第4章 紫外分光光度法.ppt

第4章紫外 可見光分光光度法ultravioletandvisiblespectrophotometryuv vis 1光譜概述 光譜的劃分 1紫外 可見光分光光度法 基于物質(zhì)的分子對可見和紫外區(qū)域輻射的吸收而進行分析的方法 廣泛用于無機物和有機化合物的定性 定量分析 紫外 可見吸收光譜波長范圍遠紫外光區(qū) 真空紫外區(qū) 100 200nm近紫外光區(qū) 200 400nm可見光區(qū) 400 800nm 1 1分子吸收光譜的產(chǎn)生1 物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式 1 電子相對于原子核的運動 2 原子核在其平衡位置附近的相對振動 3 分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動 2 對應三種能級 電子能級 振動能級和轉(zhuǎn)動能級能量 電子能量ee 振動能量ev 轉(zhuǎn)動能量er而且 e v r分子能量 e ee ev er 1 電子能級 電子的躍遷能約為1 20ev 比分子振動能級差要大幾十倍 所吸收光的波長約為12 5 0 06 m 主要在真空紫外到可見光區(qū) 對應形成的光譜 稱為電子光譜或紫外 可見吸收光譜 2 振動能級 分子的振動能級差一般在0 05 1ev 需吸收波長約為25 1 25 m的紅外光才能產(chǎn)生躍遷 在分子振動時同時有分子的轉(zhuǎn)動運動 這樣 分子振動產(chǎn)生的吸收光譜中 包括轉(zhuǎn)動光譜 故常稱為振 轉(zhuǎn)光譜 討論 3 轉(zhuǎn)動能級 轉(zhuǎn)動能級間的能量差 r 0 005 0 050ev 產(chǎn)生此能級的躍遷 需吸收波長約為250 25 m的遠紅外光 吸收光譜位于遠紅外區(qū) 形成的光譜稱為遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜 1 2電子躍遷類型根據(jù)分子軌道理論 有機分子的分子軌道按能級不同 分為成鍵 非鍵和反鍵軌道 成鍵軌道或反鍵軌道又有 鍵和 鍵之分 各級軌道能級如圖所示 哪些類型分子有紫外吸收 1 躍遷指處于成鍵軌道上的 電子吸收光子后被激發(fā)躍遷到 反鍵軌道飽和烴類c c鍵 2 n 躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向 反鍵軌道的躍遷含孤電子對雜原子飽和基團 oh nh2 3 躍遷指不飽和鍵中的 電子吸收光波能量后躍遷到 反鍵軌道 不飽和基團 c c c o 4 n 躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向 反鍵軌道的躍遷 含孤電子對雜原子不飽和基團 c n c o 電子躍遷所處的波長范圍 吸收能量的次序為 n n 在近紫外區(qū)和可見區(qū)有吸收的物質(zhì)需具備不飽和結(jié)構(gòu) 2 3基本概念 1 生色團 分子中能吸收紫外光或可見光的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)叫做生色團或色基 象c c c o c c等都是生色團 2 助色團 有些原子或基團 本身不能吸收波長大于200nm的光波 但它與一定的基團相連時 則可使該基團所產(chǎn)生的吸收峰向長波長方向移動 并使吸收強度增加 這樣的原子或基團叫做助色團 特點 助色團一般是帶有p電子 非鍵電子對 的基團 例如 3 長移和短移 紅移和藍移 長移 某些有機化合物因反應引入含有非鍵電子對的基團 助色團 使吸收峰向長波長移動的現(xiàn)象稱為長移或紅移 這些基團稱為向紅基團 短移 使吸收峰向短波長移動的現(xiàn)象稱為短移或藍移 引起藍移效應的基團稱為向藍基團 1 4分子結(jié)構(gòu)與紫外吸收光譜 1 飽和烴化合物飽和烴類化合物只含有單鍵 鍵 只能產(chǎn)生 躍遷 由于電子由 被躍遷至 反鍵所需的能量高 吸收帶位于真空紫外區(qū) 如甲烷和乙烷的吸收帶分別在125nm和135nm 2 簡單的不飽和化合物 不飽和化合物由于含有 鍵而具有 躍遷 躍遷能量比 小 但對于非共軛的簡單不飽和化合物躍遷能量仍然較高 位于真空紫外區(qū) 最簡單的乙烯化合物 在165nm處有一個強的吸收帶 近紫外區(qū)仍然檢測不到 當烯烴雙鍵上引入助色基團時 吸收將發(fā)生紅移 甚至移到紫外光區(qū) 原因是助色基團中的n電子可以使 躍遷能量降低 烷基可產(chǎn)生超共軛效應 也可使吸收紅移 不過這種助色作用很弱 3 共軛雙烯 在不飽和烴類分子中 當有兩個以上的雙鍵共軛時 隨著共軛系統(tǒng)的延長 躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動 