第十一章紫外五版ppt课件

1、 第十一章 紫外-可见分光光度法 ultraviolet and visible spectrophotometry UV-vis第一节第一节 根本原理和概念根本原理和概念第二节第二节 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计第三节第三节 紫外紫外-可见分光光度分析方法可见分光光度分析方法终终了了第一节第一节 紫外紫外-可见分光光度法的根本原理和概念可见分光光度法的根本原理和概念一、紫外吸收光谱的产生一、紫外吸收光谱的产生紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：波长范围：100-800 nm. (1) 远紫外光区远紫外光区: 100-200nm (2) 近紫

2、外光区近紫外光区: 200-400nm (3) 可见光区可见光区: 400-800nm可用于构造鉴定和定量分析。可用于构造鉴定和定量分析。电子跃迁的同时，伴随着振动电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁转动能级的跃迁;带状光谱。带状光谱。 250 300 350 400nm1234e e物质对光的选择性吸收及吸收曲线 宏观景象宏观景象 KMnO4 (KMnO4 (紫红色紫红色) ) 吸收白光中的吸收白光中的 黄绿色黄绿色 CuSO4 (CuSO4 (蓝色蓝色) ) 吸收白光中的吸收白光中的 黄色黄色 互补色互补色 量子解释量子解释M + 热M + 荧光或磷光 E = E2 - E1 = h

3、量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收用不同波长的单色光照用不同波长的单色光照射，测吸光度射，测吸光度;M + h M *基态基态 激发态激发态E1 E E2电子跃迁与分子吸收光谱物质分子内部三种运动方式：物质分子内部三种运动方式： 1 1电子相对于原子核的运动；电子相对于原子核的运动； 2 2原子核在其平衡位置附近的相对振动；原子核在其平衡位置附近的相对振动； 3 3分子本身绕其重心的转动。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。三种能级都是量子化的，且各自具有相应

4、的能量。分子的内能：电子能量分子的内能：电子能量Ee Ee 、振动能量、振动能量Ev Ev 、转动能量、转动能量ErEr 即即: E: EEe+Ev+ErEe+Ev+Er evr evr 能级跃迁能级跃迁 电子能级间跃迁的电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃动能级和转动能级间跃迁产生的假设干谱线而迁产生的假设干谱线而呈现宽谱带。呈现宽谱带。讨论：讨论：1 1 转动能级间的能量差转动能级间的能量差rr：0.0050.0050.050eV0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外

5、光区。，跃迁产生吸收光谱位于远红外光区。2 2 振动能级的能量差振动能级的能量差vv约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产生的吸收光谱位于红外光区。，跃迁产生的吸收光谱位于红外光区。3 3 电子能级的能量差电子能级的能量差ee较大较大,1,120eV20eV。电。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外子跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区。可见光区。 二、电子跃迁类型二、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。分子轨道实际：成键轨道分子轨道实际：成键轨道反键轨道。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

6、大小顺序为：n n s sp p * *s s * *RKE,Bnp p ECOHnp ps sH1.1.跃迁跃迁 所需能量最大；电子只需吸收远紫外光的能量才干发生跃迁； 饱和烷烃的分子吸收光谱出如今远紫外区； 吸收波长 1046. 配位场跃迁配位场跃迁 在配体的作用下过渡金属离子的在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的轨道和镧系、锕系的f轨道裂分，轨道裂分，吸收辐射后，产生吸收辐射后，产生d一一d、 f 一一f 跃跃迁；迁； 摩尔吸收系数摩尔吸收系数很小，对定量分析很小，对定量分析意义不大。意义不大。跃迁类型吸收峰(max)e官能团ss*200nm104C=Cnp*200400nm

7、10100C=O,C=S,N=Nns*200nm-OH,-NH2, -X电荷迁移跃迁取决于轨道能量104取代芳烃，无机物配位场跃迁400800nm200nm的光的光)，但当它们与生色团相连时，但当它们与生色团相连时，就会发生就会发生n共轭作用，加强生色团的生共轭作用，加强生色团的生色才干色才干(吸收波长向长波方向挪动，且吸收吸收波长向长波方向挪动，且吸收强度添加强度添加)，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。 红移： red shift 吸收峰向长波方向挪动。 蓝移：blue shift 吸收峰向短波方向挪动。 增色效应：hyperchromic effect 使吸收强度添加。 减色

8、效应：hypochromic effect 使吸收强度减弱。 强带：max 104的吸收峰。 弱带： max 104：强吸收102 e 104：中强吸收e 102：弱吸收%1110cmEMe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。3071000/00. 2614. 0lg%11mglCTEcm99201015.323%11cmEe 七、偏离七、偏离Beer定律的要素定律的要素 A = KC 1. 化学要素 溶液中溶质可因浓度改动而有离解、

