分析化学课件：8紫外可见光谱

1、第九章 紫外-可见分光光度法 紫外-可见分光光度法 紫外-可见光度计 UV-Vis分子吸收光谱的应用 UV-Vis方法是分子光谱方法，它利用分子对外来辐射的吸收特性。 UV-Vis涉及分子外层电子的能级跃迁；光谱区在160780nm. UV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光谱(UV)为四大波谱之一，是鉴定 许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。 能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。-胡罗卜素咖啡因阿斯匹林丙酮 几种有机化合物的分子吸收光谱图。最大吸收峰峰谷肩峰一、紫外-可见吸收光谱1、分子吸收光谱的形成1）. 过程：运动的分子外层电子-吸收外

2、来外来辐射-产生电子能级跃迁-分子吸收谱。2）. 能级组成：除了电子能级(Electron energy level)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)能级和转动(Rotation)能级的跃迁！据量子力学理论，分子的振-转跃迁也是量子化的或者说将产生非连续谱。因此，分子的能量变化E为各种形式能量变化的总和：其中Ee最大：1-20 eV; Ev次之：0.05-1 eV; Er最小：0.05 eV 可见，电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大12个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转能级的跃迁，形成所谓的带状光谱。 1. 可能的跃迁类型 有机分子包

3、括:成键轨道 、 ；反键轨道 *、*非键轨道 n CHHOoooo=o=n2、有机化合物的吸收光谱各轨道能级高低顺序： n*；可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*-*：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)；(CH3)3N(227nm

4、)，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。 3、无机物分子能级跃迁一些无机物也产生紫外-可见吸收光谱，其跃迁类型包括 p-d 跃迁或称电荷转移跃迁以及 d-d, f-f 跃迁或称配场跃迁。1）. 电荷转移跃迁 (Charge transfer transition) 一些同时具有电子予体(配位体)和受体(金属离子)的无机分子，在吸收外来辐射

5、时，电子从予体跃迁至受体所产生的光谱。max 较大 (104以上)，可用于定量分析。2）. 配场跃迁(Ligand field transition) 过渡元素的 d 或 f 轨道为简并轨道(Degeneration orbit)，当与配位体配合时，轨道简并解除，d 或 f 轨道发生能级分裂，如果轨道未充满，则低能量轨道上的电子吸收外来能量时，将会跃迁到高能量的 d 或 f 轨道，从而产生吸收光谱。 吸收系数 max 较小 (102)，很少用于定量分析；多用于研究配合物结构及其键合理论。4、常用术语生色团： 分子中含有非键或键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起n-* 和-*跃迁，可产生此类跃迁

6、或吸收的结构单元，称为生色团。助色团 ： 含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。红移或蓝移： 在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向（红移）或短波方向移动（蓝移）的现象。那么促使分子发生红移或蓝移的因素有哪些呢？K带：共轭体系的-*跃迁所产生的吸收带。B带：芳香族化合物的-*跃迁所产生的精细结构吸收带E带：芳香族化合物的-*跃迁所产生的吸收带，芳香族特征吸收。1）共轭体系的存在-红移 如CH2=CH2的-*跃迁，max=165200nm；而1,3-丁二烯，max=217nm2）溶剂效应：红移或蓝移随溶剂极性增加，吸收光谱变

7、得平滑，精细结构消失。由n-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成 H 键的能力增加，发生蓝移；由-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，激发态比基态能量有更多的下降，发生红移。 3）pH值：红移或蓝移 苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带；而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和 287nm（p- 共轭）.5、 影响紫外-可见吸收光谱一、光源 对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。1. 钨及碘钨灯：3402500 nm，多用在可见光区；2. 氢灯和氘灯：160375nm，多用在紫外区。二、单色器(Mnochromator) 与原子吸收光度仪不

8、同，在UV-Vis光度计中，单色器通常置于吸收池的前面！（可防止强光照射引起吸收池中一些物质的分解）三、吸收池(Cell，Container)： 用于盛放样品。可用石英或玻璃两种材料制作，前者适于紫外区和可见光区；后者只适于可见光区。有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。四、检测器：硒光电池、PMT、PDA1、仪器类型：单光束、双光束、单波长、双波长 1）. 单波长分光光度计 单光束 双光束（空间分隔） 双光束（时间分隔）特点： 因光束几乎同时通过样品池和参比池，因此可消除光源不稳产生的误差。 二、 紫外-可见分光光度计 紫外-可见光度计仪器由光源、单色器、吸收池和检测器四部分组成。切光器吸收池2）

9、. 双波长分光度计通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差A。这表明，试样溶液浓度与两个波长处的吸光光差成正比。特点：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液(消除了由于参比池的不同和制备空白溶液等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。 光源检测器单色器单色器双波长分光光度计示意图3）多通道分光光度计4）光导纤维探头式分光光度计三、 UV-Vis分光光度法的 应用1、定性分析1）.比较法：制作试样的吸收曲线并与标准紫外光谱对照；2）. 最大吸收波长计算法（1）利用伍德沃德经验规则求最大吸收波长。 即共轭二、三、四烯以及共轭烯酮类化合物-*跃迁最大吸

10、收波长估算。Woodward-Fieser规则Woodward-Fieser规则估算最大吸收波长的几个实例：四（2） Fieser-Kuhn 经验规则 四个以上共轭双键（3） Scott经验规则 芳香族羰基的衍生物2、结构分析（1） 顺反异构体 一般顺式max较小（2） 互变异构体 不同溶剂中max不同（3） 结构判别 结构不同， max不同2）标准对比法： 该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为cs的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数k，然后由Ax=kcx求出cx 该法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律，且cx与cs大致相当时，才可得到准确结果。2）. 多组分定量方法：解联立方程组（

11、吸光度具有加合性） 设试样中有两组份 X 和 Y，将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：图a)：X,Y 组份最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。图b)和c) ：X,Y 相互干扰，此时可通过解联立方程组求得X和Y的浓度：其中，X,Y 组份在波长 1 和 2 处的摩尔吸光系数 可由已知浓度的 X, Y 纯溶液测得。解上述方程组可求得 cx 及 cy。 3、定量分析1）. 单组份定量方法：标准曲线法（略）3）、 导数光谱法1）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。导数光谱是解决干 扰物质与被子测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提 高光谱分辨率的一种数据处理技术。2）原理： 已知 ， 对波长求一阶导数，得控制仪器使I0在整个波长范围内保持恒定，即dI0/d=0，则 可见，一阶导数信号与浓度成正比。 同样可得到二阶、三阶.n 阶导数信号亦与浓度成正比。 随导数阶数的增加，峰形越来越尖锐，因而导数光谱法分辨率高（右图）。 吸收峰数为：导数阶数+1，即 n+110ppm苯的乙醇液1ppm苯的乙醇液纯乙醇1ppm苯的乙醇溶液，一阶导数光谱基本光谱1ppm苯的乙醇溶液，四阶导数光谱选择性及灵敏度均提高（苯的导数信号）3）导数峰高测量方法 测量方法有三，如下图：正切法（基线法）