儀器分析筆記《可見-紫外光度分析法》

.16/16第五章可見-紫外分光光度法——基于物質(zhì)分子對光的選擇吸收而建立起來的分析方法§5.1可見—紫外分光光度法概述〔了解5.1.1吸光光度法概述——現(xiàn)代分析化學(xué)的"常規(guī)武器"1、分子光譜與原子光譜吸收光譜發(fā)射光譜分子光譜原子光譜發(fā)射光譜吸收光譜2、吸光光度法定義：分子光譜分析法的一種,又稱分光光度法,屬于分子吸收光譜分析方法,基于外層電子躍遷。分類：目視比色法比色法光電比色法<光電比色計>吸光光度法<分光光度法>可見分光光度法分光光度法紫外分光光度法紅外吸收光譜法特點：〔與化學(xué)分析比較a、靈敏〔可測1%~10—3%微量組分,甚至10—4%~10—5%微量組分>；b、準(zhǔn)確度高〔；c、操作簡便,快速〔測微量；d、應(yīng)用廣泛〔無機、有機均可測。表7-1-1各類分析方法比較分析方法類別含量相對誤差滴定分析法化學(xué)分析法＞1%0.1%~0.2%重量分析法吸光光度法儀器分析法＜1%2%~5%5.1.2可見—紫外吸收光譜法的特點及在石油化工方面的應(yīng)用1、特點①設(shè)備及操作簡單,分析速度快,易普及推廣應(yīng)用；②靈敏度高。特別適用測量低含量及微量組分,適宜測定的含量范圍為0.001%~0.1%；③準(zhǔn)確度高,相對誤差一般為1%~3%；④應(yīng)用范圍廣。能測定周期表中幾乎所有金屬元素,也能測定N、B、Si、As、O、S、Se、Te、F、Cl、Br、I等非金屬元素,也能定量測定有機物,還可以用于測定平衡常數(shù)、配合物組成及分子量等物理化學(xué)常數(shù)；⑤選擇性好；⑥譜帶較寬,易與其他組分的光譜重疊引起光譜干擾,有時造成選擇性不好；2、在石化工業(yè)中的應(yīng)用比色法——主要用于無機元素的測定；紫外吸收光譜法——測定具有芳香結(jié)構(gòu)的化合物及含有共軛體系的化合物§5.2可見—紫外分光光度法的基本原理〔理解5.2.1吸收光譜產(chǎn)生的原因1、單色光與復(fù)合光A、光的波粒二象性光的折射光的衍射波動性光的偏振光的干涉光的波粒二象性粒子性光電效應(yīng)普朗克方程：式中——：光子的能量〔J,焦耳；：光子的頻率〔Hz,赫茲；：光子的波長〔nm；：光速〔2.9979×1010cm.s-1。B、電磁波譜——按照波長的長短順序排列而成可見光：400-750nm；近紫外：200-400nm；近紅外：750－2500nm。C、單色光、復(fù)合光與光的互補單色光：單一波長的光,通常意義的單色光是指波長處于很窄的某一范圍的光；復(fù)合光：由不同波長的光組合而成的光。光的互補：若兩種不同顏色的單色光按一定的強度比例混合得到白光,那么就稱這兩種單色光為互補色光,這種現(xiàn)象稱為光的互補。2、物質(zhì)對光的選擇性吸收A、顏色與光的關(guān)系光作用于物質(zhì)時,物質(zhì)吸收了可見光,而顯示出特征的顏色。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與光有著密切的關(guān)系,物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏色,與光的組成和物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同,所能吸收光的波長也不同,這就構(gòu)成了物質(zhì)對光的選擇吸收基礎(chǔ)；物質(zhì)選擇性地吸收白光中某種顏色的光,物質(zhì)就會呈現(xiàn)其互補色光的顏色；溶液顏色的深淺,取決于溶液中吸光物質(zhì)濃度的高低。表5-2-1光的互補關(guān)系3、吸收曲線〔吸收光譜——吸光度〔與波長〔的關(guān)系曲線吸收曲線中吸光度最大值處〔吸收峰對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長,以表示。定性分析基礎(chǔ)：不同的物質(zhì)具有不同的分子結(jié)構(gòu),因而具有不同的吸收曲線,可以根據(jù)吸收曲線的形狀,即吸收峰的數(shù)目、峰對應(yīng)的波長和最大吸收波長的位置,對物質(zhì)進行定性分析。定量分析基礎(chǔ)：在同一波長下,物質(zhì)的濃度越大,物質(zhì)對光吸收程度越大。同一物質(zhì),濃度不同,其吸收曲線的形狀和的位置不變。4、分子吸收光譜A、光譜、吸收光譜及分子吸收光譜的概念白光經(jīng)過棱鏡而發(fā)生折射,各種光波的折射率〔隨著波長↘而↗,可用科希經(jīng)驗公式表示：式中——A、B、C：常數(shù)。因此,凡是按波長順序排列的電磁輻射都可以稱為光譜。如果讓光源先通過吸光物質(zhì)〔溶液、液體或氣體,再經(jīng)過棱鏡色散則所形成的光譜中就會出現(xiàn)一個至數(shù)個暗區(qū)或若干暗線,這就是該吸光物質(zhì)的可見光吸收光譜,光譜中的暗區(qū)或暗線就是被吸光物質(zhì)所吸收掉的光波區(qū)或光線。因此,把吸光物質(zhì)對電磁輻射吸收時其透過的光譜稱為吸收光譜。若吸光物質(zhì)為分子或離子團,則稱為分子吸收光譜；若吸光物質(zhì)為原子蒸氣,則稱為原子吸收光譜。