性，即被测组分生成的化合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的差别； 3.反应生成的产物有足够的稳定性，以保证测量过程中溶液的吸光度不变； 4.反应生成物的组成恒定。 5 .有色配合物与显色剂颜色差别要大。,显色反应实验条件： 1酸度 显色反应最适宜的酸度范围可通过实验来确定，测定某一固定浓度的试样的吸光度随酸度的变化，以吸光度为纵坐标，溶液的PH值为横坐标作图。 2.显色剂的用量 3.显色时间和温度,测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调节透光度（吸光度为0）为100%，以消除其它成分及吸收池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测定误差。,三、参比溶液的选择,参比溶液的选择视分析体系而定，具体有： 1溶剂参比 试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收池等因素； 2试样参比 如果试样基体溶液在测定波长有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加入显色剂。 3试剂参比 如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。 4. 平行操作参比 用不含被测组分的试样，在相同的条件下与被测试样同时进行处理，由此得到平行操作参比溶液。,5 测定方法,