第3章紫外-可見分光光度法

1第3章紫外-可見分光光度法3.1基本原理3.2測量條件的選擇及顯色反應(yīng)3.3紫外-可見分光光度計(jì)3.4分析方法3.5應(yīng)用與示例基本內(nèi)容23.1基本原理3.1.1光譜的產(chǎn)生3.1.2躍遷類型3.1.3常用術(shù)語3.1.4吸收帶3.1.5影響吸收帶的主要因素3.1.1光譜的產(chǎn)生

3

43.1.2躍遷類型5處于σ

成鍵軌道上的電子吸收電磁輻射的能量后躍遷到σ*反鍵軌道躍遷所需的能量較大，吸收光的波長較短，處于遠(yuǎn)紫外區(qū)λmax

<150nm6σ→σ*躍遷處于π

成鍵軌道上的電子躍遷到π*反鍵軌道上躍遷所需能量小于σ→σ*躍遷所需的能量λmax

≈200nm（孤立π

鍵）吸收強(qiáng)度大（ε≈104）共軛體系越長，躍遷所需能量越低典型基團(tuán)＞C＝C＜、—C≡C—、＞C＝N—7π→π*躍遷未成鍵軌道中的n電子吸收電磁輻射的能量后，向π*反鍵軌道躍遷躍遷所需能量較低，吸收光的波長通常處于近紫外光區(qū)或可見光區(qū)吸收強(qiáng)度弱（ε

10～100）典型基團(tuán)：含有雜原子的不飽和基團(tuán)＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O8n→π*躍遷雜原子中的n電子吸收電磁輻射的能量后，向σ*反鍵軌道躍遷隨各種化合物的不同，吸收光的波長可處于近紫外光區(qū)或遠(yuǎn)紫外光區(qū)吸收強(qiáng)度較弱典型基團(tuán)－OH、－NH2、－X、－S9n→σ*躍遷在電磁輻射的能量激發(fā)下，配位化合物的電荷發(fā)生重新分布電子從該化合物的一部分（給予體）遷移至與另一部分（接受體）相聯(lián)系的軌道上10電荷遷移躍遷11配位場躍遷d?d

躍遷配位體存在時(shí)，5個(gè)能量相等的d軌道發(fā)生分裂，成為幾組能量不等的d軌道當(dāng)其離子吸收電磁輻射的能量后，處于低能態(tài)的d軌道上的電子可以躍遷至高能態(tài)的d軌道d電子層尚未充滿的第一、第二過渡元素[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2?、[Cu(NH3)4]2+12f?f

躍遷配位體存在時(shí)，7個(gè)能量相等的f軌道發(fā)生分裂，成為幾組能量不等的f軌道當(dāng)其離子吸收電磁輻射的能量后，處于低能態(tài)的f軌道上的電子可以躍遷至高能態(tài)的f軌道大多數(shù)鑭系和錒系元素的離子133.1.3常用術(shù)語14吸收曲線1?吸收峰2?谷3?肩峰4?末端吸收分子中在紫外-可見波長范圍內(nèi)可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)含有π→π*或n→π*躍遷的基團(tuán)＞C＝C＜、＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O多個(gè)生色團(tuán)未發(fā)生共軛：各生色團(tuán)吸收曲線的簡單加和發(fā)生共軛：有一個(gè)新的吸收峰取代原來的各孤立生色團(tuán)的吸收峰λmax紅移，ε

增大15生色團(tuán)（chromophore）含有非鍵電子的雜原子飽和基團(tuán)—OH、—SH、—OR、—SR、—NH2、—Cl、—Br、—I本身不能吸收波長大于200nm的光，但與生色團(tuán)相連時(shí)，能使該生色團(tuán)的吸收峰紅移，并使吸收強(qiáng)度增強(qiáng)16助色團(tuán)（auxochrome）化合物因結(jié)構(gòu)的變化（發(fā)生共軛作用、引入助色團(tuán)等）或溶劑的改變而導(dǎo)致吸收峰的最大吸收波長λmax發(fā)生移動(dòng)紅移：λmax向長波長方向移動(dòng)長移（bathochromicshift）藍(lán)移：λmax向短波長方向移動(dòng)紫移短移（hypsochromicshift）17紅移（redshift）