根據(jù)物質(zhì)分子所吸收光的波長及能量的不同,可將分子吸收光譜區(qū)分為三類：①可見—紫外吸收光譜〔200~780nm②紅外吸收光譜〔0.78~25μm③遠(yuǎn)紅外吸收光譜〔25~1000μmB、分子吸收光譜的測定其測定方法是：利用棱鏡的色散作用或光柵的衍射作用,從具有連續(xù)輻射的光源〔如可見光用鎢絲燈、紫外光用氫燈或氘燈、紅外光用熾熱的硅碳棒中逐步分離出各個波長的光波,并使之一次通過吸收池中的被測物質(zhì)溶液,測出溶液對每一波長的吸光度或透光度,繪制吸收光度—波長曲線或透光度—波長曲線。這種曲線就是吸收物質(zhì)分子的吸收光譜,又稱吸收光譜曲線或分光光度曲線。5.2.2光的吸收定律〔朗伯—比爾定律——可見—紫外光度分析法及紅外吸收光譜法定量分析的理論基礎(chǔ)〔一朗伯—比爾定律及其意義1、吸光度的意義吸光度表示光束通過溶液時被吸收的程度,用A表示：式中——：入射光強度；：透過光強度；：透光率。溶液所吸收光的強度透過光的強度吸光度；吸光度的范圍：。2、透光度的意義透光度也稱為透光率或透射比,表示透過光占入射光的比例,也是物質(zhì)吸光程度的一種度量,以T表示：其中,透光度的范圍：；其對光的吸收,反之,其對光的吸收；透光度也常以百分率表示,稱為百分透射比100T,其值在0~100之間。3、朗伯—比爾〔Lambert—Beer定律朗伯定律〔1760年：光吸收與溶液層厚度成正比,即比爾定律〔1852年：光吸收與溶液濃度成正比,即兩者結(jié)合起來,得到朗伯—比爾定律：當(dāng)一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時,溶液的吸光度與溶液的濃度及光程〔溶液的厚度成正比關(guān)系,即：式中——A：吸光度；：透射比；：溶液厚度；：溶液濃度；：比例系數(shù),其與吸光物質(zhì)的性質(zhì),溫度,吸光波長有關(guān)。Lambert—Beer定律使用條件：①入射光為平行單色光且垂直照射；②均勻非散射體系；③吸光質(zhì)點之間無相互作用〔稀溶液,c＜0.01mol/L；④無熒光和光化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生。4、比例系數(shù)的表示方法：吸收系數(shù),單位為L·g—1·cm—1：吸收系數(shù),單位為L·g—1·cm—1c：g/L：摩爾吸收系數(shù),單位為L·：摩爾吸收系數(shù),單位為L·mol—1·cm—1c：mol/L：百分吸收系數(shù)未知分子量：百分吸收系數(shù)未知分子量的物質(zhì)a、摩爾吸收系數(shù)的意義表示物質(zhì)的濃度為1mol/L,液層厚度為1cm時溶液的吸光度。單位：<L?mol-1?cm-1>①其與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長、溫度和溶劑等因素有關(guān)；②不同物質(zhì)具有不同的,它是在一定條件下,某物質(zhì)對某一波長的光的吸收能力大小的量度；③對于同一物質(zhì),當(dāng)其它條件一定時,的大小就取決于如射光的波長。即,因此；④是衡量光度法靈敏度高低的重要指標(biāo)。該物質(zhì)的靈敏度。一般認(rèn)為,的方法是較靈敏的。b、與、與之間的關(guān)系式中——：吸光物質(zhì)的相對分子質(zhì)量。5、吸光度的可加和原理多組分混合體系中,如果各組分分子之間不存在離解、聚合、化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)平衡時,其吸光度具有加合性,即：根據(jù)吸光度的加和性可以進行多組分的測定以及某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測定?！捕﨤ambert—Beer定律發(fā)生偏離的原因Lambert定律是普遍成立的,而Beer定律卻有時會偏離。偏離比爾定律的原因較多,基本是可分為物理和化學(xué)兩個方面。物理方面主要是入射單色光不純及雜散光等的影響；化學(xué)方面則是溶質(zhì)的解離、締合及互變異構(gòu)反應(yīng)等。1、單色光不純的影響〔儀器本身造成的儀器使用的是連續(xù)光源,用單色器分光,由于單色器色散能力的限制和出口狹縫要保持一定的寬度,所以我們不可能得到純的單色光。非單色光引起的偏移：復(fù)合光由和組成,對于濃度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一樣,濃度大,復(fù)合光引起的誤差大,故在高濃度時線性關(guān)系向下彎曲,即用不純單色光所測得的吸光度較用波長為所測得的吸光度小。圖5-2-2對比爾定律的偏離圖5-2-3不純單色光的影響克服方法：A、盡量選用較好的單色器,使入射光的波長范圍盡可能窄；B、入射波長選擇在峰值位置〔在波峰有一個A值相差較小的區(qū)域；2、非平行入射光導(dǎo)致光束的平均光程b′大于吸收池厚度b,實際測得的吸光度大于理論值,產(chǎn)生正偏離。3、介質(zhì)不均勻入射光會因散射而損失,導(dǎo)致T減小,實測的A偏高?？朔椒ǎ罕苊馊芤寒a(chǎn)生膠體或渾濁。4、化學(xué)因素吸光物質(zhì)常因稀釋、pH值及試劑濃度變化等因素的影響而發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),例如離解、締合、溶劑化、互變異構(gòu)反應(yīng)及吸光物質(zhì)組成改變等,結(jié)果使溶液中吸光物質(zhì)的真實濃度與溶液的指示濃度不再成正比關(guān)系,破壞了吸光度與濃度的線性關(guān)系,于是偏離了光吸收定律。