新编仪器分析第四第二章分子吸光分析法

第一节光谱分析法导论光谱分析法：基于物质对不同波长光的吸收、发射等现象建立的分析法。光谱：光的不同波长成分及强度分布按波长或波数次序排列的记录，描述物质吸收或发射光的特征，给出有关组成、含量和结构。1目前一页\总数五十三页\编于十四点光谱分析法原子光谱分子光谱原子吸收光谱原子发射光谱分子发光光谱分子吸收光谱（分子荧光、磷光、化学发光）(UV-Vis、IR)2目前二页\总数五十三页\编于十四点一、分子能级能级：分子具有的不同运动状态对应的能量值，每一种分子都有特定的能级数目与能级值，这些能级值是量子化的。基态：分子处于最低能级的状态。激发态：分子从外界获得能量而跃迁至较高能级的状态。光致激发:处于基态的分子受到光的能量激发，选择性吸收特征频率的能量而跃迁到能量较高激发态能级。

高能态（激发态）Ei低能态（基态）E0吸收h满足△E=ε光=h3目前三页\总数五十三页\编于十四点Er转动能0.004~0.025eV——分子大小、键长Ee价电子能1~20eV——化学性质信息Ev振动能0.025~1eV——价键特性△E总=△Ee+△Ev+△ErE总=E内能

+E平动+Ee+Ev+Er分子是由多个原子以各种不同化学键组成E内能是分子的固有内能，即在温度绝对零度时仍然存在的能量E平动是分子平均动能，与温度有关，连续变化与光谱无关与光谱有关4目前四页\总数五十三页\编于十四点5目前五页\总数五十三页\编于十四点二、光的性质光是一种电磁波，以巨大速度通过空间不需要任何物质作为传播媒介的一种能量。具有波粒二重性和单色性光强度λ/nm单色性——描述光纯度的参数激光1.0×10-8nm6目前六页\总数五十三页\编于十四点第二节紫外-可见吸收光谱一、吸收曲线（吸收光谱）

以物质对不同波长光的吸光度A为纵坐标，以入射光的波长λ为横坐标，在200-800nm波长范围所绘制的曲线叶绿素a在丙酮溶液中的吸收光谱摩尔吸光系数ε

在一定λ下，c=1mol/L，b=1cm时的吸光度，物质在一定条件下（波长，温度，溶剂）的特性常数。7目前七页\总数五十三页\编于十四点二、有机化合物分子的电子跃迁分子轨道理论反键轨道＞非键轨道＞成键轨道λ/nm能量轨道：电子围绕分子或原子运动的几率分布。8目前八页\总数五十三页\编于十四点1.n→*跃迁孤对n电子跃迁到*反键轨道，含杂原子的饱和有机化合物

（表2.2）2.→*跃迁

处于成键轨道上的电子跃迁到*反键轨道，不饱和有机化合物-C=C-,ε很大（＞104）为强吸收。共轭体系λmax↑3.n→*跃迁孤对n电子跃迁到*反键轨道,C＝O；C＝N；—N＝N—,ε较小吸收波长200~400nm9目前九页\总数五十三页\编于十四点三、无机化合物分子的电子跃迁2.配位体场跃迁发生在过渡元素的配位化合物中。能量相等的d轨道或f轨道分裂成能量不等的轨道间的跃迁1.电荷转移跃迁当受到光致激发时，电子在分子内从供给体外层轨道跃迁到接受体轨道上。由此产生的吸收光谱为电荷转移光谱，ε>10410目前十页\总数五十三页\编于十四点四、相关的基本概念1、预离解跃迁分子接受的能量用于发生化学键的断裂，不产生分子光谱。2、生色团、助色团生色团（发色团）:能吸收紫外可见光的基团。具有不饱和键和未成对电子的基团C＝O；C＝C；—N＝N—,助色团：本身无紫外吸收，与生色团或饱和烃相连，可使吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加的基团。—OH，—NH2,—X

11目前十一页\总数五十三页\编于十四点3．长移和短移吸收峰位置向长波方向的移动，叫长移（红移），相应的基团称为向红基团吸收峰位置向短波方向移动，叫短移（蓝移），相应的基团称为向蓝基团。（表2.3）增色效应（浓色效应）：使吸收强度增强。减色效应（淡色效应）：使吸收强度降低。12目前十二页\总数五十三页\编于十四点4．溶剂效应:溶剂极性的不同，引起吸收峰的红移或蓝移（1）对λmax影响：

n-π*跃迁：溶剂极性↑，λmax↓蓝移

π-π*跃迁：溶剂极性↑，λmax↑红移（2）对吸收光谱精细结构影响溶剂极性↑，苯环精细结构消失（3）影响对光谱强度选择溶剂时要考虑溶剂本身的吸收光谱13目前十三页\总数五十三页\编于十四点5、吸收带吸收带：吸收峰在光谱中的位置。（1）R吸收带

