新編儀器分析第四版第二章分子吸光分析法

1第二章分子吸光分析法2第一節(jié)光譜分析法導(dǎo)論光譜分析法：基于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收、發(fā)射等現(xiàn)象建立的分析法。光譜：光的不同波長(zhǎng)成分及強(qiáng)度分布按波長(zhǎng)或波數(shù)次序排列的記錄，描述物質(zhì)吸收或發(fā)射光的特征，給出有關(guān)組成、含量和結(jié)構(gòu)。3光譜分析法原子光譜分子光譜原子吸收光譜原子發(fā)射光譜分子發(fā)光光譜分子吸收光譜（分子熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光）(UV-Vis、IR)4一、分子能級(jí)能級(jí)：分子具有的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量值，每一種分子都有特定的能級(jí)數(shù)目與能級(jí)值，這些能級(jí)值是量子化的?；鶓B(tài)：分子處于最低能級(jí)的狀態(tài)。激發(fā)態(tài)：分子從外界獲得能量而躍遷至較高能級(jí)的狀態(tài)。光致激發(fā):處于基態(tài)的分子受到光的能量激發(fā)，選擇性吸收特征頻率的能量而躍遷到能量較高激發(fā)態(tài)能級(jí)。

高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）Ei低能態(tài)（基態(tài)）E0吸收h滿足△E=ε光=h5Er轉(zhuǎn)動(dòng)能0.004~0.025eV——分子大小、鍵長(zhǎng)Ee價(jià)電子能1~20eV——化學(xué)性質(zhì)信息Ev振動(dòng)能0.025~1eV——價(jià)鍵特性△E總=△Ee+△Ev+△ErE總=E內(nèi)能

+E平動(dòng)+Ee+Ev+Er分子是由多個(gè)原子以各種不同化學(xué)鍵組成E內(nèi)能是分子的固有內(nèi)能，即在溫度絕對(duì)零度時(shí)仍然存在的能量E平動(dòng)是分子平均動(dòng)能，與溫度有關(guān)，連續(xù)變化與光譜無(wú)關(guān)與光譜有關(guān)67二、光的性質(zhì)光是一種電磁波，以巨大速度通過(guò)空間不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的一種能量。具有波粒二重性和單色性光強(qiáng)度λ/nm單色性——描述光純度的參數(shù)激光1.0×10-8nm8第二節(jié)紫外-可見(jiàn)吸收光譜一、吸收曲線（吸收光譜）

以物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度A為縱坐標(biāo)，以入射光的波長(zhǎng)λ為橫坐標(biāo)，在200-800nm波長(zhǎng)范圍所繪制的曲線葉綠素a在丙酮溶液中的吸收光譜摩爾吸光系數(shù)ε

在一定λ下，c=1mol/L，b=1cm時(shí)的吸光度，物質(zhì)在一定條件下（波長(zhǎng)，溫度，溶劑）的特性常數(shù)。9二、有機(jī)化合物分子的電子躍遷分子軌道理論反鍵軌道＞非鍵軌道＞成鍵軌道λ/nm能量軌道：電子圍繞分子或原子運(yùn)動(dòng)的幾率分布。101.n→*躍遷孤對(duì)n電子躍遷到*反鍵軌道，含雜原子的飽和有機(jī)化合物

（表2.2）2.→*躍遷

處于成鍵軌道上的電子躍遷到*反鍵軌道，不飽和有機(jī)化合物-C=C-,ε很大（＞104）為強(qiáng)吸收。共軛體系λmax↑3.n→*躍遷孤對(duì)n電子躍遷到*反鍵軌道,C＝O；C＝N；—N＝N—,ε較小吸收波長(zhǎng)200~400nm11三、無(wú)機(jī)化合物分子的電子躍遷2.配位體場(chǎng)躍遷發(fā)生在過(guò)渡元素的配位化合物中。能量相等的d軌道或f軌道分裂成能量不等的軌道間的躍遷1.電荷轉(zhuǎn)移躍遷當(dāng)受到光致激發(fā)時(shí)，電子在分子內(nèi)從供給體外層軌道躍遷到接受體軌道上。由此產(chǎn)生的吸收光譜為電荷轉(zhuǎn)移光譜，ε>10412四、相關(guān)的基本概念1、預(yù)離解躍遷分子接受的能量用于發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂，不產(chǎn)生分子光譜。2、生色團(tuán)、助色團(tuán)生色團(tuán)（發(fā)色團(tuán)）:能吸收紫外可見(jiàn)光的基團(tuán)。具有不飽和鍵和未成對(duì)電子的基團(tuán)C＝O；C＝C；—N＝N—,助色團(tuán)：本身無(wú)紫外吸收，與生色團(tuán)或飽和烴相連，可使吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，并使吸收強(qiáng)度增加的基團(tuán)?！狾H，—NH2,—X