如：Cr2O72—+H2O—＝2HCrO4—＝2H++2CrO42—PAR的偶氮－醌腙式5、最佳的吸光度測量范圍——5.2.3可見—紫外吸收光譜的產(chǎn)生及分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系1、分子的能級與吸收光譜的產(chǎn)生A、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。分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級三種能級都是量子化的,且各自具有相應(yīng)的能量分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動能量Ev、轉(zhuǎn)動能量Er即E＝Ee+Ev+ErΔΕe＞ΔΕv＞ΔΕr分子的這三種能級分布情況如下圖示。B、能級躍遷紫外—可見光譜屬于電子躍遷光譜。電子能級間躍遷的同時總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。討論：〔1轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔEr：0.005～0.050eV,躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)。遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；〔2振動能級的能量差ΔEv約為：0.05～１eV,躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū),紅外光譜或分子振動光譜；〔3電子能級的能量差ΔEe較大1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū),紫外—可見光譜或分子的電子光譜；〔4吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定,反映了分子內(nèi)部能級分布狀況,是物質(zhì)定性的依據(jù)；〔5吸收譜帶強度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關(guān),也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數(shù)εmax也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的λmax有時可能相同,但εmax不一定相同；〔6吸收譜帶強度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比,定量分析的依據(jù)。2、可見—紫外吸收光譜的主要類型①躍遷引起的吸收譜帶；②躍遷引起的吸收譜帶；③躍遷引起的吸收譜帶；④躍遷引起的吸收譜帶；⑤電荷轉(zhuǎn)移引起的吸收譜帶〔躍遷；⑥配位體場躍遷引起的吸收譜帶〔,躍遷。3、基本概念A(yù)、生色團最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機物分子中含有不飽和基團。這類含有π鍵的不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團由雙鍵或叁鍵體系組成,如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C≡N等。B、助色團：有一些含有n電子〔孤對電子的基團<如—OH、—OR、—NH2、—NHR、—X等>,它們本身沒有生色功能<不能吸收λ＞200nm的光>,但當(dāng)它們與生色團相連時,就會發(fā)生n—π共軛作用,增強生色團的生色能力<吸收波長向長波方向移動,且吸收強度增加>,這樣的基團稱為助色團。C、紅移與藍移有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強度發(fā)生變化：λmax向長波方向移動稱為紅移,或長移。向短波方向移動稱為藍移<或紫移>或短移。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng),如圖所示。強帶<strongband>：max＞104弱帶<weakband>：max＜103溶劑極性的不同也會引起化合物吸收光譜的紅移或藍移,這種作用稱為溶劑效應(yīng)：在躍遷中,激發(fā)態(tài)極性大于基態(tài),當(dāng)使用極性大的溶劑時,由于溶劑與溶質(zhì)相互作用,激發(fā)態(tài)比基態(tài)的能量下降得更多,因而激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差減小,導(dǎo)致吸收譜帶λmax紅移。而在躍遷中,基態(tài)n電子與極性溶劑形成氫鍵,降低了基態(tài)能量,使激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差變大,導(dǎo)致吸收帶λmax向短波區(qū)藍移。