藍(lán)移（blueshift）增色效應(yīng)（濃色效應(yīng)）因化合物的結(jié)構(gòu)改變或其他原因而導(dǎo)致吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的現(xiàn)象減色效應(yīng)（淡色效應(yīng)）因化合物的結(jié)構(gòu)改變或其他原因而導(dǎo)致吸收強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象18增色效應(yīng)（hyperchromiceffect）

減色效應(yīng)（hypochromiceffect）3.1.4吸收帶19R帶

20K帶

2122吸收帶R帶K帶B帶E帶E1

帶E2

帶電荷遷移躍遷引起的吸收帶配位場躍遷引起的吸收帶233.1.5影響吸收帶的主要因素影響吸收帶的主要因素分子結(jié)構(gòu)共軛效應(yīng)空間位阻跨環(huán)效應(yīng)溶劑pH分子結(jié)構(gòu)——共軛效應(yīng)兩個(gè)或多個(gè)生色團(tuán)形成共軛體系，則吸收帶紅移，且吸收強(qiáng)度增大24空間位阻妨礙形成共軛的生色團(tuán)處于同一平面上，導(dǎo)致共軛效果變差，吸收帶藍(lán)移，吸收強(qiáng)度減弱25分子結(jié)構(gòu)——空間位阻26分子結(jié)構(gòu)——跨環(huán)效應(yīng)在環(huán)狀體系中，分子中非共軛的兩個(gè)生色團(tuán)因?yàn)榭臻g位置的原因，發(fā)生軌道間的相互作用，使吸收帶紅移，并使吸收強(qiáng)度增強(qiáng)非共軛基團(tuán)之間的相互作用兩個(gè)生色團(tuán)仍各自呈現(xiàn)吸收峰27溶劑極性增大使π→π*躍遷紅移使n→π*躍遷藍(lán)移后者的移動(dòng)一般比前者的移動(dòng)大28溶劑效應(yīng)2930體系pH的影響313.2測量條件的選擇及顯色反應(yīng)3.2.1測量條件的選擇3.2.2顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇3.2.1測量條件的選擇

32溶劑空白適用于：只有被測組分對光有吸收用溶劑（如蒸餾水）作為空白溶液試劑空白適用于：顯色劑等對待測組分的測定有干擾不加試樣溶液，依次加入各種試劑和溶劑試樣空白適用于：試樣基體有吸收，而顯色劑無干擾取同樣量試樣溶液，不加顯色劑33常見空白溶液顯色反應(yīng)選用適當(dāng)?shù)脑噭┡c不吸收紫外-可見光的被測物質(zhì)定量反應(yīng)生成對紫外-可見光有較大吸收的物質(zhì)的反應(yīng)顯色劑反應(yīng)中所加的試劑常見的顯色反應(yīng)類型配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、縮合反應(yīng)343.2.2顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇靈敏度較高定量關(guān)系確定選擇性好顯色產(chǎn)物穩(wěn)定性好顯色劑與顯色產(chǎn)物之間應(yīng)有顯著的顏色差別（60nm）35對顯色反應(yīng)的要求無機(jī)顯色劑配合物常不夠穩(wěn)定、靈敏度和選擇性也不高硫氰酸鉀：用于測定鐵、鉬、鎢和鈮等鉬酸銨：用于測定硅、磷和釩等過氧化氫：用于測定鈦有機(jī)顯色劑可與金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物選擇性和靈敏度都較高36顯色劑磺基水楊酸“OO型”螯合顯色劑主要用于測定Fe3+37“NN型”螯合顯色劑常用于測定鎳元素38丁二酮肟“NN型”螯合顯色劑主要用于測定微量Fe2+39鄰二氮菲含硫顯色劑可用于測定Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+等40二苯硫腙三苯甲烷類螯合顯色劑測定鋁的很好的試劑41鉻天青S顯色劑用量溶液酸度反應(yīng)時(shí)間溫度溶劑42顯色條件的選擇單因素變化法固定其他影響因素不變的條件下，改變待考察因素，測定并繪制吸光度變化的曲線，根據(jù)曲線的形狀及相關(guān)測定數(shù)據(jù)來確定最佳取值范圍43顯色劑用量4445溶液酸度干擾及其消除控制酸度選擇適當(dāng)?shù)难诒蝿┻x擇適當(dāng)?shù)臏y量波長利用適當(dāng)?shù)膮⒈热芤合蓴_用數(shù)學(xué)校正法消除干擾分離46473.3紫外－可見分光光度計(jì)3.3.1主要部件3.3.2分光光度計(jì)的光學(xué)性能與類型3.3.3分光光度計(jì)的校正3.3.1主要部件4849光源光源可見光區(qū)鎢燈鹵鎢燈紫外光區(qū)氫燈氘燈50單色器51比色皿吸收池紫外光區(qū)：石英吸收池可見光區(qū)：玻璃吸收池52檢測器檢測器光電管53檢測器光電倍增管54信號(hào)顯示系統(tǒng)3.3.2分光光度計(jì)的光學(xué)性能與類型分光光度計(jì)的光學(xué)性能波長范圍波長準(zhǔn)確度波長重現(xiàn)性透光率測量范圍吸光度測量范圍光度準(zhǔn)確度光度重復(fù)性分辨率雜散光55分光光度計(jì)的類型56類型單光束分光光度計(jì)雙光束分光光度計(jì)雙波長分光光度計(jì)光二極管陣列檢測的分光光度計(jì)57單光束分光光度計(jì)58雙光束分光光度計(jì)59雙波長分光光度計(jì)60光二極管陣列檢測的分光光度計(jì)分光光度計(jì)的校正波長的校正吸光度的校正比色皿的校對61配對將比色皿編號(hào)標(biāo)記，裝上空白溶液（或蒸餾水），在測定波長處比較各比色皿的百分透光率，要求相互間不應(yīng)超過0.5%即為配對洗滌校正將比色皿重新洗滌后再裝空白溶液測試校正值校正以透光率最大的比色皿為100﹪透光，測定其余各比色皿的透光率，分別以吸光度方式顯示，作為各比色皿的校正值測定溶液時(shí)，以上述透光率最大的比色皿作參比池，用其他比色皿裝樣品溶液，測得的吸光度減去其相應(yīng)的校正值62比色皿的校對633.4分析方法3.4.1定性分析3.4.2定量分析3.4.3結(jié)構(gòu)分析3.4.1定性分析64定性鑒別對比吸收光譜的特征數(shù)據(jù)

