分析化學--第十章-紫外-可見分光光度法課件

1、紫外-可見分光光度法第十章鄭 明 彬紫外-可見分光光度法(UV-vis) 研究物質在紫外-可見光區(qū)（200800nm）分子吸收光譜的分析方法。 UV-vis特點靈敏度高: 10-410-6g/L最低濃度 準確度較高: (25%) 相對誤差操作簡便、快速應用廣泛UV-vis應用1、定性上可以鑒別不同官能團、化學結構的化合物；可以鑒別結構相似的不同化合物2、定量上可以對單一組分或多種混合組分進行測定3、推斷化合物的分子結構第一節(jié) 基本原理和概念 一、電子躍遷類型價電子：電子 飽和的鍵 電子 不飽和的鍵 n電子軌道：電子圍繞原子或分子運動的幾率分布分子軌道：兩個原子靠近結合成分子時，兩個原子的原子軌

2、道以線性組合成兩個分子軌道紫外-可見吸收光譜是分子中的價電子在不同的分子軌道之間躍遷而產生的。成鍵軌道與反鍵軌道：兩個原子的原子軌道以線性組合成兩個分子軌道。較低能量的為成鍵軌道，較高能量的為反鍵軌道電子躍遷類型：* n * * n* *躍遷E很高， n * * n*n *躍遷E較大，150250nm（真空紫外區(qū)）含雜原子飽和基團（OH，NH2）電子躍遷類型：* n * * n* *躍遷E較小， 200nm不飽和基團（CC，C O ） 如：丁二烯的max=217nm電子躍遷類型：* n * * n*n *躍遷E最小， 200400nm（近紫外區(qū)）含雜原子不飽和基團（C N ，C O ）如：丙酮

3、的max=279nm電荷遷移躍遷： 用電磁輻射照射化合物時，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷；電荷遷移躍遷實質是一個內氧化-還原過程，相應的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜特點：摩爾吸收系數(shù)較大, 靈敏度高配位場躍遷： 對于能量不等的d軌道和f軌道，當它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道，這兩類躍遷分別稱為d - d 躍遷和f - f 躍遷。 由于這兩類躍遷必須在配體的配位場作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。與電荷遷移躍遷比較,摩爾吸收系數(shù)較小二、紫外-可見吸收光譜的常用概念曲線上吸光度最大的地方，對應max峰與峰之間吸光度最小的部位，對應mi

4、n吸收峰旁產生的曲折短波端呈現(xiàn)強吸收而不成峰形的部分生色團（發(fā)色團）：能吸收紫外-可見光的基團有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團 具有n 電子和電子的基團 產生n *躍遷和 *躍遷例： CC；CO；CN；NN 助色團：本身無紫外吸收，但可使生色團吸收峰加強同時使吸收峰長移的基團有機物：連有雜原子的飽和基團例：OH，OR，NH，NR2，X 紅移和藍移：由于化合物結構變化（共軛、引入助色團取代基）或采用不同溶劑引起紅移（長移）：吸收峰位置向長波方向的移動藍移（短移）：吸收峰位置向短波方向移動 增色效應和減色效應 增色效應：吸收強度增強的效應 減色效應：吸收強度減小的效應 強帶和弱帶 Max

5、104 強帶 Max102 弱帶二、吸收帶及其與分子結構的關系躍遷類型波長（nm）max其他特征Rn250-500104共軛雙鍵，max ,強度B芳香族c=c骨架振動及環(huán)內230-270200蒸汽狀態(tài)出現(xiàn)精細結構E苯環(huán)內共軛180（E1）200（E2）104103助色團取代max ，生色團取代，與K帶合并如丁二烯CH2CH-CH CH2 max 為218nm極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細結構消失精細結構：電子自旋軌道相互作用引起的原子能級多重分裂結構含雜原子的不飽和基團,如CO,CN,NN 苯的B帶吸收光譜精細結構：電子自旋軌道相互作用引起的原子能級多重分裂結構K:共軛(-C=O)B:芳