4、吸收帶——吸收峰在紫外—可見光譜中的波帶位置A、R帶——從德文Radikal<基團>得名為n→π*躍遷引起的吸收帶。如羰基－C=O－、－NO2、－CHO等,其特點為吸收強度弱,ε＜100,吸收峰波長一般在270nm以上；B、K帶——從德文Konjugation<共軛作用>得名為π→π*躍遷引起的,如共軛雙鍵。該吸收帶的特點為吸收峰很強,ε＞104,最大吸收峰位置一般在217～280nm。共軛雙鍵增加,λmax向長波方向移動,εmax也隨之增加；C、B帶——從德文Benzenoid<苯的>得名為芳香化合物<包括雜環(huán)芳香化合物>的特征吸收帶。這是由于π→π*躍遷和苯環(huán)的振動重疊引起的。苯蒸氣在230～270nm處出現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的吸收光譜,稱為笨的多重吸收帶或精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶。在極性溶劑中或苯環(huán)上有取代基時,復(fù)雜的B吸收帶簡化,精細(xì)結(jié)構(gòu)消失,出現(xiàn)一寬峰,中心在256nm,ε＝220。D、E帶是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個乙烯的環(huán)狀共軛系統(tǒng)的躍遷所產(chǎn)生的。分為E1和E2吸收帶,其中E1在185nm附近,ε=47000,E2在204nm,ε=7900,均為強吸收。5、有機化合物的紫外—可見吸收光譜有機化合物的紫外—可見吸收光譜,是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果〔三種：σ電子、π電子、n電子<p電子>。分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài),即成鍵軌道或非鍵軌道上。外層電子吸收紫外或可見輻射后,就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)<反鍵軌道>躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序為：n→π＊＜π→π＊＜n→σ＊＜σ→σ＊①σ→σ＊躍遷所需能量最大,σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)〔吸收波長λ＜200nm,只能被真空紫外分光光度計檢測到。如甲烷的λ為125nm,乙烷λmax為135nm。②n→σ＊躍遷所需能量較大。吸收波長為150～250nm,大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū),近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物<含N、O、S和鹵素等雜原子>均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*躍遷的λ分別為173nm、183nm和227nm。③π→π＊躍遷所需能量較小,吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū),摩爾吸光系數(shù)εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上,屬于強吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類均可發(fā)生該類躍遷。如：乙烯π→π*躍遷的λ為162nm,εmax為：1×104L·mol-1·cm－1。④n→π＊躍遷需能量最低,吸收波長λ＞200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷,摩爾吸光系數(shù)一般為10～100L·mol-1·cm-1,吸收譜帶強度較弱。含有雜原子不飽和基團如=C=O、=C=S、-N=N-等,分子中孤對電子和π鍵同時存在時發(fā)生n→π＊躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λ為275nmεmax為22L·mol-1·cm-1〔溶劑環(huán)己烷>。6、金屬配合物的紫外—可見吸收光譜金屬離子與配位體反應(yīng)生成配合物的顏色一般不同于游離金屬離子<水合離子>和配位體本身的顏色。金屬配合物的生色機理主要有三種類型：①配位體微擾的金屬離子d—d電子躍遷和f—f電子躍遷摩爾吸收系數(shù)ε很小,對定量分析意義不大。②金屬離子微擾的配位體內(nèi)電子躍遷金屬離子的微擾,將引起配位體吸收波長和強度的變化。變化與成鍵性質(zhì)有關(guān),若靜電引力結(jié)合,變化一般很小。若共價鍵和配位鍵結(jié)合,則變化非常明顯。③電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜在分光光度法中具有重要意義。a、當(dāng)吸收紫外可見輻射后,分子中原定域在金屬M軌道上電荷的轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道,或按相反方向轉(zhuǎn)移,這種躍遷稱為電荷轉(zhuǎn)移躍遷,所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜。b、電荷轉(zhuǎn)移躍遷本質(zhì)上屬于分子內(nèi)氧化還原反應(yīng),因此呈現(xiàn)荷移光譜的必要條件是構(gòu)成分子的二組分,一個為電子給予體,另一個應(yīng)為電子接受體。c、電荷轉(zhuǎn)移躍遷在躍遷選律上屬于允許躍遷,其摩爾吸光系數(shù)一般都較大<104左右>,適宜于微量金屬的檢出和測定。d、電荷轉(zhuǎn)移躍遷在紫外區(qū)或可見光呈現(xiàn)荷移光譜,荷移光譜的最大吸收波長及吸收強度與電荷轉(zhuǎn)移的難易程度有關(guān)。例：Fe3＋與SCN－形成血紅色配合物,在490nm處有強吸收峰。其實質(zhì)是發(fā)生了如下反應(yīng)：[Fe3＋SCN—]＋hν＝[FeSCN]2＋§5.3可見—紫外分光光度法的應(yīng)用〔掌握紫外—可見分光光度法主要用于有機物分析。定性分析：比較吸收光譜特征可以對純物質(zhì)進行鑒定及雜質(zhì)檢查；定量分析：利用光吸收定律進行分析。5.3.1定性分析1、紫外—可見分光光度法定性分析的內(nèi)容包括化合物的鑒定及結(jié)構(gòu)分析兩方面。2、一般有兩種定性方法：①比較吸收光譜曲線；②用經(jīng)驗規(guī)則計算最大吸收波長,然后與實測值比較。〔一化合物的鑒定1、比較光譜的一致性在相同的測定條件下〔溶劑、pH等下,測定未知物的吸收光譜與所推斷化合物的標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜直接比較,或?qū)⑵渑c未知物的吸收光譜數(shù)據(jù)進行比較。如果吸收光譜的性狀,包括吸收光譜的、、吸收峰數(shù)目、位置、拐點及等完全一致時,則可初步認(rèn)為是同一化合物。為了進一步確定,可再用其他溶劑分別測定,如吸收光譜仍然一致,則進一步肯定二者為同一物質(zhì)。應(yīng)指出,紫外吸收光譜相同,有時兩種化合物不一定相同,因為紫外吸收光譜通常只有2~3個較寬的吸收峰,具有相同生色團而結(jié)構(gòu)不同的分子,有時會產(chǎn)生相同的紫外吸收光譜。因此,不能單憑紫外吸收光譜下結(jié)論。2、比較最大吸收波長及吸光度比值的一致性——若物質(zhì)的吸收峰較多,往往規(guī)定以某幾個吸收峰對應(yīng)的吸光度或吸收系數(shù)的比值作為鑒定標(biāo)準(zhǔn)。將試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣品或與文獻數(shù)據(jù)相比較,最大吸收波長相同,峰處吸光度或吸收系數(shù)的比值在規(guī)定范圍內(nèi),則可認(rèn)為兩者是同一物質(zhì)。純度檢查1、雜質(zhì)檢查：有雜質(zhì)時,吸收光譜變形。2、雜質(zhì)限量檢查：①以某一波長吸光度值表示；②以峰谷吸光度比值表示?！捕Y(jié)構(gòu)分析可見—紫外吸收光譜基本上是分子中生色團和助色團的特征,而不是整個分子的特征。因此,在結(jié)構(gòu)分析中,可見—紫外吸收光譜法的主要作用是推測官能團及確定共軛體系,如羰基、硝基、苯環(huán)、共軛二烯及共軛多烯等。1、官能團的鑒定初步判斷規(guī)律：〔1化合物在220~280nm范圍內(nèi)透明〔即,可推斷化合物不含苯環(huán)、共軛雙鍵、醛基、硝基、酮基、溴和碘；〔2在210~250nm有強吸收帶,表示含有共軛雙鍵。如范圍內(nèi),說明為二烯或不飽和酮；如在~260、300、330nm有高強度吸收峰,則化合物含有3~5個共軛鍵；〔3在250~300nm有弱吸收帶,,則含有羰基；在此區(qū)域若有中強吸收帶,則是苯核的特征；〔4如化合物有許多吸收峰,甚至延伸到可見光區(qū),則可能為一長鏈共軛化合物或多環(huán)芳烴。2、順反異構(gòu)體的確定一般來說,反式異構(gòu)體比順式異構(gòu)體有較大的及,據(jù)此可以判別順反異構(gòu)體。3、互變異構(gòu)體的確定常見的互變異構(gòu)體有酮—烯醇式、醇醛的環(huán)式—鏈?zhǔn)?、酰胺的?nèi)酰胺—內(nèi)酰亞胺式等。例如,乙酰乙酸乙酯具有酮—烯醇式互變異構(gòu)體：酮式272nm〔,R帶烯醇式~300nm,R帶243nm,E帶這兩種異構(gòu)的相對含量隨溶劑的極性而變,在極性溶劑中,例如在水中,酮式易與極性溶劑形成氫鍵,上述平衡左移,使酮式占優(yōu)勢,其吸收光譜只有1個弱峰R帶；在非極性溶劑中,例如在己烷中,烯醇式可生成分子內(nèi)氫鍵而具有穩(wěn)定性,使烯醇式占絕對優(yōu)勢,其吸收光譜除有一個弱吸收帶R帶外,在243nm處還有一個強吸收帶K帶。4、將經(jīng)驗規(guī)則計算的與實測值對照確定化合物結(jié)構(gòu)〔1共軛烯烴的計算Woodward總結(jié)了大量實驗數(shù)據(jù),提出了共軛二烯、三烯、四烯K吸收帶的計算規(guī)則,如下表,以溶劑為乙醇基數(shù)〔共軛二烯基本吸收帶增加值——217nm5、助色團—OCOR0nm1、二烯在同一環(huán)內(nèi)〔同環(huán)二烯36nm—OR6nm2、每個烷基〔或環(huán)基5nm—SR30nm3、環(huán)外雙鍵5nm—Cl,—Br5nm4、增加一個共軛雙鍵30nm—NR1R260nm環(huán)外雙鍵是指某一環(huán)內(nèi)的環(huán)外并與該環(huán)直接相連的雙鍵。