紫外可见光光谱分析法课件

1、四、紫外-可见光光谱分析紫外光：指波长为10400nm的光；10180nm的紫外光不能透过光学部件，因此不能用于光谱分析测试（真空紫外）。180400nm的紫外光尽管不能透过一般的玻璃，但能透过石英等光学部件，能够用于光谱分析；由于它只能透过石英等光学部件，故称石英紫外区可见光：波长为400750nm的光，人眼能感受； 利用有机物在石英紫外区和可见光区的特征吸收，检测有机物分子的有关性质及其含量的仪器分析方法，称为紫外-可见光光谱分析法； 有机物在紫外-可见光区的吸收是有机物分子价电子跃迁产生的，所以，有机物分子的紫外-可见光光谱是分子光谱；-可以利用分子的吸收光谱的特征进行定性分析；-可以利

2、用分子吸收光谱的强度进行定量分析；(一) 分子吸收光谱分子能级 有机物分子在紫外-可见光范围的吸收是由分子的能级跃迁产生的；分子的能级组成有：电子能级跃迁：20 1eV 紫外-可见光区振动能级跃迁：0.051eV 中红外区转动能级跃迁：0.0050.05 远红外、微波 当分子受到辐射的作用时，则发生相应能量的能级跃迁 电子能级是分子能中最大的能级，分子在产生电子能级跃迁的过程中，同时也产生振动能级的跃迁；振动能级跃迁时也产生转动能级的跃迁； 因此，分子光谱常常是三种能级变化的叠加，即：电子-振动-转动光谱； 理论上说，分子光谱也应该是线光谱，但能级种类多，数量多，加上分子间的相互作用，多普勒效

3、应，压力效应等，光谱的精细结构变宽，模糊甚至消失，只能在一定的范围内观察到随波长改变而变化的吸收曲线-带状光谱（谱带）（二）化合物的紫外-可见光吸收光谱 1、电子跃迁 紫外-可见光的光子能量相当于分子的电子能级差；所以，紫外-可见光谱是分子的外层电子或价电子跃迁后得到的光谱； 分子的外层电子或价电子的类型有：成键电子（ 、 ）非键电子（n）反键电子（*、 *）分子的外层电子轨道能量大小为： * * n 在紫外-可见光区，有机物分子发生跃迁的类型有： * 、* 、n* 、n* * ： 能量最大；对应真空紫外区，一般发生在饱和烃中，基本无实用价值； 乙烷max=135nm； 甲烷max=125nm

4、 n*： 能量最小；对应紫外-可见光区，但摩尔吸收系数小，谱带弱，属于禁阻跃迁。 羰基、硝基等简单生色基团n* 能量较高；对应远紫外和近紫外区；不易观察,且摩尔吸收小。 甲醇（max=183nm） 甲胺（max=nm213 ） 含孤对电子杂原子的饱和烃及衍生物。*： 能量较低，对应近紫外区，其最大特点是摩尔吸收大（104L*mol-1*cm-1），能吸收形成强烈吸收带 。 乙烯 max=162nm 苯max=204nm 在含有不饱和官能团的分子中容易发生; * 跃迁是分析过程中最有用的跃迁，这类跃迁要求有机物分子中含有不饱和官能团。2、生色团与助色团 有机物中含有键的基团，对200nm以上的辐

5、射具有吸收性；而且随着键数目的增加，溶剂的极性增强时发生红移进入可见光区，使物质具有颜色，因而，称含键的基团为生色基团(发色基团)，通常表现为n *和*跃迁。 如C=CC=O（羰），-N=N-（偶氮）， =C=S(硫羰)，生色团化合物举例溶剂max/nmmaxH2C=CH21931000HCCH1736000(CH3)2C=NOH1905000CH3COCH3正己烷30016615276CH3COOH水20440CH3CSCH3水400H2C=CH-CH=CH2正己烷21721000 常见生色基团的紫外可见吸收峰 分子中本身不吸收辐射，而能使分子中生色基团的吸收峰向长波长移动并增强其强度的基团