6、香族c=c骨架振動及環(huán) 內R:n(C=O)四、影響吸收帶的因素核心: 對分子中電子共軛結構的影響位阻效應跨環(huán)效應溶劑效應體系pH的影響位阻效應(兩個發(fā)色團產生共軛效應,吸收帶長移)如:順式結構有立體阻礙,苯環(huán)不能與乙烯雙鍵在同一平面上,不易產生共軛跨環(huán)效應(羰基氧的孤對電子與雙鍵電子發(fā)生作用,R吸收帶向長波移動,吸收強度增加)如:284nm 出現(xiàn)一R帶 max238nm C=O的軌道與S雜原子的P軌道能有效交蓋 溶劑效應(影響吸收峰位置、吸收強度、光譜形狀)對吸收光譜精細結構影響 ：溶劑極性，苯環(huán)精細結構消失對max影響： -*躍遷：溶劑極性 ，max長移 n- *躍遷：溶劑極性，max短移

7、：激發(fā)態(tài)的極性比基態(tài)極性大，激發(fā)態(tài)與極性溶劑之間相互作用所降低的能量大,故向長移n ：基態(tài)極性大，n電子與極性溶劑之間形成較強的氫鍵，使基態(tài)能量降低大于反鍵軌道與極性溶劑相互作用所降低的能量，因而越遷所需能量變大，故向短移體系pH的影響影響物質存在型體，影響吸收波長五、朗伯-比爾定律：吸收光譜法基本定律描述物質對單色光吸收強弱與液層厚度和待測物濃度的關系當一適當波長的單色光通過一固定濃度的溶液時，其吸光度與光通過的液層厚度成正比 Lambert定律A=E2l（適用于所有均勻介質）當一適當波長的單色光通過溶液時，若液層厚度一定，則吸光度與溶液濃度成正比 Beer定律A=E1C（僅適用單色光）吸光

8、度(absorbance):A=-lgT=EClA= -lg I /I0 = - lg T = EClT= 10-A=10-EClLambert-Beer定律E:吸收系數(shù)Lambert-Beer定律適用條件（前提）1、入射光為單色光2、溶液是稀溶液該定律適用于固體、液體和氣體樣品在同一波長下，各組分吸光度具有加和性 應用：多組分測定Lambert-Beer定律A=-lgT=EClT= 10-A=10-ECl物理意義：單位濃度、單位厚度的吸光度 E是特征常數(shù)（溫度，溶劑，）不同物質在同一波長下E可能不同 （選擇性吸收） E，物質吸收光能力, 定量測定靈敏度 定性、定量依據 吸光系數(shù)表示方式：1、

9、摩爾吸光系數(shù) 在一定下，C=1mol/L，L=1cm時的吸光度2、百分含量吸光系數(shù) / 比吸光系數(shù) 在一定下，C=1g/100ml，L=1cm時的吸光度兩者關系：E1%1cm例：已知Fe2+ C ：0.5mg/L l：2 cm A：0.19(508nm）求：，E1%?1cm解：C(Fe2+) =8.910-6mol/LA=Cl0.510-355.85=ACl=1.1104(L/mol.cm)=0.19/(28.910-6)E1%1cm=10 =2.0 103(ml/g.cm)1.110455.85六、偏離Beer定律的因素依據Beer定律，A與C關系為經過原點的直線（一）化學因素（二）光學因素

10、偏離Beer定律的主要因素為（一）化學因素離解、締合、溶劑化、形成新化合物等因素發(fā)生偏離Cr2O72- +H2O 2HCrO-4 2H+ +2CrO42-例：橙色黃色隨單體濃度增大,660nm處吸收峰減弱；610nm處吸收峰增強；吸收光譜形狀改變。（二）光學因素 非單色光（Beer定律要求：入射光為單色光） 照射物質的光經單色器分光后并非真正單色光，而是具有一定波長范圍的光，物質對不同波長的光有不同的吸收系數(shù)，產生偏離波長寬度由入射狹縫的寬度和棱鏡或光柵的分辨率決定 入射光譜帶寬度嚴重影響吸光系數(shù)和吸收光譜形狀 結論：選擇較純單色光（，單色性） 雜散光（不在入射光譜帶寬度范圍內，與所選波長相距

11、較遠的光） 來源：儀器本身缺陷 光學元件污染影響：使吸收光譜變形，吸光度變值 在末端吸收處出現(xiàn)假峰反射光和散色光（均是入射光譜帶寬度內的光直接對T產生影響） 影響：散射和反射使T，A，吸收光譜變形消除：一般可用空白對比校正消除非平行光影響：使光程，A，吸收光譜變形(三)透光率的測量誤差T影響測定結果的相對誤差兩個因素： T和T T影響因素：儀器噪音 1）暗噪音(與光訊號無關) 2）散粒噪音(隨光訊號強弱而變化)不同T(或A)值濃度測量的相對誤差(T=0.5%)1）暗噪音與檢測器和放大電路不確切性有關,與光訊號無關暗噪音()與訊號噪音(-)的誤差曲線說明：吸光度測量的適宜讀數(shù)范圍A值：0.20.

