北京化工大學(xué)儀器分析第六章紫外可見(jiàn)應(yīng)用課件

有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜1.飽和烴及其取代衍生物

飽和烴類(lèi)分子中只含有鍵，只能產(chǎn)生*躍遷。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，超出紫外、可見(jiàn)分光光度計(jì)的測(cè)量范圍。飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n*的躍遷。n*的能量低于*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收波長(zhǎng)發(fā)生了紅移，顯示了助色團(tuán)的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實(shí)用價(jià)值不大。但是它們是測(cè)定紫外和可見(jiàn)吸收光譜的良好溶劑。12.不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類(lèi)分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和*兩種躍遷。*躍遷的能量小于*躍遷。例如，在乙烯分子中，*躍遷最大吸收波長(zhǎng)為180nm

在不飽和烴類(lèi)分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的雙鍵共軛時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)，*躍遷的吸收帶將明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱(chēng)為K帶。

有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜23.羰基化合物

羰基化合物含有C=O基團(tuán)。C=O基團(tuán)主要可產(chǎn)生*、n*、n*三個(gè)吸收帶，n*吸收帶又稱(chēng)R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等。羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n*吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對(duì)的助色團(tuán)，如-OH、-Cl、-OR等，由于助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n共軛，導(dǎo)致*軌道的能級(jí)有所提高，使n*躍遷所需的能量變大，n*吸收帶藍(lán)移至210nm左右。有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜35.稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個(gè)吸收帶，但這三個(gè)吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長(zhǎng)紅移越多，吸收強(qiáng)度也相應(yīng)增加。當(dāng)芳環(huán)上的-CH基團(tuán)被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外由于引入含有n電子的N原子的，這類(lèi)雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n*吸收帶。有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜5溶劑對(duì)紫外吸收光譜的影響1.溶劑的極性

溶劑的極性越強(qiáng)，由π→π＊躍遷產(chǎn)生的譜帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)越顯著。這是因?yàn)榘l(fā)生π→π＊躍遷的分子激發(fā)態(tài)的極性總大于基態(tài)，在極性溶劑的作用下，激發(fā)態(tài)能量降低的程度大于基態(tài)，從而使基態(tài)到激發(fā)態(tài)躍遷所需的能量變小，使吸收帶發(fā)生紅移。

所用溶劑極性越強(qiáng)，則由n→π＊躍遷產(chǎn)生的譜帶向短波方向移動(dòng)越明顯，即藍(lán)移越大。發(fā)生n→π＊躍遷的分子都含有未成鍵的孤對(duì)電子，與極性溶劑形成氫鍵，使得分子的非鍵軌道能量有較大程度的降低，使n→π＊躍遷所需的能量相應(yīng)增大，致使吸收譜帶發(fā)生藍(lán)移。62.pH值對(duì)紫外光譜的影響pH值的改變可能引起共軛體系的延長(zhǎng)或縮短，從而引起吸收峰位置的改變，對(duì)一些不飽和酸、烯醇、酚及苯胺類(lèi)化合物的紫外光譜影響很大，如果化合物溶液變?yōu)閴A性時(shí)，吸收峰發(fā)生紅移，表明該化合物為酸性物質(zhì)。如果變?yōu)閴A性，發(fā)生藍(lán)移，可能為芳胺。例如：苯酚（當(dāng)pH大于7時(shí)，發(fā)生紅移）苯胺與鹽酸苯胺溶劑對(duì)紫外吸收光譜的影響7三、光的吸收定律比耳(Beer)—1852年

朗伯—比耳定律光的吸收程度和吸收物濃度之間的關(guān)系

A∝c9三、光的吸收定律光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系A(chǔ)∝b光的吸收程度和吸收物濃度之間的關(guān)系

A∝c

朗伯—比耳定律

A=ε

bc吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測(cè)定的依據(jù)朗伯(Lambert)比耳(Beer)10A：吸光度---溶液對(duì)光的吸收程度b：液層厚度(光程長(zhǎng)度,cm)c：溶液的摩爾濃度，mol·L－１ε：摩爾吸光系數(shù)，L·mol－１·cm－１；三、光的吸收定律A＝lg（I0/It)=εbc濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長(zhǎng)下的吸光度A＝lg（I0/It)=abcc：溶液的濃度，g·L－１

a：吸光系數(shù)，L·g－１·cm－１

濃度為1g/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長(zhǎng)下的吸光度a——εa=ε/M