6、，如羟基、胺基和卤素等。当吸电子基(如-NO2)或给电子基(如-OH,-NH2等)连接到分子中的共轭体系时，都能导致共轭体系电子云的流动性增大，分子中*跃迁的能级差减小，最大吸收波长移向长波（红移），颜色加深（吸收系数增加）。这些基团被称为助色团。 含n电子的、与乙烯max=162nm分子连接能增加发色基团发色能力(红移)： -OR（+30nm）， -NR2（+40nm）， -SR（+45nm）， -CI（+5nm）， -CH3（+5nm）3、有机化合物的特征吸收*饱和烃及其取代衍生物 饱和烃分子中只含有键，且无孤对电子，只能产生* 跃迁：max E * ， 所以*跃迁比较容易激发，最大吸收峰

7、波长比*跃迁受激发的吸收峰的波长大； max* max * 乙烷：max=135nm 乙烯：max=165nm、193nm；另外，分子中双链数目增加（不共轭时，max不变， 增加），共轭系统延长，* 跃迁吸收峰明显红移，同时增加； 有伍德沃德-菲希规则估算；伍德沃德提出了计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮类化合物 *跃迁最大吸收波长的经验规则：五个以上双链共轭， max 进入可见光区， 十二烷基六烯max =364nm（绿色）*羰基化合物 羰基可以产生：n * 、n * 、*三种形式的跃迁形成三个吸收带：n* 吸收带(B)：能量较高，紫外区不易观察,小；n* 吸收带(R，基团吸收带)：能量最小，很

8、小，谱带很弱；*吸收带(K，共轭带)：能量较小，特点是 10000以上； 当羰基与双链共轭时，吸收峰发生红移；*苯及其衍生物 苯：有三个吸收带(芳香化合物的特征)，都是由*跃迁引起的： max=180nm附近（E1带） max=60000 max=204nm附近（E2带） max=8000 max=255nm附近（B 带） max=200 在气态或非极性溶剂中，苯及其同系物的吸收光谱曲线有许多精细结构，但在极性溶剂中，精细结构消失；取代苯：当苯环上有取代基的时候产生n*谱带，苯的三个特征谱带发生变化，特别是B带（红移） 另外，斯科特规则用来计算多元取代苯在乙醇中的max；*稠环芳烃及杂环化合物

9、 萘、蒽、菲、芘等均显示苯的三个吸收带，但与苯比较， 增加，并有红移；随着苯环数目增加，红移与最大吸收更明显；当芳环的 CH被N原子取代后（如吡啶、喹啉、吖啶等）的吸收光谱与相应的碳环化合物相似，由于引入了N（含孤对电子），还会发生n* 跃迁谱带；如吖啶在非极性溶液中的max=270nm*紫外吸收谱带的分类-R吸收带（基团带）：由n*产生的（杂原子与双键共轭）收带，能量较小，在长波长范围，但谱带较弱。-K吸收带（共轭带）：由*产生，是生色基团共轭的特征吸收带，特点是吸收强度大，并随着共轭体系的增加，有红移，以此判断化合物的共轭结构。-E吸收带：由苯环*跃迁产生，是芳香族化合物的特征吸收带，吸收

10、强度较大。当生色基团取代且与苯环共轭时，与E2带合并，并红移。-B吸收带（苯带）：有*跃迁和苯环振动的重叠引起。4、溶剂紫外吸收光谱的影响 溶剂的极性对组分的最大吸收波长、吸收系数、吸收峰形状产生影响，溶剂极性非极性改为极性溶剂，吸收光谱图中，精细结构消失。 溶剂极性增加，使*跃迁产生的吸收峰红移；使n*产生的吸收峰紫移。（三）紫外-可见光分光光度计 1、主要组成：光源、分光系统、吸收池、检测系统等。*光源：要求发射足够强度、稳定的的辐射；强度随波长的变化小；使用寿命长等。 钨灯-可见光范围使用。350nm1000nm。 氘灯-紫外光区使用。150nm400nm。*分光系统：把光源发射的复合光

11、分离出分析用的特点波长的单色光。其核心部件为色散元件。 棱镜-利用不同波长的光在某一介质中的折射率不同而设计的色散元件。 光栅-利用光的衍射及干涉原理而设计的分光元件，分光效果好。*吸收池：吸收池的作用是用于盛装被测样品； 普通玻璃质样品池：价格低，但只能在可见光区使用； 石英质样品池：对180nm以上波长的紫外线、可见光和部分近红外线具有良好的通透效果；可以在紫外-可见光区任意使用，但价格昂贵；样品池的要求： （1）厚度高度精密； （2）材质在使用的光谱范围内对光没有吸收作用； （3）光学面与入射光轴垂直； （4）配套或配对使用；样品池在使用中的注意事项： （1）样品池在使用过程中，严禁手指