9、缔合与溶剂间的作用等缘由而发生偏离Beer定律的景象。 例例1. Cr2O72-离子在水溶液中存在着二聚平衡离子在水溶液中存在着二聚平衡 Cr2O72-+H2O 2HCrO42- 2H+ + 2CrO42- 橙橙 黄黄 吸收绿蓝吸收绿蓝 光光450nm 吸收蓝吸收蓝 光光375nm AC减免方法：严厉控制溶液条件。减免方法：严厉控制溶液条件。 例2: Fe3+-水杨酸受 pH 影响pH 4 9 12 Fe(C7H4O3)+ Fe(C7H4O3)2- Fe(C7H4O3)33- Fe(OH)3 紫色 红色 黄色 2. 光学要素 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。 02010

10、201020121211010IIIIIIIITClEClE0201)(020112110lglgIIIIClETAClEE减免方法：选择减免方法：选择 max作测定波长作测定波长2杂散光杂散光(stray light)： 从分光器得到的单色光中，还有一些不在谱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。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；光学元件污染呵斥来源：仪器本身缺陷；光学元件污染呵斥ssIIIIA0lg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。3散射光和反射光散射光和反射光 散射光：溶液质点对光的散射。使透射光

11、减弱。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。真溶液：空白对比补偿。 混浊溶液：不易制备一样空白补偿。混浊溶液：不易制备一样空白补偿。A偏高。偏高。 反射光：吸收池内外界面对对入射光的反射。反射光：吸收池内外界面对对入射光的反射。使透射光减弱。使透射光减弱。减免：参比液对比补偿参比液的T=100%4非平行光非平行光减免：运用同一台仪器 3. 透光率丈量误差透光率丈量误差 T 是丈量中的随机误差，来自仪器的噪声。是丈量中的随机误差，来自仪器的噪声。TElElAClg1TTTCClg434. 0噪声噪声(noise)暗噪声暗噪声(dark noise)： 与光讯号无关。与

12、光讯号无关。散粒噪声散粒噪声(single shot noise)： 随光讯号强弱而变化。随光讯号强弱而变化。 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。 与电子元件和线路构造的质量、任务形状及环境条件有关。 T 可视为常量。0.2% 1% 高精度仪器： 0.01%表12-3 不同T%或A时的浓度相对误差 T= 0.5%) 透光率 T% 吸光度 A 浓度相对误差 %950.02210.25900.0465.27800.0972.80700.1552.00600.2221.63500.3011.44400.3981.36300.5231.38200.6991.

13、55101.0002.1751.3013.3431.5234.7521.6996.390246810120.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8A浓度相对误差（% ） 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 散粒噪声散粒噪声(single shot noise)：或讯号噪声：或讯号噪声 是光敏元件受光照射时，单位时间是光敏元件受光照射时，单位时间电子迁移数量不等，构成丈量光强时的电子迁移数量不等，构成丈量光强时的不确定性。不确定性。K与波长及光敏元件的质量有关11TTKT11lg434. 0TTKCC02468101

14、20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8A浓度相对误差（% ）八吸光度丈量的条件选择：八吸光度丈量的条件选择：1丈量波长的选择：选选A = 0.20.7下测定须在较小的左右测定灵敏度高maxmaxmaxmaxlCAEAA2吸光度读数范围的选择： 3参比溶液(空白溶液)的选择： 溶剂: 溶解才干,吸收峰,稳定性,对被測吸收峰的影响 样参样品池样品溶液，调节光路参比池空白溶液样品池匹配参比池ATA%1000 注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和 界面反射等要素对透光率的干扰前往前往 根本组成：光源单色器吸收池检测器讯号处置及显示器动画动画第二节第二节 紫外紫外-

15、可见分光光度计可见分光光度计 一、主要部件一、主要部件 1. 光源光源 要求：要求： 足够的发射强度和稳定性足够的发射强度和稳定性 延续光谱延续光谱 发光面积小发光面积小 光源种类：光源种类： 钨灯和卤钨灯：钨灯和卤钨灯： 可见区光源可见区光源 光强与电压的光强与电压的34次方成次方成正比正比 氢灯或氘灯：紫外区光源氢灯或氘灯：紫外区光源 资料为石英资料为石英 2. 单色器 作用：延续光谱按波长顺序色散，并分别出一定宽度的谱带。 组成：进口狭缝、准直镜、色散元件、 聚焦透镜和出口狭缝 色散元件： 棱镜：对不同波长的光有不同的折射率 波长陈列疏密不均 光栅：光的干涉和衍射作用 波长陈列均匀准直镜

16、：准直镜： 镀铝的抛物柱面反射镜镀铝的抛物柱面反射镜 作用：进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： 狭缝宽度影响光强和单色光纯度狭缝宽度影响光强和单色光纯度 3. 吸收池 盛空白溶液的和盛样品溶液的吸收池应相互匹配，即有一样的厚度和一样的透光性。 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 4. 检测器检测器 光电池光电池 光电管光电管 光电倍增管光电倍增管 光二极管阵列检测器：可在极短的时间内获得光二极管阵列检测器：可在极短的时间内获得全光光谱。全光光谱。5. 讯号处置与显示器讯号处置与显示器 透光率、吸光度透光率、吸光度 浓度、吸光系数浓度、