由含杂原子的不饱和基团的n→π*跃迁产生,通常在200~400nm,ε＜100(弱吸收)（2）K吸收带由共轭体系的π→π*跃迁产生，通常在217~280nm

ε>104，共轭体系增长，λmax↑→红移，εmax↑14目前十四页\总数五十三页\编于十四点（3）B吸收带由芳香族化合物π→π*跃迁产生，通常在230~270nm，一系列吸收峰，又称精细结构吸收带,λmax=254nm,ε=100（4）E吸收带由芳香族化合物的环状共轭系统π→π*跃迁产生E1184nmε>104

（在远紫外区）E2204nmε>103

（强吸收）

B吸收带和E吸收带芳香族化合物的特征吸收带可用来判断是否有芳香环存在15目前十五页\总数五十三页\编于十四点第三节紫外-可见分光光度计一、仪器基本组成光源单色器吸收池检测器显示器1.光源具有足够的辐射强度、较好的稳定性;辐射光是连续的且有较长的使用寿命。紫外区：氢、氘灯，发射160～375nm的连续光谱。可见光区：碘钨灯作为光源，350～1000nm。

16目前十六页\总数五十三页\编于十四点

2.单色器

将光源发射的连续光分出单一波长的单色光的光学系统。光栅——衍射和干涉，分出光波长等距棱镜——对不同波长的光折射率不同，分出光波长不等距色散元件狭缝入射狭缝出射狭缝透镜准光装置聚光装置17目前十七页\总数五十三页\编于十四点3.吸收池用于盛放试液或参比溶液的装置玻璃—能吸收UV光，仅适用于可见光区石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）

4.检测器将光学信号转变为电信号的装置要求：灵敏度高；响应时间短选择性高，稳定性好

5.信号显示器记录显示信号的装置，工作站、打印机等18目前十八页\总数五十三页\编于十四点二、仪器的类型1、单波长单光束分光光度计2、单波长双光束分光光度计参比池光源单色器样品池检测器光源单色器参比池样品池检测器斩光器19目前十九页\总数五十三页\编于十四点3、双波长分光光度计4、多通道分光光度计λ1λ2检测器切光器光源吸收池PMT光源透镜吸收池光栅光电二极管阵列PDA20目前二十页\总数五十三页\编于十四点第四节紫外-可见吸收光谱的应用一、定性分析从吸收光谱中初步推断官能团，尤其是共轭体系

200～800nm无吸收，链状或环状脂肪族化合物

210～250nm有强吸收带，ε＞104,两个共轭单位

260～300nm有强吸收，可能有3～5个共轭单位

270～350nm有弱吸收峰，且200~270nm无吸收，可能有带孤对电子的未共轭生色团，如羰基

260nm附近有吸收，可能有芳香环结构

230～270nm有精细结构是芳香环特征结构如果有颜色，共轭生色团一般在4~5个以上21目前二十一页\总数五十三页\编于十四点1、比较法相同条件下，与标准品或标准图谱比较22目前二十二页\总数五十三页\编于十四点二、定量分析1、Lambert-Beer’sLaw——定量依据------------102--------------103------------104-----------------ε弱吸收中吸收较强吸收强吸收ε—L.mol-1.cm-1在一定条件（波长，温度，溶剂）下，物质特性常数Lambert-Beer定律适用范围：单色光；均匀稀溶液（＜

10-2mol/L）23目前二十三页\总数五十三页\编于十四点例：维生素B12

的水溶液在361nm处的摩尔吸光系数为207，用1cm比色池测得某维生素B12溶液的吸光度是0.414，求该溶液的浓度?解：24目前二十四页\总数五十三页\编于十四点2．比较法相同条件下配制样品溶液和标准溶液，在同一波长处测二者吸光度例：精密吸取B12注射液2.50mL，加水稀释至10.00mL；另配制对照液，精密称定对照品25.00mg，加水稀释至1000mL。在361nm处，用1cm吸收池，分别测定吸光度为0.508和0.518，求B12注射液注射液的浓度？25目前二十五页\总数五十三页\编于十四点3．标准曲线法配制一系列浓度不同的标准溶液，在一定波长下分别测定吸光度A。以A为纵坐标，浓度c为横坐标，绘制A-c标准曲线。完全相同的条件下，测定被测溶液的吸光度，并从标准曲线上找出对应的被测溶液浓度或含量。BlankStandardSampleSample26目前二十六页\总数五十三页\编于十四点4．多组分物质的定量分析三种情况：1）两组分吸收光谱不重叠（互不干扰）2）两组分吸收光谱单向重叠3）两组分吸收光谱相互重叠27目前二十七页\总数五十三页\编于十四点红外光能量较低，只能引起分子的振动能级跃迁，振动能级跃迁时会伴随转动能级的跃迁——分子振-转光谱红外光区：波长在0.76~1000μm