（M為摩爾質(zhì)量）

11三、光的吸收定律透過(guò)率T—

入射光透過(guò)溶液的程度T=It/I0吸光度A與透過(guò)率T的關(guān)系:A

＝－lgT

13偏離朗伯—比耳定律的原因

當(dāng)溶液濃度較高時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲，稱(chēng)為偏離朗伯—比耳定律。原因物理性因素化學(xué)性因素14物理性因素難以獲得真正的純單色光——儀器的原因選擇比較好的單色器將入射波長(zhǎng)選定在待測(cè)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)且吸收曲線較平坦處解決辦法前提條件之一：入射光為單色光15例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2Ｏ72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同,故溶液pH對(duì)測(cè)定有重要影響.17四、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)18四、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)19波長(zhǎng)330~800nm722型光柵分光光度計(jì)四、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)21光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)光源單色器狹縫樣品室檢測(cè)器22顯示屏波長(zhǎng)調(diào)節(jié)旋鈕比色池架四、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)23

將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長(zhǎng)單色光的光學(xué)系統(tǒng)。單色器棱鏡、光柵25狹縫狹縫是指由一對(duì)隔板在光通路上形成的縫隙，用來(lái)調(diào)節(jié)入射單色光的純度和強(qiáng)度，也直接影響分辯力。出射狹縫的寬度通常有兩種表示方法：一為狹縫的實(shí)際寬度，以毫米（mm）表示，另一種為光譜頻帶寬度，即指由出射狹縫射出光束的光譜寬度，以nm表示。例如，出射狹縫的寬度是6nm，并不是說(shuō)出射狹縫的寬度是6nm，而是指由此狹縫射出的光具有6nm的光譜帶寬。

26單光束儀器HW紅藍(lán)S1S2單色器樣品室29單光束儀器的缺點(diǎn)：操作麻煩： 空白——IO樣品——I任一波長(zhǎng)

不能進(jìn)行吸收光譜的自動(dòng)掃描光源不穩(wěn)定性影響測(cè)量精密度30雙光束儀器IOI31雙光束儀器的特點(diǎn)和不足：測(cè)量方便，不需要更換吸收池補(bǔ)償了儀器不穩(wěn)定性的影響實(shí)現(xiàn)了快速自動(dòng)吸收光譜掃描不能消除試液的背景成分吸收干擾32雙波長(zhǎng)儀器切光器12采用雙單色器33/nmA0200300400待測(cè)成分干擾成分12選擇等吸收的兩個(gè)波長(zhǎng)34消除光譜重疊干擾A1=Aa

1+Ai1

A2=Aa

2+Ai2

Ai1=Ai2

A=A1-

A2(從圖中可知)

=

Aa2-Aa

1=（a1-a2）bCa消除了共存組分的干擾35雙波長(zhǎng)儀器能否消除背景干擾？A1=lgI0/I1=1bC+AbA2=lgI0/I2=2bC+Ab式中Ab為背景吸收或干擾物質(zhì)的吸收若波長(zhǎng)選擇合適，1和2處

Ab相同36則A=lgI1/I2=（1-2）bC因此測(cè)量?jī)刹ㄩL(zhǎng)吸光度之差，就消除了背景吸收的干擾。37/nmA0200300400123多組分混合物中各組分分別測(cè)定

——多波長(zhǎng)分光光度法38A1=11C1+12C2+13C3

A2=21C1+22C2+23C3A3=31C1+32C2+33C3ij為在波長(zhǎng)i測(cè)定組分j的摩爾吸光系數(shù)Ai為在波長(zhǎng)i測(cè)得該體系的總吸光度解上聯(lián)立方程可求出待測(cè)物濃度C1、C2、C339顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇顯色反應(yīng)將待測(cè)組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)顯色劑與待測(cè)組分形成有色化合物的試劑五、無(wú)機(jī)分析應(yīng)用顯色反應(yīng)類(lèi)型絡(luò)合反應(yīng)氧化還原反應(yīng)取代反應(yīng)縮合反應(yīng)選擇要素靈敏度高(大)

選擇性好(以金納米為例)有色生成物穩(wěn)定組成恒定(不同絡(luò)合比顏色不同)顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)處無(wú)明顯吸收有色化合物與顯色劑顏色對(duì)比度大，要求△>60nm。40顯色條件的選擇1.顯色劑用量P1602.反應(yīng)體系的酸度

影響金屬離子和顯色劑的存在形式、絡(luò)合物組成、穩(wěn)定性及反應(yīng)進(jìn)行程度41顯色條件的選擇3.顯色時(shí)間4.顯色溫度5.溶劑6.干擾的消除選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件加入掩蔽劑分離干擾離子(萃取法、離子交換法、吸附法等）42吸光度測(cè)量條件的選擇1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷涔獠ㄩL(zhǎng)