133．長(zhǎng)移和短移吸收峰位置向長(zhǎng)波方向的移動(dòng)，叫長(zhǎng)移（紅移），相應(yīng)的基團(tuán)稱為向紅基團(tuán)吸收峰位置向短波方向移動(dòng)，叫短移（藍(lán)移），相應(yīng)的基團(tuán)稱為向藍(lán)基團(tuán)。（表2.3）增色效應(yīng)（濃色效應(yīng)）：使吸收強(qiáng)度增強(qiáng)。減色效應(yīng)（淡色效應(yīng)）：使吸收強(qiáng)度降低。144．溶劑效應(yīng):溶劑極性的不同，引起吸收峰的紅移或藍(lán)移（1）對(duì)λmax影響：

n-π*躍遷：溶劑極性↑，λmax↓藍(lán)移

π-π*躍遷：溶劑極性↑，λmax↑紅移（2）對(duì)吸收光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)影響溶劑極性↑，苯環(huán)精細(xì)結(jié)構(gòu)消失（3）影響對(duì)光譜強(qiáng)度選擇溶劑時(shí)要考慮溶劑本身的吸收光譜155、吸收帶吸收帶：吸收峰在光譜中的位置。（1）R吸收帶

由含雜原子的不飽和基團(tuán)的n→π*躍遷產(chǎn)生,通常在200~400nm,ε＜100(弱吸收)（2）K吸收帶由共軛體系的π→π*躍遷產(chǎn)生，通常在217~280nm

ε>104，共軛體系增長(zhǎng)，λmax↑→紅移，εmax↑16（3）B吸收帶由芳香族化合物π→π*躍遷產(chǎn)生，通常在230~270nm，一系列吸收峰，又稱精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶,λmax=254nm,ε=100（4）E吸收帶由芳香族化合物的環(huán)狀共軛系統(tǒng)π→π*躍遷產(chǎn)生E1184nmε>104

（在遠(yuǎn)紫外區(qū)）E2204nmε>103

（強(qiáng)吸收）

B吸收帶和E吸收帶芳香族化合物的特征吸收帶可用來(lái)判斷是否有芳香環(huán)存在17第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)一、儀器基本組成光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示器1.光源具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性;輻射光是連續(xù)的且有較長(zhǎng)的使用壽命。紫外區(qū)：氫、氘燈，發(fā)射160～375nm的連續(xù)光譜。可見(jiàn)光區(qū)：碘鎢燈作為光源，350～1000nm。

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2.單色器

將光源發(fā)射的連續(xù)光分出單一波長(zhǎng)的單色光的光學(xué)系統(tǒng)。光柵——衍射和干涉，分出光波長(zhǎng)等距棱鏡——對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同，分出光波長(zhǎng)不等距色散元件狹縫入射狹縫出射狹縫透鏡準(zhǔn)光裝置聚光裝置193.吸收池用于盛放試液或參比溶液的裝置玻璃—能吸收UV光，僅適用于可見(jiàn)光區(qū)石英——不能吸收紫外光，適用于紫外和可見(jiàn)光區(qū)要求：匹配性（對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）

4.檢測(cè)器將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置要求：靈敏度高；響應(yīng)時(shí)間短選擇性高，穩(wěn)定性好

5.信號(hào)顯示器記錄顯示信號(hào)的裝置，工作站、打印機(jī)等20二、儀器的類型1、單波長(zhǎng)單光束分光光度計(jì)2、單波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)參比池光源單色器樣品池檢測(cè)器光源單色器參比池樣品池檢測(cè)器斬光器213、雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)4、多通道分光光度計(jì)λ1λ2檢測(cè)器切光器光源吸收池PMT光源透鏡吸收池光柵光電二極管陣列PDA22第四節(jié)紫外-可見(jiàn)吸收光譜的應(yīng)用一、定性分析從吸收光譜中初步推斷官能團(tuán)，尤其是共軛體系

200～800nm無(wú)吸收，鏈狀或環(huán)狀脂肪族化合物

210～250nm有強(qiáng)吸收帶，ε＞104,兩個(gè)共軛單位

260～300nm有強(qiáng)吸收，可能有3～5個(gè)共軛單位

270～350nm有弱吸收峰，且200~270nm無(wú)吸收，可能有帶孤對(duì)電子的未共軛生色團(tuán)，如羰基

260nm附近有吸收，可能有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)