吸收強度也隨之增強 共軛雙鍵愈多 紅移愈顯著 甚至產(chǎn)生顏色 基本可在近紫外和可見光區(qū)檢測得到 羰基化合物含有 c o基團 c o基團主要可產(chǎn)生 n n 三個吸收帶 落于近紫外或可見光區(qū) 醛 酮 羧酸及羧酸的衍生物 如酯 酰胺等 都含有羰基 由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異 因此它們n 吸收帶的光區(qū)稍有不同 4 羰基化合物 5 芳香族化合物 芳香族化合物在近紫外區(qū)顯示特征的吸收光譜 1 5紫外 可見吸收曲線 紫外吸收光譜以波長 nm 為橫坐標 以吸光度a或吸收系數(shù) 為縱坐標 見下圖 光譜曲線中最大吸收峰所對應的波長相當于躍遷時所吸收光線的波長稱為 max 紫外 可見吸收曲線 吸收曲線的討論 定性依據(jù) 同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同 吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長 max 定量依據(jù) 不同濃度的同一種物質(zhì) 其吸收曲線形狀相似 max不變 吸光度a變化 而對于不同物質(zhì) 它們的吸收曲線形狀和 max則不同 一 定性分析通過比較未知物與已知標準物的光譜圖 若兩者最大吸收波長相同 吸光系數(shù)也相同 則可初步認定兩者是同一種物質(zhì) 二 化合物的鑒定利用紫外光譜可以推導有機化合物的分子骨架中是否含有共軛結(jié)構(gòu)體系 如c c c c c c c o 苯環(huán)等 利用紫外光譜鑒定有機化合物遠不如利用紅外光譜有效 1 6紫外可見光度法的應用 三 定量檢測 2 透光率與吸光度透光率 透射比 t transmittance a lg i0 it lg 1 t lgt kbc 吸光度a absorbance 吸光度a 透射比t與濃度c的關系 用儀器測定時應盡量使溶液透光度值在t 20 65 吸光度a 0 70 0 20 0 8 0 2 3 最佳讀數(shù)范圍 1 光源對光源基本要求 足夠光強 穩(wěn)定 連續(xù)輻射且強度隨波長變化小 鎢及碘鎢燈 340 2500nm 多用在可見光區(qū) 氫燈和氘燈 160 375nm 多用在紫外區(qū) 2紫外 可見分光光度計 2 1紫外可見光度計儀器組成 2 單色器 單色器由色散元件和狹縫組成 常用的色散元件有棱鏡和光柵兩類 單色器作用 獲得半寬度5 10nm的單色光 吸收池放置各種類型的吸收池 比色皿 和相應的池架附件 吸收池主要有石英池和玻璃池兩種 在紫外區(qū)須采用石英比色皿 可見區(qū)一般用石英比色皿和玻璃池比色皿 3 吸收池 樣品池 cell container 4 檢測器利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號 常用的有硒光電池 光電管或光電倍增管 5 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)檢流計 數(shù)字顯示 微機進行儀器自動控制和結(jié)果處理 2 2分光光度計的類型 1 單波長單光束 721 722 752型等 簡單 價廉 適于在給定波長處測量吸光度或透光度 一般不能作全波段光譜掃描 要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性 2 單波長雙光束 國產(chǎn)730 uv 240型等 自動記錄 快速全波段掃描 可消除光源不穩(wěn)定 檢測器靈敏度變化等因素的影響 特別適合于結(jié)構(gòu)分析 儀器復雜 價格較高 3 雙波長 兩波長處測得的吸光度差值 a與待測組分濃度成正比 1和 2分別表示待測組分在 1和 2處的摩爾吸光系數(shù) 將不同波長的兩束單色光 1 2 快速交替通過同一吸收池而后到達檢測器 產(chǎn)生交流信號 無需參比池 a a 2 a 1 2 1 bc 3測量條件的選擇 1 測定條件的選擇 1 選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL一般應該選擇 max為入射光波長 但如果 max處有共存組分干擾時 則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長 2 選擇合適的參比溶液 為什么需要使用參比溶液 測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強度 參比溶液的選擇一般遵循以下原則 若僅待測組分與顯色劑反應產(chǎn)物在測定波長處有吸收 其它所加試劑均無吸收 用純?nèi)軇?水 作參比溶液 2 若待測試液在測