近红外区：0.76~2.5μm中红外区：2.5~25μm

远红外区：25~1000μm第五节红外吸收光谱法28目前二十八页\总数五十三页\编于十四点红外吸收光谱：

T%为纵坐标，σ或λ为横坐标红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的特性来进行结构、定性和定量的分析方法，又称红外分光光度法T~λ曲线→前密后疏T~σ曲线→前疏后密29目前二十九页\总数五十三页\编于十四点IR与UV的区别IRUV跃迁类型分子振动能级伴随转动能级跃迁分子外层价电子能级跃迁适用有红外吸收的化合物n-π*跃迁π-π*跃迁特征性特征性强简单、特征性不强用途鉴定化合物类别鉴定官能团推测结构定量 推测有机化合物共轭骨架30目前三十页\总数五十三页\编于十四点1.产生红外光谱的条件满足两个条件：

(1)辐射光子具有的能量满足振动跃迁所需的能量；

(2)辐射与物质分子间有相互偶合作用。分子振动有偶极矩的变化对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2

等。非对称分子：有偶极矩变化，红外活性。

一、基本原理31目前三十一页\总数五十三页\编于十四点分子振动方程式k——化学键的力常数（N/cm），将化学键两端的原子由平衡位置拉长0.1nm后的恢复力，与键能和键长有关。单键：４～６；双键：8～12；三键：12～18

μ——折合质量，

=m1m2/（m1+m2）Ar—

折合相对原子质量

Ar=Ar

1Ar

2/（Ar

1+Ar

2）

双原子分子的振动化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧K↑,Ar↓,则γ或σ↑32目前三十二页\总数五十三页\编于十四点2.多原子分子的振动振动方式的数目为振动的自由度，每个振动自由度相应一个基频吸收带E1基态υ３υ2υ1υ０基频二倍频三倍频33目前三十三页\总数五十三页\编于十四点N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度水分子H2O——非线性分子34目前三十四页\总数五十三页\编于十四点CO2分子——线性分子2400/cm660/cm35目前三十五页\总数五十三页\编于十四点实际峰数比理论值少的原因：（1）振动频率相同，简并为一个峰（2）振动频率相近，仪器无法分辨，表现为一个峰（3）振动无偶极矩的变化，不产生吸收光谱（4）振动吸收强度太弱或频率超出检测范围，检测不出36目前三十六页\总数五十三页\编于十四点3.基团频率和指纹区基团频率：同一类基团振动频率非常接近，都在一定频率区间出现吸收谱带，称为官能团的基团频率（4000~1300cm-1）酸酐：1810cm-1,酰氯:1800cm-1,酯类1735cm-1,醛1725cm-1,酮1715cm-137目前三十七页\总数五十三页\编于十四点38目前三十八页\总数五十三页\编于十四点3.基团频率和指纹区基团频率：同一类基团振动频率非常接近，都在一定频率区间出现吸收谱带，称为官能团的基团频率（4000~1300cm-1）酸酐：1810cm-1,酰氯:1800cm-1,酯类1735cm-1,醛1725cm-1,酮1715cm-1指纹区：在1800~600cm-1区域中，一些单键的振动很容易受附近化学键振动的影响，分子结构稍有不同，吸收光谱就有细微的差异，显示分子的特征，犹如人的指纹。39目前三十九页\总数五十三页\编于十四点40目前四十页\总数五十三页\编于十四点4000~600cm-12500~1900cm-1叁键和累积双键区4000~2500cm-1氢键区：X-H伸缩振动1900~1200cm-1双键伸缩振动区＜1200cm-1单键区表2.8ε＞100

，vs（非常强）20-100，s10-20，m1-10,w红外光谱中，峰强弱等级的划分41目前四十一页\总数五十三页\编于十四点影响峰位的因素

化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。

内部因素

电子效应振动偶合氢键影响费米共振外部因素试样状态测试条件溶剂极性温度42目前四十二页\总数五十三页\编于十四点电子效应a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动b.共轭效应：共轭体系使振动频率移向低波数区43目前四十三页\总数五十三页\编于十四点氢键效应费米共振

频率相近的倍频峰与基频峰的相互作用使泛频峰强度增加或分裂44目前四十四页\总数五十三页\编于十四点（1）确定试样的来源和理化性质（2）计算不饱和度n1、n3、n4、分别为一价、三价、四价原子数目

U=0饱和脂肪族化合物

U=1一个双键或脂环

U=2一个三键或两个双键

U=4一个苯环例：苯甲醛（C7H6O）不饱和度的计算二、红外光谱定性和定量分析1.定性分析45目前四十五页\总数五十三页\编于十四点（3）红外光谱解析

a.红外光谱解析顺序：先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；