12、触摸光学面； （2）样品池使用后及时清洗，不能用硬质材料洗刷和强腐蚀性清洗剂洗涤； （3）不能把不同批次的样品池混用，高精度测定中要求样品池配对使用；样品池的配对： 用测试试剂和参比试剂测试，再交换样品池测试使用，吸光度差小于0.005即可；单光束分光光度计优点：系统简单，光源能量损失小，振动小，信噪比高；缺点：如果测定样品和参比样品时，光源强度发生变化，会出现误差；双光束分光光度计 优点：可同时进行样品和参比样品的测定，光源强度的变化对测定的影响可以消除； 缺点：结构比较复杂，试样与参比样品的差异不能完全消除；双波长分光光度计优点：仪器产生的双波长光交替照射样品，利用试样中被测组分与其他共存

13、组分对不同波长的光的吸光度不同而进行，不需要参比；消除背景吸收，简化混合物组分同时测定过程；缺点：结构复杂，成本高；参比溶液的选择溶剂参比：共存组分少且对分析光几乎没有吸收时，选择试样的溶剂作为参比液；试样参比：试样的基体溶液有吸收，显色剂不与基体显色时，选择试样的基体溶液作为参比液；试剂参比：显色剂有吸收，则这时选择加显色剂而不加试样的溶液作为参比；平行操作参比：用不含被测定组分的试样在相同的操作条件下进行参比； (四) 紫外-可见光光度法的应用 *定性分析的理论依据是化合物分子中的发色团与助色团具有特征吸收； *不同化合物分子中如果具有相同的发色基团和助色基团，往往具有相似的吸收特性（峰位

14、、峰数、峰形、峰强）； *紫外-可见光谱反映的是发色基团和助色基团的特性，而不是反映分子的特性； *由于有些有机物在紫外（近）光区不产生吸收，或产生较宽的吸收带，因此对分子特性的测定远不如红外吸收光谱灵敏； *紫外-可见光谱能提供发色基团和助色基团及其共轭程度的信息，所以对有机物结构的推断有重要的帮助； *具有电子和共轭双键的化合物，在紫外光区具有强烈的吸收，因而，定量分析有很高的灵敏度和准确度；1、化合物纯度的测定 乙醇经常含有痕量的苯，苯在256nm有特征吸收，乙醇在此波长无吸收；乙醇通常含有杂质醛，乙醇在270290nm没有吸收，乙醛在290nm有特征吸收-杂质检测。 化合物有吸收，而杂

15、质没有吸收-纯度测定。2、未知物的定性测定 对未知物进行定性测定时，通常在相同条件下，测得的试样吸收光谱与标准光谱进行对比； -比较被测物与标准物的特征吸收谱带； -比较被测定物与标准物在不同的溶剂条件下的吸收系数（两种物质有可能具有相同的发色基团，但分子结构不同，吸收吸收不同）3、分子结构的推断 对未知物进行定性测定时，通常在相同条件下，测得的试样吸收光谱与标准光谱进行对比； -比较被测物与标准物的特征吸收谱带； -比较被测定物与标准物在不同的溶剂条件下的吸收系数（两种物质有可能具有相同的发色基团，但分子结构不同，吸收吸收不同）*紫外-可见光区无吸收：不含双键或环状共轭体系；*210250n

16、m有强吸收带（K带）含有2个双键的共轭体系；*250300nm有吸收，弱吸收带（R带），表示有n*跃迁，可能是具有n电子的生色团；若有强吸收，表示有35个双键共轭体系；*260300nm有强吸收，且有精细结构，可能有苯环。4、定量分析（1）校正曲线法： 配制一系列不同含量的标准试样溶液，以不含试样的空白溶液作为参比，测定标准溶液的吸光度，并绘制吸光度-浓度曲线；未知试样和标准试样在相同条件下进行测定，然后根据校正曲线求出未知试样含量；是定量测定最常规的方法；（2）标准加入法： 取几份等量的被测液，其中一份不加被测组分的标准溶液，其它被测液加入不同量的被测组分的标准溶液，定容到一定的体积，形成标准加入的浓度系列，然后分别测定其吸光度值，绘制吸光度-浓度的校正曲线，再将该曲线外推与浓度轴相交，交点与原点