例1：水芹烯有兩種異構(gòu)體,經(jīng)其他方法測定其結(jié)構(gòu)為A及B。其紫外光譜：體的λmax為263nm<εmax為2500>,體的λmax為231nm<εmax為900>。試問A及B何者為體,何者為體？〔A〔B解：根據(jù)Woodward規(guī)則計算出〔A及〔B兩結(jié)構(gòu)的：〔A〔B基值217nm217nm烷基〔5×2+10nm〔5×3+15nm環(huán)外雙鍵〔5×1+5nm0nm同環(huán)二烯0nm36nm由以上計算可知：結(jié)構(gòu)〔A的計算值〔,與體的實測值〔231nm相近,故結(jié)構(gòu)〔A應(yīng)為體,而結(jié)構(gòu)〔B為體?！?,不飽和醛、酮、酸、酯的計算由于Woodward、Fieser及Scott等人的工作,總結(jié)出了計算,不飽和醛、酮、酸、酯K吸收帶的計算規(guī)則,如下表,以溶劑為乙醇基值———OAC6nm、不飽和醛207nm—OR35nm、不飽和酮215nm30nm、不飽和六元環(huán)酮215nm17nm、不飽和五元環(huán)酮202nm31nm、不飽和酸或酯—SR85nm或單取代208nm—Cl15nm、或、雙取代217nm12nm、、三取代225nm—Br25nm增加值——30nm增加1個共軛雙鍵〔對酸、酯也適用30nm—NR1R295nm烷基或環(huán)基10nm每個環(huán)外雙鍵〔對酸、酯也適用5nm12nm或更高〔對酸、酯也適用18nm—OH35nm30nm50nm例2：計算該物質(zhì)的。解：、雙取代不飽和酯217nm環(huán)外雙鍵+5nm<計算值>=222nm〔3羰基取代苯化合物R—C6H5—CO—X的計算Scott規(guī)則如下表,以溶劑為乙醇。該規(guī)則用于計算羰基取代苯化合物中苯環(huán)與羰基共軛所形成的K吸收帶的值。例3：計算下述化合物的值。解：酸基值230nm對位—NH2+58nm<計算值>=288nm實測值=288nm5.3.2定量分析定量分析的方法很多,應(yīng)根據(jù)測定對象和目的加以選擇。①單組分常規(guī)定量法；②高濃度或極低濃度差示分光光度法；③試樣渾濁或背景吸收較大雙波長分光光度法?！惨怀Ｒ?guī)定量法1、比較法比較法又稱為標(biāo)準(zhǔn)對照法。在最大吸收波長處分別測出試樣溶液及標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度及,進行比較可直接求得樣品的濃度。2、標(biāo)準(zhǔn)曲線法——應(yīng)用最廣泛配制一系列〔一般為5~8個濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液分別在選定波長下測定其吸光度繪制工作曲線〔若符合吸光定律,則可得到一條通過坐標(biāo)原點的直線相同條件下測樣液的吸光度在標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上查出其對應(yīng)的濃度本法特點：分析同種類的大批試樣比較方便。因為這樣一條標(biāo)準(zhǔn)曲線,只要操作條件不變,就可供一段時間內(nèi)使用,不必每做一個試樣分析都要同時作一條標(biāo)準(zhǔn)曲線。注意事項：①標(biāo)準(zhǔn)溶液的組成與濃度應(yīng)盡量與試樣接近；②如儀器條件和操作條件〔試劑、酸度、溫度變化了,則應(yīng)校正曲線,或重新制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。3、標(biāo)準(zhǔn)加入法〔增量法分類：一次標(biāo)準(zhǔn)加入法和多次標(biāo)準(zhǔn)加入法?！?一次標(biāo)準(zhǔn)加入法取一份試液測其吸光度,設(shè)為,再取另一等分試液,加入一定量標(biāo)準(zhǔn)溶液使其濃度增加,測定吸光度,設(shè)為,根據(jù)Lambert—Beer定律得：〔2多次標(biāo)準(zhǔn)加入法該法是在若干等份試樣溶液中分別加入不同量的被測組分標(biāo)準(zhǔn)溶液,使增量值分別為0,,,…,測定對應(yīng)的吸光度,則繪制校正曲線,如下圖,用外推法使校正曲線延長于橫坐標(biāo)點,則的長度所對應(yīng)的濃度就是被測組分的。除被測組分含量不同外,在各分試樣中其他成分都相同,他們對一系列吸光度測定的影響都一致,能相互抵消。因此,標(biāo)準(zhǔn)加入法特別適合復(fù)雜試樣中微量組分的測定?！捕嘟M分定量方法——以兩組分為例根據(jù)吸光度的加和性特點,在同一試樣中可以測定兩個以上的組分。設(shè)試樣中含有,兩種組分,在一定條件下將他們轉(zhuǎn)化為有色化合物,分別繪制其吸收光譜,會下圖出現(xiàn)三種情況：〔1圖①情況是,組分互不干擾,各在處測定；〔2圖②情況是干擾組分測定,但對無干擾；此時可先在處測量溶液的吸光度,并求得組分的濃度；然后再在處測量溶液的吸光度和純組分及的和,根據(jù)吸光度的加和性特點,列出下式：即能求出組分的濃度?！?