12、7T值：0.200.62當 T= 0.368（A= 0.434）時，濃度測量的相對誤差最小控制方法：（1）調節(jié)被測液的濃度 （2）選擇不同厚度的吸收池0.3682）訊號噪音與光訊號有關表明測量誤差較小的范圍一直可延至較高吸光度區(qū)，對測定有利 第二節(jié) 紫外-可見分光光度計一、分光光度計光源單色器檢測器吸收池訊號處理及顯示器分光光度計主要部件方框示意圖可見分光光度法：以可見光作光源，經單色光器分光后，以所需波長的單色光作入射光，通過測定溶液吸光度來計算被測物質含量的一種方法0.575光源單色器吸收池檢測器顯示光源光源穩(wěn)定，足夠光強度鎢燈：3203200nm入射光的光源要求：氘燈：150400nm單

13、色器組成：光柵或棱鏡、狹逢、準直器準直鏡棱鏡出光狹縫入光狹縫單色器示意圖白光入光狹縫準直鏡棱鏡或光柵 色散后的光準直鏡出光狹縫 轉動棱鏡或光柵 出光狹縫處獲單色光600棱鏡對光的色散單色光器波長越短，傳播速度愈慢，折射率就愈大狹逢寬度應適中，太寬，單色光純度差 太窄，光通量小，影響靈敏度吸收池吸收池石英，玻璃 比色皿玻璃能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)檢測器光電管兩極間加電壓，線路中產生電流光電流大小與照射光強度成正比光 光敏陰極 陰極表面放電子光電管工作線路示意圖入射光放大器記錄器+-陽極陰極(光敏材料如氧化銫)高電阻 圖12-11 光電倍增管的結構和原

14、理示意圖（2）光電倍增管訊號處理及顯示器吸光度與百分透光度標度2.01.00.70.60.50.40.30.20.150.10.050 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100AT(%)721型分光光度計采用指針式的微安表A的刻度不均等 ?圖12-5 721分光光度計光學系統(tǒng)示意圖產生電信號微安表標尺上讀A光源聚光鏡反射鏡吸收池光電管狹縫準直鏡棱鏡第三節(jié) 紫外-可見分光光度分析方法一、定性分析（一）定性鑒別 定性鑒別的依據吸收光譜的特征 吸收光譜的形狀 吸收峰的數(shù)目 吸收峰的位置（波長） 吸收峰的強度 相應的吸光系數(shù)1對比吸收光譜的一致性同一測定條件下，與標準對照物譜圖或標

15、準譜圖進行對照比較如果兩者完全相同，可能是同一種化合物；如兩者有差別，則肯定不是同一種化合物2對比吸收光譜的特征值3對比吸光度或吸光系數(shù)的比值例：定性鑒別局限性 不同化合物中可以有很類似、甚至雷同的吸收光譜，所以得到相同的吸收光譜，也可能是另一物質。二、純度檢查和雜質限量測定1純度檢查（雜質檢查）峰位不重疊： 找使主成分無吸收，雜質有吸收直接考察雜質含量如：乙醇中含有雜質苯，苯在256nm處有吸收，而乙醇無吸收峰位重疊：雜質強吸收 主成分吸收與純品比較，E，光譜變形2雜質限量的檢測腎上腺素中微量雜質腎上腺酮含量計算- 2mg/mL -0.05mol/L的HCL溶液， 310nm下測定 規(guī)定 A3100.05 即符合要求的雜質限量0.06%二、定量分析（一）單組分的定量方法1吸光系數(shù)法 2標準曲線法 3對照法：外標一點法1吸光系數(shù)法（絕對法）例：維生素B12 的水溶液在361nm處的百分吸光系數(shù)為207，用1cm比色池測得某維生素B12溶液的吸光度是0.414，求該溶液的濃度解：2、校正曲線法（標準曲線法）配制-系列標準溶液顯色分別測定其A值（max）繪制標準曲線測A待測(條件同上)從標準曲線上求c待測AcAxcx 蘆丁含量測定0.7103、標準對比法cx= AxAs c