230～270nm有精細(xì)結(jié)構(gòu)是芳香環(huán)特征結(jié)構(gòu)如果有顏色，共軛生色團(tuán)一般在4~5個(gè)以上231、比較法相同條件下，與標(biāo)準(zhǔn)品或標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較24二、定量分析1、Lambert-Beer’sLaw——定量依據(jù)------------102--------------103------------104-----------------ε弱吸收中吸收較強(qiáng)吸收強(qiáng)吸收ε—L.mol-1.cm-1在一定條件（波長(zhǎng)，溫度，溶劑）下，物質(zhì)特性常數(shù)Lambert-Beer定律適用范圍：?jiǎn)紊猓痪鶆蛳∪芤海ǎ?/p>

10-2mol/L）25例：維生素B12

的水溶液在361nm處的摩爾吸光系數(shù)為207，用1cm比色池測(cè)得某維生素B12溶液的吸光度是0.414，求該溶液的濃度?解：262．比較法相同條件下配制樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液，在同一波長(zhǎng)處測(cè)二者吸光度例：精密吸取B12注射液2.50mL，加水稀釋至10.00mL；另配制對(duì)照液，精密稱定對(duì)照品25.00mg，加水稀釋至1000mL。在361nm處，用1cm吸收池，分別測(cè)定吸光度為0.508和0.518，求B12注射液注射液的濃度？273．標(biāo)準(zhǔn)曲線法配制一系列濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在一定波長(zhǎng)下分別測(cè)定吸光度A。以A為縱坐標(biāo)，濃度c為橫坐標(biāo)，繪制A-c標(biāo)準(zhǔn)曲線。完全相同的條件下，測(cè)定被測(cè)溶液的吸光度，并從標(biāo)準(zhǔn)曲線上找出對(duì)應(yīng)的被測(cè)溶液濃度或含量。BlankStandardSampleSample284．多組分物質(zhì)的定量分析三種情況：1）兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾）2）兩組分吸收光譜單向重疊3）兩組分吸收光譜相互重疊29紅外光能量較低，只能引起分子的振動(dòng)能級(jí)躍遷，振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷——分子振-轉(zhuǎn)光譜紅外光區(qū)：波長(zhǎng)在0.76~1000μm

近紅外區(qū)：0.76~2.5μm中紅外區(qū)：2.5~25μm

遠(yuǎn)紅外區(qū)：25~1000μm第五節(jié)紅外吸收光譜法30紅外吸收光譜：

T%為縱坐標(biāo)，σ或λ為橫坐標(biāo)紅外吸收光譜法：利用物質(zhì)對(duì)紅外光區(qū)電磁輻射的選擇性吸收的特性來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、定性和定量的分析方法，又稱紅外分光光度法T~λ曲線→前密后疏T~σ曲線→前疏后密31IR與UV的區(qū)別IRUV躍遷類型分子振動(dòng)能級(jí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷分子外層價(jià)電子能級(jí)躍遷適用有紅外吸收的化合物n-π*躍遷π-π*躍遷特征性特征性強(qiáng)簡(jiǎn)單、特征性不強(qiáng)用途鑒定化合物類別鑒定官能團(tuán)推測(cè)結(jié)構(gòu)定量 推測(cè)有機(jī)化合物共軛骨架321.產(chǎn)生紅外光譜的條件滿足兩個(gè)條件：

(1)輻射光子具有的能量滿足振動(dòng)躍遷所需的能量；

(2)輻射與物質(zhì)分子間有相互偶合作用。分子振動(dòng)有偶極矩的變化對(duì)稱分子：沒(méi)有偶極矩，輻射不能引起共振，無(wú)紅外活性。如：N2、O2、Cl2

等。非對(duì)稱分子：有偶極矩變化，紅外活性。

一、基本原理33分子振動(dòng)方程式k——化學(xué)鍵的力常數(shù)（N/cm），將化學(xué)鍵兩端的原子由平衡位置拉長(zhǎng)0.1nm后的恢復(fù)力，與鍵能和鍵長(zhǎng)有關(guān)。單鍵：４～６；雙鍵：8～12；三鍵：12～18

