紫外光谱分析-中文

1、Ultravioletltrvalt /Visible Spectroscopy 紫外和可见光显微镜UV radiation(紫外辐射）紫外线辐射是比可见光的波长短但比X射线长的电磁辐射。典型的紫外线波长范围是10 400纳米。UV Absorption(紫外吸收）日常生活中, 各种溶液之所以呈现不同的颜色, 与它对光的选择性吸收有关。当一束由各种波长按一定比例组成的光透过一溶液时, 某些波长的光被溶液吸收, 而另一些波长的光不被吸收而透过溶液。当透过的光包含有可见光波长范围内的光时, 就可以被人眼察到, 溶液的颜色正是由透过光的波长所决定。 UV/Vis Spectroscopy定义：定义：

2、它是一种通过分析由材料的分子、离子对紫外及可见光的吸收度构成的紫外及可见光光谱和吸光度来分析、测定及推论材料的成分、含量及结构的方法。特点特点: 灵敏度高,准确度高,选择性好,操作简便,分析速度快,应用范围广。Absorption Curve（吸收曲线） 使用不同波长的光通过一个浓度和厚度为常数的容液，测量溶液在不同波长下的吸收度(吸光度),然后以波长为横坐标,吸光度为纵坐标绘制一条曲线。曲线可以描述材料在不同波长下的吸光度,称为吸收曲线或吸收光谱。（根据对吸收曲线的分析）同一浓度的溶液在不同波长下的吸光度不同。对于相同的测试溶液，浓度越大吸光度越大。对于同样的材料，无论浓度是多少，波长与最大

3、吸收峰值（最大吸收波长max）是相同的，并且曲线的形状也是一样的。电子跃迁类型电子跃迁类型v有机化合物的紫外可见吸收光谱是三种电是三种电子跃迁的结果：子跃迁的结果：电子、电子、电子、电子、n n电子电子COHnp ps sH分子轨道有分子轨道有、*、 *、n 能量高低能量高低n*能量* n* * n*分子中电子的能级和跃迁 2. nss* transition 实现这类跃迁所需要的能量实现这类跃迁所需要的能量较高，较高， 吸收波长为吸收波长为150250nm，大部分在远紫外区，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。近紫外区仍不易观察到。 含非键电子的饱和烃衍生物含非键电子的饱和烃衍生物(含含

4、N、O、S和卤素等杂原子和卤素等杂原子)均均呈现呈现n* 跃迁。如跃迁。如CH3OH4. npp* transition 这类跃迁发生在近紫外光区这类跃迁发生在近紫外光区, 一般一般200 nm 。它是简单的生色。它是简单的生色团如团如羰基羰基、硝基等中的孤对电子、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是向反键轨道跃迁。其特点是谱带谱带强度弱强度弱，摩尔吸光系数，摩尔吸光系数小小，通常，通常小于小于100，属于禁阻跃迁。，属于禁阻跃迁。常用术语常用术语-OH （1）R 吸收带：吸收带： n*跃迁跃迁 特点：特点：a 跃迁所需能量较小，吸收峰位于跃迁所需能量较小，吸收峰位于 200400nm

5、b 吸收强度弱，吸收强度弱， 102（2）K 吸收带：吸收带： 共轭双键中共轭双键中*跃迁跃迁 特点：特点：a 跃迁所需能量较跃迁所需能量较R带大，吸收峰带大，吸收峰 位于位于210280nm b 吸收强度强，吸收强度强， 104 随着共轭体系的增长，随着共轭体系的增长，K 吸收带长移，吸收带长移，210 700nm时时 增大。增大。 K 吸收带是共轭分子的特征吸收带，可用于判断吸收带是共轭分子的特征吸收带，可用于判断共轭结构共轭结构应用最多的吸收带。应用最多的吸收带。（3）B 吸收带和吸收带和E吸收带吸收带 苯环带苯环带 B吸收带：有苯环必有吸收带：有苯环必有B带带 230-270 nm 之

6、间有之间有一系列吸收峰，中吸收，芳香族化合物的特征吸收峰一系列吸收峰，中吸收，芳香族化合物的特征吸收峰 苯环上有取代基并与苯苯环上有取代基并与苯 环共轭，精细结构消失环共轭，精细结构消失AAUV-Vis SpectrometerGeneral componentsRadiation sourceMonochromatorSample containerDetectorreadout device Radiation source辐射源 ,mnukrumeit 单色仪样品室检测器读取设备 1. 1. 辐射源辐射源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光

7、谱(200-(200-1000nm)1000nm)，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。寿命。分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类两类.可见光区：可见光区：作为光源，其辐射波作为光源，其辐射波长范围在长范围在3203202500 nm2500 nm。紫外区：紫外区：。发射。发射185185400 nm400 nm的连续光谱。的连续光谱。2.2. 单色器单色器v 单色器是从连续光谱中获得所需单色光的装置。常用的有棱镜和光栅两种单色器。v棱镜单色器的缺点是色散率随波长变化，得