圖③情況是,組分互相干擾,這時首先在處測量混合物的吸光度和純組分及的和值。然后在處測量混合物的吸光度和純組分及的和值。列出方程式：式中——、和、：由濃度及的純?nèi)芤簻y得；、：由實驗測得；、：聯(lián)立方程求得。對于更復(fù)雜的多組分體系,可用計算機處理測定的結(jié)果；理論上,該法可應(yīng)用于多組分體系的測定,但實際應(yīng)用較少,原因是誤差較大?！踩钍痉止夤舛确?、方法原理該法的特點是用一個已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液以測量吸光度。根據(jù)光吸收定律對未知溶液有：對濃度為的標(biāo)準(zhǔn)溶液有：以濃度為的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液時,所測得未知溶液的吸光度為式中——：相對吸光度。上式表明,,它是差示分光光度法的基本公式。2、測定方法〔1高吸光度測定法其操作方法是在檢測器未受光照射時,調(diào)節(jié)儀器的透光度為0；當(dāng)入射光通過一個比試樣濃度稍低的參比溶液時,將儀器的透光度調(diào)為100%,如下圖示：然后測定試樣的吸光度,用比較法或標(biāo)準(zhǔn)曲線法確定試樣濃度。①繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法是：根據(jù)試樣濃度大小,配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液以濃度最小〔的一個溶液作為參比溶液測定其他標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線②也可用比較法計算未知溶液的濃度。由對未知溶液及標(biāo)準(zhǔn)溶液得：〔2低吸光度測定法此法要求參比溶液的濃度大于試樣溶液的濃度。具體操作方法如下：用純?nèi)軇┱{(diào)儀器的透光度為100%再用參比溶液來調(diào)儀器的透光度為0測定試樣的相對吸光度同樣地,也可以用標(biāo)準(zhǔn)曲線法或比較法來求試液的濃度。①標(biāo)準(zhǔn)曲線法：作圖；②比較法：〔3最精確測定法此法要用兩個濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液,并要求試樣濃度介于兩個參比溶液之間。先用一個比試樣濃度大的參比溶液調(diào)節(jié)透光度為0,再用一個比試樣濃度小的參比溶液調(diào)節(jié)透光度為100%。該法也可用標(biāo)準(zhǔn)曲線法及比較法來計算未知液的濃度。差示分光光度法實際上就是把讀數(shù)標(biāo)尺對測量有用的一段加以擴展放大,所以,能提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度；差示法在實際應(yīng)用中收到一定限制,因為使用一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液時,透射光強度減弱,為了調(diào)100%透光度,就必須提高光源強度、增寬狹縫或提高儀器的靈敏度。增寬狹縫和提高儀器靈敏度又會使光譜通帶變寬,噪音增大,造成測定靈敏度下降和工作曲線的線性關(guān)系破壞?！菜碾p波長分光光度法1、基本原理讓波長為及的兩束單色光分別交替地通過同一試液,若調(diào)節(jié)兩單色光的入射強度均為,則試液對兩波長的吸光度分別為式中——、：單色光及的透過光強度；、：被測物質(zhì)在及波長下的摩爾吸收系數(shù)；、：試樣溶液對及兩單色光的背景吸收。若設(shè)法使,則上述兩式之差為：上式表明,這是雙波長分光光度法的理論基礎(chǔ)。與單波長分光光度法相比,雙波長分光光度法的特點是不用參比溶液,而試液本身對某一波長的吸光度作為參比,這可避免單波長分光光度法使用試樣及參比兩個吸收池時由于兩吸收池之間的差異所引起的誤差,可以消除背景吸收及光散射所引起的誤差,適用于多組分混合物的分析。2、波長組合的選擇選擇波長組合的基本條件是：①被測組分在兩波長處的吸光度及其差值應(yīng)足夠大；②共存〔干擾組分在兩波長下應(yīng)具有相同的吸收,因此可將干擾組分的吸光度視為背景吸收而加以扣除。選擇組合的方法,通常用作圖法,現(xiàn)在以兩組分混合物為例加以說明：〔1曲線是欲測組分A的吸收光譜,曲線b是干擾組分B的吸收光譜?！?可選擇A組分的最大吸收波長作為測定波長,然后沿此作一垂直于X軸的垂線,此垂線交曲線b于D點,由D點作X軸的平行線,在曲線b上便有1個或幾個交點〔如圖E、F,這些交點所對應(yīng)的任一波長都可以選作參比波長,但究竟選擇哪一個更好,就要考慮波長組合的基本條件。定量分析方法也可用標(biāo)準(zhǔn)曲線法或比較法。5.3.3可見—紫外分光光度法的應(yīng)用〔一配合物組成及其穩(wěn)定常數(shù)的測定1、摩爾比法〔飽和法——根據(jù)金屬離子M與配體R反應(yīng)過程中被飽和原則來測定配合物組成設(shè)配位反應(yīng)：M+nR＝MRn<有色[前提]：①M、R均無色,即M和R均不干擾MRn；②MRn穩(wěn)定；③n值大。固定,改變,配制一系列不同的溶液,在處分別測量各溶液的吸光度A,作圖。