μ——折合質(zhì)量，

=m1m2/（m1+m2）Ar—

折合相對(duì)原子質(zhì)量

Ar=Ar

1Ar

2/（Ar

1+Ar

2）

雙原子分子的振動(dòng)化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧K↑,Ar↓,則γ或σ↑342.多原子分子的振動(dòng)振動(dòng)方式的數(shù)目為振動(dòng)的自由度，每個(gè)振動(dòng)自由度相應(yīng)一個(gè)基頻吸收帶E1基態(tài)υ３υ2υ1υ０基頻二倍頻三倍頻35N個(gè)原子組成分子，每個(gè)原子在空間具三個(gè)自由度水分子H2O——非線性分子36CO2分子——線性分子2400/cm660/cm37實(shí)際峰數(shù)比理論值少的原因：（1）振動(dòng)頻率相同，簡(jiǎn)并為一個(gè)峰（2）振動(dòng)頻率相近，儀器無(wú)法分辨，表現(xiàn)為一個(gè)峰（3）振動(dòng)無(wú)偶極矩的變化，不產(chǎn)生吸收光譜（4）振動(dòng)吸收強(qiáng)度太弱或頻率超出檢測(cè)范圍，檢測(cè)不出383.基團(tuán)頻率和指紋區(qū)基團(tuán)頻率：同一類基團(tuán)振動(dòng)頻率非常接近，都在一定頻率區(qū)間出現(xiàn)吸收譜帶，稱為官能團(tuán)的基團(tuán)頻率（4000~1300cm-1）酸酐：1810cm-1,酰氯:1800cm-1,酯類1735cm-1,醛1725cm-1,酮1715cm-139403.基團(tuán)頻率和指紋區(qū)基團(tuán)頻率：同一類基團(tuán)振動(dòng)頻率非常接近，都在一定頻率區(qū)間出現(xiàn)吸收譜帶，稱為官能團(tuán)的基團(tuán)頻率（4000~1300cm-1）酸酐：1810cm-1,酰氯:1800cm-1,酯類1735cm-1,醛1725cm-1,酮1715cm-1指紋區(qū)：在1800~600cm-1區(qū)域中，一些單鍵的振動(dòng)很容易受附近化學(xué)鍵振動(dòng)的影響，分子結(jié)構(gòu)稍有不同，吸收光譜就有細(xì)微的差異，顯示分子的特征，猶如人的指紋。41424000~600cm-12500~1900cm-1叁鍵和累積雙鍵區(qū)4000~2500cm-1氫鍵區(qū)：X-H伸縮振動(dòng)1900~1200cm-1雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)＜1200cm-1單鍵區(qū)表2.8ε＞100

，vs（非常強(qiáng)）20-100，s10-20，m1-10,w紅外光譜中，峰強(qiáng)弱等級(jí)的劃分43影響峰位的因素

化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。

內(nèi)部因素

電子效應(yīng)振動(dòng)偶合氫鍵影響費(fèi)米共振外部因素試樣狀態(tài)測(cè)試條件溶劑極性溫度44電子效應(yīng)a．誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子基團(tuán)使吸收峰向高頻方向移動(dòng)b.共軛效應(yīng)：共軛體系使振動(dòng)頻率移向低波數(shù)區(qū)45氫鍵效應(yīng)費(fèi)米共振

頻率相近的倍頻峰與基頻峰的相互作用使泛頻峰強(qiáng)度增加或分裂46（1）確定試樣的來(lái)源和理化性質(zhì)（2）計(jì)算不飽和度n1、n3、n4、分別為一價(jià)、三價(jià)、四價(jià)原子數(shù)目

U=0飽和脂肪族化合物

U=1一個(gè)雙鍵或脂環(huán)

U=2一個(gè)三鍵或兩個(gè)雙鍵

U=4一個(gè)苯環(huán)例：苯甲醛（C7H6O）不飽和度的計(jì)算二、紅外光譜定性和定量分析1.定性分析47（3）紅外光譜解析

a.紅外光譜解析順序：先特征、后指紋；先強(qiáng)峰，后次強(qiáng)峰；先粗查，后細(xì)找；先否定，后肯定;尋找有關(guān)一組相關(guān)峰→佐證b.峰的三要素：峰位、峰強(qiáng)、峰482.定量分析——基線法靈敏度低，不適于微量組分的測(cè)定49三、紅外吸收光譜儀1.色散型紅外吸收光譜儀特點(diǎn)：掃描速度慢，不能測(cè)定瞬間光譜變化，分辨率低，不能聯(lián)用。502.干涉分光型紅外光譜儀（傅里葉變換紅外光譜儀）特點(diǎn)：分辨率高,波數(shù)精度高（0.01cm-1）靈敏度高（10-9~10-12g）掃描速度快51第六節(jié)實(shí)驗(yàn)技術(shù)一、紫外-可見(jiàn)