65定性鑒別對比吸光度（或吸光系數(shù)）的比值

維生素B12A361nm/A278nm1.70～1.88A361nm/A550nm3.15～3.4566定性鑒別對比吸收光譜的一致性若兩者完全相同，則可能是同一種化合物若兩者有明顯差別，則肯定不是同一種化合物673.4.2定量分析單組分分析吸收系數(shù)法

68單組分分析對照法P4913解由題意可知，鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為顯色液中鐵的濃度為因此，試液中鐵的濃度為70單組分分析標(biāo)準(zhǔn)曲線法71多組分分析72多組分分析解線性方程組法P491516根據(jù)吸光度的加和性，得

代入數(shù)據(jù)，得根據(jù)吸光度的加和性，得

代入數(shù)據(jù)，得3.4.3結(jié)構(gòu)分析化合物骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的初步推斷220～800nm無吸收峰：不含直鏈或環(huán)狀共軛體系，也沒有醛、酮等基團(tuán)210～250nm有強(qiáng)吸收峰：可能有共軛二烯或α,β-不飽和醛酮結(jié)構(gòu)260～300nm有強(qiáng)吸收峰：可能存在由3～5個(gè)雙鍵構(gòu)成的共軛體系75化合物骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的初步推斷250～300nm有中等強(qiáng)度的吸收峰，并具有精細(xì)結(jié)構(gòu)：含有苯環(huán)250～300nm有弱吸收峰：含有羰基可見光區(qū)有吸收：可能含有5個(gè)以上的共軛生色團(tuán)76異構(gòu)體的判斷順反異構(gòu)體一般反式異構(gòu)體的空間位阻較小，共軛程度較高反式異構(gòu)體的λmax較長，

εmax較大互變異構(gòu)體77783.5應(yīng)用與示例3.5.1定性分析3.5.2定量分析甲醇、乙醇或環(huán)己烷等有機(jī)溶劑的純度檢查甲醇、乙醇或環(huán)己烷等有機(jī)溶劑中，有時(shí)可能混入少量雜質(zhì)苯苯的B吸收帶在254nm波長處，而上述有機(jī)溶劑在此波長處幾乎無吸收，故可以采用紫外-可見分光光度法檢查有機(jī)溶劑的純度793.