圖5-3-1配合物組成的測定〔1當(dāng)加入的配位體R還沒使M定量轉(zhuǎn)化為MRn時,曲線處于直線階段；〔2當(dāng)加入的配位體R已使M定量轉(zhuǎn)化為MRn并稍有過量時,曲線便出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；〔3加入的R繼續(xù)過量,曲線便成水平直線；〔4轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的摩爾比便是配合物的組成比。若配合物穩(wěn)定,則轉(zhuǎn)折點明顯；反之,則不明顯,此時可用外推法求得兩直線的交點。配合物的穩(wěn)定常數(shù)表示為：設(shè)配合物不離解時在轉(zhuǎn)折點處的濃度為,配合物的解離度為,則達到平衡時則式中——。在轉(zhuǎn)折點處可求得,吸光度A可由實驗測得,由外推法求得,則：摩爾比法適用于解離度小、穩(wěn)定性高、配位比高的配合物組成的測定。2、等摩爾連續(xù)變化法〔Job法設(shè)配位反應(yīng)：M+nR＝MRn<有色保持為常數(shù),連續(xù)改變,配制一系列顯色溶液,分別測量系列溶液的吸光度A,以A對作圖。若以[M]、[R]和[MRn]分別表示金屬離子、配位體和配合物平衡時的濃度,f為金屬離子在總濃度中所占的分?jǐn)?shù),,則等摩爾連續(xù)變化法適用于配位比低、穩(wěn)定性較高的配合物組成的測定?！捕釅A解離常數(shù)的測定光度法是測定分析化學(xué)中應(yīng)用的指示劑或顯色劑解離常數(shù)的常用方法,因為它們大多是有機弱酸或弱堿,只要它們的酸色形和堿色形的吸收曲線不重疊。該法特別適用于溶解度較小的弱酸或弱堿?，F(xiàn)以一元弱酸HL為例,在溶液中存在平衡：HLH++L—其解離常數(shù)由上式可知,只要在某一確定的pH條件下,知道值,就可以計算出。HL與L—互為共軛酸堿,它們的平衡濃度之和等于弱酸HL的分析濃度c。只要兩者都遵循Lambert—Beer定律,就可以通過測定溶液的吸光度求得值。具體做法如下：配制個濃度相同而pH不同的HL溶液在某一確定波長下,用1.0cm的吸收池測量個溶液的吸光度A酸度計測量各溶液的pH值各溶液的吸光度為：〔a在高酸度介質(zhì)中,可以認(rèn)為溶液中該酸只有HL型體存在,仍在上述確定的波長下測定吸光度,則〔b在堿性介質(zhì)中,可以認(rèn)為該酸主要以L—型體存在,則〔c將〔b、〔c代入〔a后,整理得：或上述是光度法測定一元弱酸解離常數(shù)的基本關(guān)系式。式中、分別為弱酸定量地以HL、L—型體存在時溶液的吸光度,該兩值是不變的。A為某一確定pH時溶液的吸光度。上述各值均可由實驗測得。將測得的數(shù)值代入上式,則可算出值。對于一系列〔n個c相同而pH不同的HL溶液,就可測得n個值,然后取其平均值?！?.4可見—紫外分光光度計〔掌握5.4.1基本組成部分及其結(jié)構(gòu)原理1、紫外—可見分光光度計的組件2、光學(xué)性能5.4.2紫外—可見分光光度計的類型1、單光束分光光度計簡單,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、雙光束自動記錄,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(fù)雜,價格較高。3、雙波長將不同波長的兩束單色光<λ1、λ2>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。。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜?！?.5分析條件的選擇〔掌握5.5.1儀器測量條件1、濃度測量的相對誤差與溶液透射比的關(guān)系任何分光光度計都有一定的測量誤差,這是由于光源不穩(wěn)定,實驗條件的偶然變動、讀數(shù)不準(zhǔn)確等因素引起的。這些因素對于試樣的測定結(jié)果影響較大,特別是當(dāng)試樣濃度較大或較小時。因此要選擇適宜的吸光度范圍,以使測量結(jié)果的誤差盡可能減小。根據(jù)Lambert—Beer定律可知：微分得：再將上式代入Lambert—Beer定律得,測定結(jié)果的相對誤差為：要使測定結(jié)果的相對誤差最小,對求導(dǎo)數(shù)應(yīng)有極小值,即解得或,即當(dāng)時,吸光度測量誤差最小。如果光度計讀數(shù)誤差為1%,若要求濃度測量的相對誤差小于5%,則待測溶液的透射比應(yīng)選在70%~10%范圍內(nèi),吸光度為0.15~1.00。實際工作中,可通過調(diào)節(jié)待測溶液的濃度,選用適當(dāng)厚度的吸收池等方式使透射比或吸光度A落入此區(qū)間。2、入射光波長和狹縫寬度的選擇①測定波長的選擇：吸收最大的波長為入射光,干擾最??；②狹縫寬度的選擇：試樣吸收峰半寬度的。反應(yīng)條件的選擇本節(jié)內(nèi)容主要涉及顯色反應(yīng)一節(jié)內(nèi)容,將在5.6顯色反應(yīng)與顯色劑一節(jié)中詳述。5.5.3參比溶液的選擇測量試樣溶液的吸光度時,先用參比溶液調(diào)節(jié)透射比為100%,若選擇不適當(dāng),對測量讀數(shù)的影響較大。主要是消除溶液中其他組分對光的吸收等帶來的影響。1、溶劑參比液當(dāng)試液、試劑、顯色劑均無