17、吸光系数 二、分光光度计的光学性能与类型二、分光光度计的光学性能与类型 光学性能：1. 波长范围：195 820 nm2. 波长准确度：显示- 实践 0.5 nm3. 波长重现性：波长变动值 0.5 nm4. 透光率丈量范围：0 150%5. 吸光度丈量范围：-0.1730 +2.006. 光度准确度：T 0.5%7. 光度反复性：透光率的变动性 0.5%8. 分辨率：=0.3nm9. 杂散光：光路类型：光路类型：1. 单光束分光光度计：简单，价廉，适于在给单光束分光光度计：简单，价廉，适于在给定波优点丈量吸光度或透光度，普通不能作全定波优点丈量吸光度或透光度，普通不能作全波段光谱扫描，要求光

18、源和检测器具有很高的波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。稳定性。 2. 双光束分光光度计：双光束分光光度计： 优点：优点： 减免因光源不稳而引入的误差减免因光源不稳而引入的误差 丈量中不需求挪动吸收池丈量中不需求挪动吸收池动画动画动画动画 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。3.3.双波长分光光度计：双波长分光光度计： 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) 快快束交替经过同一吸收池而后到达检测器。产束交替经过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。生交流信号。无需参比池。

19、= 1= 12nm2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。两波长同时扫描即可获得导数光谱。动画动画 三、分光光度计的校正三、分光光度计的校正1. 波长的校正波长的校正2. 吸光度的校正吸光度的校正3. 吸收池的校正吸收池的校正前往前往 一、定性鉴别一、定性鉴别 根据：根据： 吸收光谱外形、吸收峰数目、吸收光谱外形、吸收峰数目、 max、 。动画动画第三节第三节 紫外紫外-可见分光光度分析方法可见分光光度分析方法 鉴别方法：对比法 1. 对比吸收光谱特征数据： max、 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：

20、维生素B12的鉴别 中国药碘规定： A361nm/A278nm = 1.70 1.88 A361nm/A550nm = 3.15 3.45 3. 对比吸收光谱的一致性样品和规范品在一样浓度、一样条件的吸收光谱。 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 2. 杂质的限量检测： 杂质的max处样品无吸收：Amax(杂质规定值 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) 截止溶剂一吸光系数法：要求单色光纯lEAC例：维生素B12的水溶液在361nm处的E1cm1

21、%值是207，盛于1cm吸收池中，测得溶液的吸光度为0.414，那么溶液浓度为： C = 0.414/(2071=0.002g/100ml例：精细称取例：精细称取B12样品样品25.0mg，用水溶液配成，用水溶液配成100ml。精细汲。精细汲取取10.00ml，又置，又置100ml容量瓶中，加水至刻度。取此溶液容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在在1cm的吸收池中，于的吸收池中，于361nm处测定吸光度为处测定吸光度为0.507，求，求B12的百分含量？的百分含量？ E1cm1%(361nm) = 2078 .2020025. 0507. 000.10100025. 0507. 0CAE计算%97

22、.97%1002078 .202%100%B12标准计算EE二规范曲线法：CACACKA条件前提：固定仪器和测定三对照法样标样标CCAA标样标样AACC标样与样品浓度相近；截距为固定仪器和测定条件；前提：0 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 2. 部分重叠A1 = E1aCaA2 = A2a + A2b = E2aCa + E2bCb 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 + A2bA1 = A1a + A1bA2b = A1bA = A2 - A1 = A2a - A1a = (E2a - E1a)Cal

23、4. 系数倍率法 前提：干扰组分前提：干扰组分b不成峰形不成峰形 无等吸收点无等吸收点 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优点：同时将待测组分和干扰组分放大信号K K倍，倍， 提高了待测组分测定灵敏度提高了待测组分测定灵敏度倍率因子令KAAbb21)()()()(1212112212aabbababbababaAKAAKAAAAAKAKAAbA1bA2的干扰消除了bCAababbAKA12aaaaabaCEKEAKAA)(1212 5. 导数光谱法A = C E = C f ()iiiiiAAA11)(1) 导数光谱的波形和特点：导数阶数导数阶数 n ，

24、谱带极值数，谱带极值数 ，并有，并有n+1个，峰形复杂个，峰形复杂化。化。 (2) 导数光谱的定量原理：lCddddAelCdddAd2222elCdddAd33323e(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(4) 导数光谱定量数据的丈量： 基线法或正切法： 峰谷法： 峰零法： 五、光电比色法五、光电比色法 是对于能吸收可见光的有色溶液的测定方是对于能吸收可见光的有色溶液的测定方法。法。 显色反响：配位反响、氧化复原反响、缩合反响等。 无色物 + 显