大学分析化学课件-光谱分析法概论

2023/7/1第十章

紫外-可见分光光度法第一节

光谱分析法概论一、光学分析概论二、光学分析法及其分类三、光谱法仪器——分光光度计四、紫外-可见吸收光谱2023/7/1第一节光学分析概论(P173)一、电磁辐射和电磁波谱二、光学分析法及其分类三、光谱法仪器——分光光度计2023/7/1一、电磁辐射和电磁波谱1．电磁辐射（又称电磁波，光）：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

2．电磁辐射的性质：具有波、粒二向性

波动性：

粒子性：2023/7/1高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁

χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列。γ射线→

X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波波长长2023/7/1物质的颜色吸收光颜色波长范围(l,nm)黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-7504.

物质颜色和其吸收光关系互补色2023/7/1

理论上将具有同一波长的光统称为单色光，由不同波长组成的光称为复合光。波长在200~400nm范围的光称为紫外光。可见光在400~750nm，它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色光按一定比例混合而成的。物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。KMnO4溶液在可见光下呈紫红色，是因为可见光透过溶液时，溶液对525nm附件的绿色光的吸收最强（绿色与紫红色为互补色）2023/7/1二、光学分析法及其分类1.光学分析法

依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称。2.分类：

(1)光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法

按能量交换方向分吸收光谱法发射光谱法按作用结果不同分原子光谱→线状光谱分子光谱→带状光谱2023/7/1(2)非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法

分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法(3)光谱法与非光谱法的区别：光谱法：内部能级发生变化

原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁非光谱法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐射性质改变2023/7/13.发射光谱(P178)4.吸收光谱(P178)例：γ-射线；x-射线；荧光例：原子吸收光谱，分子吸收光谱2023/7/1三、光谱分析仪器的组成(P179)主要特点：五个单元组成光源单色器样品池检测器记录装置2023/7/1第二节紫外-可见吸收光谱一、紫外-可见吸收光谱的产生二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型三、相关的基本概念四、吸收带类型和影响因素

紫外-可见分光光度法是研究物质在紫外-可见光区(200-800nm)分子吸收光谱的分析方法紫外-可见分光光度法灵敏度较高，一般可达10-4—10-6g/ml，测定准确度一般为0.5%2023/7/1一、紫外-可见吸收光谱的产生1．分子吸收光谱的产生——由能级间的跃迁引起能级：电子能级、振动能级、转动能级跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射前后的光强度变化转变为电信号并记录下来，就可得到光强度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱2023/7/12．分子吸收光谱的分类：

分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序

3．紫外-可见吸收光谱的产生

由于分子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生（吸收能量=两个跃迁能级之差）紫外-可见吸收光谱属于电子光谱2023/7/1二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型预备知识：价电子：σ电子→饱和的σ键

π电子不饱和的π键

n电子轨道：电子围绕原子或分子运动的几率轨道不同，电子所具有能量不同

基态与激发态：电子吸收能量，由基态→激发态

成键轨道与反键轨道：σ<π<n<π*<σ*2023/7/12023/7/1电子跃迁类型：1.σ→σ*跃迁：饱和烃（甲烷，乙烷）E很高，λ<150nm（远紫外区）2.n→σ*跃迁：含杂原子饱和基团（—OH，—NH2）E较大，λ150~250nm（真空紫外区）3.π→π*跃迁：不饱和基团（—C＝C—，—C＝O）E较小，λ~200nm体系共轭，E更小，λ更大4.n→π*跃迁：含杂原子不饱和基团（—C≡N，C＝O）E最小，λ200~400nm（近紫外区）按能量大小：σ→σ*>

n→σ*>

π→π*>

n→π*2023/7/12023/7/1注意：紫外光谱电子跃迁类型：

n—π*跃迁

π—π*跃迁

饱和化合物无紫外吸收

电子跃迁类型与分子结构及存在基团有密切联系根据分子结构→推测可能产生的电子跃迁类型；根据吸收谱带波长和电子跃迁类型

→推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）2023/7/1三、相关的基本概念1．吸收光谱（吸收曲线）：

不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同以λ~A作图2．吸收光谱特征：定性依据

吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收→饱和σ-σ跃迁产生2023/7/12023/7/13．生色团（发色团）：能吸收紫外-可见光的基团

有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团具n电子和π电子的基团产生n→π*跃迁和π→π*跃迁跃迁E较低例：

C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—

4．助色团：本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团有机物：连有杂原子的饱和基团例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波长将比单个发色团的吸收波长长，强度也增强2023/7/15．红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后

吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）

吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）6．增色效应和减色效应

增色效应：吸收强度增强的效应

减色效应：吸收强度减小的效应7．强带和弱带：

εmax>105→强带

εmin<103→弱带2023/7/1四、吸收带类型和影响因素1．R带：由含杂原子的不饱和基团的n→π*跃迁产生C＝O；C＝N；—N＝N—

E小，λmax250~400nm，εmax<100溶剂极性↑，λmax↓→蓝移（短移）2．K带：由共轭双键的π→π*跃迁产生(—CH＝CH—)n，—CH＝C—CO—

λmax>200nm，εmax>104共轭体系增长，λmax↑→红移，εmax↑溶剂极性↑，对于—(—CH＝CH—)n—λmax不变对于—CH＝C—CO—λmax↑→红移2023/7/13．B带：由π→π*跃迁产生芳香族化合物的主要特征吸收带

λmax=254nm，宽带，具有精细结构；εmax=200极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失4．E带：由苯环环形共轭系统的π→π*跃迁产生芳香族化合物的特征吸收带

E1180nmεmax>104

（常观察不到）E2200nmεmax=7000强吸收苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并