仪器分析2-2紫外-可见吸收光谱分析法

2.4共轭烯烃λmax的经验计算2.4.1链状共轭烯烃λmax的计算（Woodward经验规则）母体为C=C-C=C，λmax的基本值为217nm；增加一个特殊的取代基，λmax红移的值如下：烷基：+5nm卤素：+17nm2.4.2单环共轭烯烃λmax的计算（Woodward经验规则）母体为

：217nm

：253nm注意：母体仅指环中的C=C-C=C增加一个特殊的取代基，λmax红移的值如下：环外双键：+5nm扩展共轭：+30nm取代基：烷基+5nm，卤素+17nm2.4.2单环共轭烯烃λmax的计算（Woodward-Fieser经验规则）应用此规则的注意事项：

（1）当有多个母体可供选择时，应优先选择较长波长的母体，如共轭体系中若同时存在同环二烯与异环二烯时，应选择同环二烯作为母体；

（2）环外双键在这里特指C=C双键中有一个C原子在该环上，另一个C原子不在该环上的情况（如结构式A），而结构式B和C则不是；需参与共轭体系。

ABC（3）计算时应将共轭体系上的所有取代基及所有环外双键均考虑在内，对“身兼数职”的基团应按实际“兼职”次数计算增加值，同时应准确判断共轭体系的起点与终点，防止将与共轭体系无关的基团计算在内；

（4）该规则不适用于共轭体系双键多于四个的体系，也不适用于交叉共轭体系，典型的交叉共轭体系骨架结构如下：例

计算下面化合物的λmax

同环共轭二烯母体基本值253nm

增加共轭双键（2×30）+60nm

环外双键（3×5）+15nm

烷基取代（5×5）+25nm

酰氧基取代+0nm

λmax计算值：353n（实测值：356nm）

异环共轭二烯母体基本值：214nm

增加共轭双键（1×30）+30nm

环外双键（3×5）+15nm

烷基取代（5×5）+25nm

λmax计算值284nm

（实测值：283nm）链状共轭双键基本值217nm

4个烷基取代+20nm

2个环外双键+10nm

λmax计算值247nm

（实测值：247nm）

链状共轭双键基本值217nm

4个环残基或烷基取代+20nm

1个环外双键+5nm

λmax计算值243nm

（实测值：243nm）2.5紫外-可见光谱法的仪器分光光度计的类型

1.单光束

简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2.双光束

自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、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。3.双波长将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快速交替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。△=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。光源分光系统吸收池检测系统记录系统2.5.1光源提供入射光的元件；白炽光源:热辐射光源：可见光区，320-2500nm，影响因素：灯电压，如钨丝灯和卤钨灯；气体放电光源:气体放电发光光源：紫外光区，375-180nm，如氢灯和氘灯(功率大4-5倍)；紫外-可见分光光度计测定范围：185nm～1000nm。光源分光系统吸收池检测系统记录系统2.5.2分光系统将来自光源的光按波长的长短顺序分散为单色光，并能随意调节所需波长光的一种装置；入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准直镜：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；物镜：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝棱镜：由玻璃或石英制成，不同的光有不同的折射率，但光谱疏密不均；光栅：由抛光表面密刻许多平行条痕（槽）而制成，利用光的衍射作用和干扰作用使不同的光有不同的方向，起到色散作用。（光栅色散后的光谱是均匀分布的）光源分光系统吸收池检测系统记录系统入射狭缝准光器

色散元件、聚焦元件出射狭缝入射狭缝

准光器

色散元件聚焦元件出射狭缝透镜或凹面反射镜使入射光成平行光棱镜和光栅2.5.3吸收池功用：用于盛放分析试样；材料：石英：可见光区及紫外光区，玻璃：可见光区；注意：光学面垂直于光束方向，吸收池配对。2.5.4检测器将接受到的光信号转变成电信号的元件；功能：测量单色光透过溶液后光强度变化；要求：灵敏度高,响应时间短，线性好、噪音低，稳定；类型：光电管、光电倍增管、光电二极管阵列。吸收池光源分光系统吸收池检测系统记录系统2.5.5记录系统作用:信号处理并以适当方式指示或记录下来；把信号由直流变为交流或相反；改变信号的相位，滤去不需要成分；执行某些信号的数学运算。装置:模拟技术和光计数技术；直读检流计、数字显示、自动记录装置等；微处理机：操作控制；数据处理。光源分光系统吸收池检测系统记录系统2.5.6紫外-可见分光光度计类型的具体介绍（1）单光束分光光度计一束经过单色器的光，轮流通过参比溶液和试样溶液，进行吸光度的测定。例：722型、751型、英国SP500型。特点：常规分析，结构简单，操作方便，维修容易。适于在给定波长处测量吸光度或透光度，不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。缺点：A受电源波动影响较大。信号记录处理系统单色器检测器光源吸收池2.3紫外-可见分光光度计单光束分光光度计光路图（2）