一般應(yīng)該選擇λmax為入射光波長(zhǎng)。但如果λmax處有共存組分干擾時(shí)，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長(zhǎng)（P163

圖7-17）。2.控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）Tmin＝36.8%,Amin＝0.434（吸光度測(cè)量誤差最?。┳罴炎x數(shù)范圍T%=70％～10％A=0.15～1.043

3.選擇合適的參比溶液若僅待測(cè)組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物有吸收，其它試劑均無(wú)吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；若顯色劑或其它試劑略有吸收，試液本身無(wú)吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；若待測(cè)試液有吸收，而顯色劑等無(wú)吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液。44定性分析結(jié)構(gòu)分析標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算官能團(tuán)鑒定順?lè)串悩?gòu)體的確定互變異構(gòu)體的確定P147~149五、有機(jī)分析應(yīng)用45化合物的定性分析

利用紫外光譜可以推導(dǎo)有機(jī)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(jī)化合物遠(yuǎn)不如利用紅外光譜有效，因?yàn)楹芏嗷衔镌谧贤鉀](méi)有吸收或者只有微弱的吸收，并且紫外光譜一般比較簡(jiǎn)單，特征性不強(qiáng)。利用紫外光譜可以用來(lái)檢驗(yàn)一些具有大的共軛體系或發(fā)色官能團(tuán)的化合物，可以作為其他鑒定方法的補(bǔ)充。鑒定化合物主要是根據(jù)光譜圖上的一些特征吸收，特別是最大吸收波長(zhǎng)λmax即摩爾吸光系數(shù)ε值，來(lái)進(jìn)行鑒定。46鑒定的方法有兩種：（1）與標(biāo)準(zhǔn)物、標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照：將樣品和標(biāo)準(zhǔn)物以同一溶劑配制相同濃度溶液，并在同一條件下測(cè)定，比較光譜是否一致。（2）吸收波長(zhǎng)和摩爾吸光吸收：如果樣品和標(biāo)準(zhǔn)物的吸收波長(zhǎng)相同，摩爾吸光吸收也相同，可以認(rèn)為樣品和標(biāo)準(zhǔn)物是同一物質(zhì)?；衔锏亩ㄐ苑治?7⑴若在200～750nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)吸收峰，則可能是直鏈烷烴、環(huán)烷烴、飽和脂肪族化合物或僅含一個(gè)雙鍵的烯烴等。不含共軛體系，無(wú)醛、酮、溴、碘。官能團(tuán)鑒定⑵若在270～350nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有低強(qiáng)度吸收峰(ε＝10～100L·mol-1·cm-1),（n→π躍遷），則可能含有一個(gè)簡(jiǎn)單非共軛且含有n電子的生色團(tuán)，如羰基。⑶若在2５0～300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有中等強(qiáng)度的吸收峰則可能含苯環(huán)?；衔锏慕Y(jié)構(gòu)分析48⑷若在210～250nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收峰，則可能含有2個(gè)共軛雙鍵；若在260～300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收峰，則說(shuō)明該有機(jī)物含有3個(gè)或3個(gè)以上共軛雙鍵。⑸若該有機(jī)物的吸收峰延伸至可見(jiàn)光區(qū)，則該有機(jī)物可能是長(zhǎng)鏈共軛或稠環(huán)化合物?；衔锏慕Y(jié)構(gòu)分析49五、應(yīng)用-有機(jī)分析異構(gòu)體的確定反式異構(gòu)體的λmax和εmax大于順式異構(gòu)體化合物純度的檢驗(yàn)氫鍵強(qiáng)度的測(cè)定成分分析50異構(gòu)體的確定

對(duì)于構(gòu)造異構(gòu)體，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算出λmax值與實(shí)測(cè)值比較，即可證實(shí)化合物是哪種異構(gòu)體。對(duì)于順?lè)串悩?gòu)體，一般來(lái)說(shuō)，某一化合物的反式異構(gòu)體的λmax和εmax大于順式異構(gòu)體。另外還有互變異構(gòu)體，常見(jiàn)的互變異構(gòu)體有酮－烯醇式互變異構(gòu)，如乙酰乙酸乙酯的酮－烯醇式互變異構(gòu)。51成分分析

紫外光譜在有機(jī)化合物的成分分析方面的應(yīng)用比其在化合物定性鑒定方面具有更大的優(yōu)越性，方法的靈敏度高，準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性都很好，應(yīng)用非常廣泛。只要對(duì)近紫外有吸收或可能有吸收的化合物，均可用紫外分光光度法進(jìn)行測(cè)定，定量基礎(chǔ)朗伯-比爾定律。52測(cè)定蛋白濃度蛋白濃度可用紫外吸收