8、到的光谱呈非均匀排列，而且传递光的效率较低。v光栅单色器在整个光学光谱区具有良好的几乎相同的色散能力。因此，现代紫外可见分光光度计上多采用光栅单色器。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； 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。3.3.样品室样品室v 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。应的池架附件。v吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃

9、池。采用石英池，可见区一般用玻璃池。4.4.检测器检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号。常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管。 5.5.读取设备读取设备 常用的显示器有检流计、微安计、电位计、数字电压表、记录仪、 示波器及数据处理机等。仪器的类型 1.Single-beam UV-Vis spectrophotometer光源光源单色器单色器参比参比样品样品检测器检测器显示器显示器 只有一条光路，通过变换参比池和样品池的位只有一条光路，通过变换参比池和样品池的位置，使它们分别置于光路来进行测定置，使它们分别置于光路来进行测定简单、价廉，适于在简单、价廉，适于在给定波长给定

10、波长处测量吸光度或处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光光源源和和检测器检测器具具有很有很高的稳定性高的稳定性。单色器参比样品检测器显示器斩光器光源2.2.Double-beam 双光束双光束 自动记录，自动记录，快速全波段扫描快速全波段扫描。可消除光源。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。3.Double-wavelengthv一个光源，两个单色器，一个吸收池一个光源，两个单色器，一个吸收池光源单色器单色器吸收池

11、检测器斩光器用两种不同波长的单色光束交替照射到样品溶液上，不需使用参比溶用两种不同波长的单色光束交替照射到样品溶液上，不需使用参比溶液，测得的是样品在两种波长下的吸光度之差液，测得的是样品在两种波长下的吸光度之差将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光( (1 1、2 2) ) 快速交替快速交替通过同一吸收池而后到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。达检测器。产生交流信号。无需参比池。 = = 1 12 2nmnm。A A=A=A2-A1=(2-1)bc=Kc 1 1、定性分析、定性分析 通常是在相同的条件下，测定未知物的紫外光谱图，与已知标准物质吸收光谱比较，比较二者

12、吸收光谱特征，如吸收峰数目、位置、吸收谷、肩峰所在的位置等。分子结构相同的化合物应有完全相同的吸收光谱。不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A A 有差异，在有差异，在maxmax处吸光度处吸光度A A 的差异最大。此特性可作作为物质的差异最大。此特性可作作为物质定量定量分析的依据。分析的依据。 待测样品待测样品 相同条件相同条件 样品谱样品谱 标准物质标准物质 标准谱标准谱紫外吸收光谱法的应用紫外吸收光谱法的应用2. 定量分析定量分析 依据：朗伯依据：朗伯-比耳定律比耳定律 Lambert-Beers Law A= b c -lgT = b

13、chigh sensitivity： max：104105 L mol-1 cm -1； 单组分一般选单组分一般选maxmax处测定处测定A A，做标准曲线，以得到最，做标准曲线，以得到最好的灵敏度。好的灵敏度。 根据某一特征根据某一特征峰的高度峰的高度与与物质浓度物质浓度成成正比正比的关系的关系来进行定量分析。来进行定量分析。 Alg(I0/It)= b c 朗伯朗伯- -比尔定律的适用性：比尔定律的适用性： v朗伯朗伯-比尔定律成立条件是待测物为均一的稀溶液、比尔定律成立条件是待测物为均一的稀溶液、气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起的散射；入射气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起的散射；入射光为

14、单色平行光。光为单色平行光。v下列情形下不成立或产生较大偏差：下列情形下不成立或产生较大偏差：v 1、在有化学因素影响时不成立。、在有化学因素影响时不成立。 2、解离、缔合、生成络合物或溶剂化等产生偏离。、解离、缔合、生成络合物或溶剂化等产生偏离。3、有仪器因素影响时也不成立。、有仪器因素影响时也不成立。4、非单色光对比尔定律产生偏离。、非单色光对比尔定律产生偏离。5、杂散光、杂散光(非吸收光非吸收光)会对定律产生影响。会对定律产生影响。6、其他影响因素包括溶剂、光效应等也应考虑。、其他影响因素包括溶剂、光效应等也应考虑。 3.有机化合物结构辅助解析 可获得的结构信息：可获得的结构信息： 了解

15、共轭程度、空间效应等；可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。 紫外可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是： 若在200750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。 若在270350nm波长范围内有低强度吸收峰(10100Lmol-1cm-1),（n* 跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。 若在20300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环，假设有精细结构的话，可能是苯环的特征吸收。 若在210250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有2个共轭双键；若在260350nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。 若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。光谱解析注意事项光谱解析注