双光束分光光度计通过一个快速转动的扇形镜将经单色器的光一分为二，然后用另一个扇形镜将脉冲辐射再结合进入换能器，即两光束同时分别通过参照池和测量池。特点：消除、补偿光源和检测器的不稳定，精确度高。信号记录处理系统吸收池单色器吸收池检测器（3）

双波长分光光度计

由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两个不同的单色光（λ1、λ2），它们交替地照射同一溶液，然后经过光电倍增管和电子控制系统，得到的信号是两波长处吸光度之差ΔA,ΔA=Aλ2-Aλ1单色器单色器切光器吸收池λ1λ2检测器光源结论：试样溶液浓度与两个波长处的吸光度差成正比。特点：通过波长选择可方便地校正背景吸收：消除吸收光谱重叠的干扰，适合于混浊液和多组分化合物分析；只使用一个吸收池：参比溶液即被测溶液，避免了单波长法中因被测溶液与参比溶液在组成、均匀性上的差异及两个吸收池之间的差异所引入的误差。2.6显色反应与显色条件2.6.1显色反应的选择显色反应主要有下述三种类型：配位反应氧化还原反应三元配合物的分析特性配位反应是最主要的显色反应2.6显色反应与显色条件配位反应配位反应是最主要的显色反应配合物是由可以给出孤对电子的离子或分子（称为配体）和具有接受孤对电子的原子或离子（统称中心原子）按一定的组成和空间构型所形成的化合物。而配位反应就是指中心离子（或原子）与配体形成配合物的反应。例如：胺基(-NH2、RHN-、R2N-)、具有一对未共用电子对；羟基(-OH),具有两对共用电子对。它们与生色团的不饱和键相作用，引起永久性的电荷移动，从而减少分子的激发能，促使显色反应产物颜色加深，对光的最大吸收向长波方向移动。氧化还原反应一些离子可以通过氧化还原反应,使其成为有色离子.如Cr、Mn可氧化成CrO42-、Cr2O72-、MnO4-等有色离子而加以鉴定.钼酸胺可与磷酸、砷酸、硅酸等生成杂多酸,在一定条件下,杂多酸中的钼可还原成钼蓝,从而可以进行P、As、Si等微量元素的比色测定.利用形成钼蓝反应还可以测定一些还原性物质，例如糖类等。利用氧化还原反应可以测定很多能变色的有机物,例如利用2,3,5-三苯四氯唑和蓝四氮唑,可以测定醛、酮糖等还原性物质。三元配合物的分析特性如果显色反应加两种显色剂可以形成三个组分的混合配合物。这种方法大大的提高了显色剂的稳定性、灵敏性、选择性。a.三元配合物比较稳定,可提高分析测定的准确度和重现性。例如Ti-EDTA-H2O2三元络和物的稳定性比Ti-EDTA和Ti-H2O2二元络和物的稳定性分别增加强约1000倍和100倍。b.三元络和物对光有较大的吸收容量,所以进行光度测定时它比二元络和物具有更高的灵敏度。如用H2O2测定钒，灵敏度太低(=2.7×102)。而用PAR聚芳酯显色灵敏度虽有提高，但选择性差。如果将V5+、H2O2、PAR三者混合,一定条件下则形成紫红色的三元络合物，灵敏度可大大提高(=1.4×104)，最大吸收波长也移至540nm（原最大吸收波长为450nm），出现较大红移。c.形成三元络合物的显色反应比二元体系具有更高的选择性。这是因为在二元络合物中，一种配位体常与多种金属离子产生类似络合反应，而当体系中两种配位体形成三元络合物时，就减少了金属离子形成类似络合物的可能性。例如：铌和钽都可与邻苯三酚生成二元络合物，但是在草酸介质中，只有钽能与邻苯三酚形成黄色的钽-邻苯三酚-草酸三元络合物，铌则不能形成类似的三元络合物，因而提高了反应的选择性。显色反需考虑的因素灵敏度；选择性；显色剂吸收干扰易排除；反应生成的有色化合物组成恒定、化学性质稳定。2.6.2显色反应的选择2.6.2.1显色剂用量显色反应一般可以用下式表示：M+R＝MR为了减少反应的可逆性，根据同离子效应，加入过量的显色剂是必要的，但过量太多，有时会有副反应产生，反而不利。2.6.2.2酸度溶液的酸度对显色反应的影响是多方面的:

例如由于显色剂大多是有机弱酸，酸度影响显色剂的离解，因而影响显色剂反应的完全程度。又如许多显色剂本身就是酸碱指示剂，配位反应后的颜色必须与显色剂本身的颜色有显著的不同。二甲酚橙pH>6.3呈红紫色，pH<6.3呈黄色，与金属配合物则呈红色，故只适合于pH<6.3的条件。酸度还影响配合物的组成，Fe3+与磺基水杨酸(Sal2-)的反应就是一个典型的例子。pH=1.8～2.5Fe3＋＋Sal2－＝Fe(Sal)＋紫红色pH=4～8Fe3＋＋2Sal2－＝Fe(Sal)2

－紫褐色pH=8～11.5Fe3＋＋3Sal2－＝Fe（Sal)33＋黄色pH>12配合物被破坏，生成Fe(OH)3

沉淀2.6.2.3温度\2.6.2.4时间由于反应速率不同，完成反应所需的时间常有很大差别同时，有色化合物在放置过程中也会发生变化。有的迅速反应且能稳定较长时间（如Fe3+与磺基水杨酸反应）。有的放置一段时间反应才达平衡，溶液颜色才达稳定程度（如硅钼蓝的生成）。有的放置一段时间后由于各种原因，如空气氧化、试剂分解或挥发、光照射等而褪色（如硅钼蓝只稳定0.5～1h）。如Fe3＋与磺基水杨酸反应室温就能进行，硅钼蓝的生成如果在沸水中则只需30s。2.6.2.5干扰的消除

有的干扰离子本身有颜色，如Cu2＋（蓝）、Co2＋（红）、Cr3（绿）、Fe3＋（黄）；有的与试剂生成有色配合物，如硅钼蓝法测Si时，P、As也与钼酸铵生成杂多酸且同时被还原成钼蓝干扰测定；有的与试剂生成更稳定化合物，使被测离子配位不完全等。因此，对与一个新的比色方法的提出，往往必须做干扰离子试验。干扰消除方法加入掩蔽剂，是干扰离子生成无色配合物和离子；选择适当的显色条件；分离干扰离子2.6.3显色剂2.6.3.1无机显色剂由于无机显色剂的选择性差，生成的有色物的摩尔吸光系数小，灵敏度低等原因，使得真正具有实用价值的无机显色剂不多。常用的有：硫氰酸盐：铁、钼、钨、铌钼酸铵：磷、硅、钨过氧化氢：钛、钒2.6.3显色剂2.6.3.2有机显色剂大多数有机显色剂本身也是有色化合物，它能与待测离子反应生成稳定的螯合物；具有鲜明的颜色，ε都很大（一般可达到104以上），所以测定的灵敏度很高；选择性好；有些有色配合物易溶于有机溶剂，可进行萃取光度分析，提高了测定的灵敏度和选择性。磺基水杨酸——Fe3+

邻二氮菲——Fe2+

二苯碳酰二肼——Cr6+

双硫腙——Hg2+、pb2+

、Cd2+

偶氮胂Ⅲ——Ca2+

、pb2+

、Ba2+

铬天氰S——Al3+磺基水杨酸结构式：邻二氮菲（邻菲罗啉，1，10—二氮菲）结构式为双硫腙（二苯—硫腙）结构式为：偶氮砷Ⅲ（铀试剂Ⅲ）结构式：2.7.1入射波长选择2.7吸光度测量条件一般选择max为测定波长,为什么?如果在max处有共存组分的干扰，如何选择测定波长?AA2.7.2参比溶液的选择用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的A，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。为什么要使用参比溶液？

参比溶液选择的原则（p35）

2.7.3吸光度读数范围的选择实际工作中，应控制T在10～70％,A在0.15～1.0之间。－lgT=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1dT=εbdc两式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT

）dT

以有限值表示可得：

Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT

讨论:浓度测量相对误差大小（Δc/c）与什么因素有关?若ΔT=0.5%,透光率读数范围是多少时,浓度测量相对误差较小?2.7.3吸光度读数范围的选择1086420204060800.70.40.20.1AT%Er(0.368)0.434实际工作中，应控制T在10～70％,

A在0.15～1.0之间(调c,b)0.0052.8.1紫外-可见吸收光谱定性分析有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团的特性，可作为定性依据，但不完全反映分子特性；计算吸收峰波长，可以确定共扼体系；标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图；紫外光谱形状相同，两种化合物有时不一定相同，只有当max，max都相同时，可认为两者是同一物质。2.8紫外-可见吸收光谱法的应用2.8.1.1有机化合物定性的一般规律（1）200～800

nm无吸收峰，饱和化合物，单烯。（2）210～250

nm有强吸收峰(≥104L·mol-1·cm-1)：表明含有一个共轭体系(K)带，共轭二烯：K带(217nm)；-不饱和醛酮：K带220nm；260nm，300nm，330nm有强吸收峰：3、4、5个双键的共轭体系；呈现多谱带，且max已到400nm以上，共轭双键n＞5或环芳香生色团。（3）250～300nm有中等强度的吸收峰(=200～10000L·mol-1·cm-1)，芳环的特征吸收(具有精细解构的B吸收带)。（4）270～350nm有吸收峰(=10～100L·mol-1·cm-1)，醛酮n→π*跃迁产生的R吸收带。2.8.1.2用紫外-可见分子光谱确定异构体（1）构造异构体的确定例：化合物C10H16，max=231nm（κmax=9000L·mol-1·cm-1）。结构（a）：λmax=六环二烯母体+2个烷基取代+环外双键=217+（2×5）+5=232nm结构（b）：λmax=同环二烯母体+4个烷基取代=253+（4×5）=273nm结构（c）：λmax=同环二烯母体+3个烷基取=253+（3×5）=268nm结构（d）：λmax=同环二烯母体+3个烷基取代=253+（3×5）=268nm（2）顺反异构体的确定酮式：λmax=204nm，无共轭；烯醇式：λmax=243nm；溶剂的极性对其有较大影响。（3）互变异构体的确定顺式：λmax=280nm，max

=10500L·mol-1·cm-1；反式：λmax=295.5nm，max

=29000；共平面产生最大共轭效应，λmax、max均较大。顺式：λmax=280nm，max

=10500L·mol-1·cm-1；反式：λmax=295.5nm，max

=29000；共平面产生最大共轭效应，λmax、max均较大。2.8.1.3有机化合物摩尔质量的测定由于同类有机物的衍生物的max

相差较小，无法根据λmax及max

来判别到底是哪种具体的衍生物，故常采用朗伯-比尔定律来计算摩尔质量来确定其具体是哪种物质。A=max

bc在等体积的情况下：A=max

bm/MM=max

bm/A例题（p38）2.8.1.4氢键强度的测定具有孤对电子对的分子能与极性溶剂发生氢键缔合，其作用强度以极性较强的基态大于极性较弱的激发态，致使基态能级的能量下降较大，而激发态能级的能量下降较小（右图），故两个能级间的能量差值增加。实现n→π*跃迁需要的能量也相应增加，故使吸收带发生蓝移。非极性溶剂极性溶剂n

np

n<pn

→

*跃迁：形成氢键后蓝移；；

非极性溶剂极性溶剂

n

p

n>p→*跃迁：形成氢键红移；；氢键强度的量度:EH=Ep－En=hc(1/λp–1/λn)式中h为PLANK常数；c为光速。在多数π→π*跃迁中，激发态的极性要强于基态，极性大的π*轨道与溶剂作用强，能量下降较大，而π轨道极性小，与极性溶剂作用较弱，故能量降低较小，致使π及π*间能量差值变小（左图）。因此π→π*跃迁在极性溶剂中的跃迁能△Ep小于在非极性溶剂中的跃迁能△En。所以在极性溶剂中，π→π*跃迁产生的吸收峰向长波长方向移动。2.8.2紫外-可见吸收光谱定量分析2.8.2.1视差光度法-高组分含量的测定

普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即用浓度比试样小的已知浓度为cs的标准溶液作为参比溶液，调吸光度为零。即：示差法测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差ΔＡ，与Δc呈直线关系。由标准曲线上查得相应的Δc值，求得待测溶液浓度Cx

。示差法标尺扩展原理及优点：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：