紫外吸收光谱分析(课堂PPT).ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 紫外吸收光谱分析,9-1,分子吸收光谱,9-2,有机化合物的紫外吸收光谱,9-3,无机化合物的紫外及可见光吸收光谱,9-4,影响 紫外吸收光谱的因素,9-5,紫外及可见光分光光度计,9-6,紫外吸收光谱的应用,1,4.,了解紫外吸收光谱法的定性分析和定量分析方法及其应用。,教学重点与难点：,1.,分子吸收光谱的产生及特征；,2.,紫外吸收光谱法的定性分析和定量分析,教学目的及要求,1.,理解分子吸收光谱的产生及特征；,2.,了解紫外分光光度计的主要部件及其类型；,3.,掌握紫外吸收光谱仪操作条件的选择；,2,在光谱分析中，依据物质对光的,选择性吸收,而建立起来的分析方法称为吸光光度法,主要有,:,红外吸收光谱：分子振动转动光谱，,吸收光波长范围,2.5,1000 m,主要用于,有机化合物结构鉴定。,紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，,吸收光波长范围,200,380 nm(,近紫外区,),，,可用于,结构鉴定和定量分析,。,可见吸收光谱：电子跃迁光谱，,吸收光波长范围,380750 nm,，,主要用于,有色物质的定量分析。,9-1,分子吸收光谱,3,紫外,-,可见分光光度法的特点：,1,与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和操作都比较,简单，费用少，分析速度快,;,2,灵敏度高,;,3,选择性好,;,4,精密度和准确度较高,;,5,用途广泛。,4,1,原理,运动的,分子,外层电子,-,吸收,紫外,-,可见光区的辐射,-,产生电子能级跃迁,-,紫外,-,可见吸收光谱,一、紫外,-,可见分子吸收光谱与电子跃迁,5,一、紫外,-,可见分子吸收光谱与电子跃迁,物质分子内部三种运动形式：,1.,电子相对于原子核的运动，,2.,原子核在其平衡位置附近的相对振动,3.,分子本身绕其重心的转动。,6,分子具有三种不同能级：,电子能级、振动能级和转动能级,。,三种能级都是,量子化,的，且各自具有相应的能量,分子的内能：电子能量,E,e,、振动能量,E,v,、转动能量,E,r,即,e+,v+,r,e,v,r,其中,Ee,：,1-20eV;,Ev,：,0.05-1eV;,Er,：,0.05eV,7,由于三种能级跃迁所需能量不同，所以需要,不同波长,的电磁辐射使它们跃迁，即在,不同的光学区,出现吸收谱带，形成所谓的,带状光谱,不同物质,结构不同,或者说其分子能级的,能量间隔各异,，因此不同物质将,选择性,地吸收,不同波长或能量,的外来辐射，这是,UV-Vis,定性分析的基础,苯蒸气的吸收曲线,8,讨论：,（,1,）,转动能级,间的能量差,r,：,0.005,0.050eV,，跃迁产生,吸收光谱位于远红外区,。远红外光谱或分子转动光谱；,（,2,）,振动能级,的能量差,v,约为：,0.05,eV,，跃迁产生的,吸收光谱位于红外区,，红外光谱或分子振动光谱；,（,3,）,电子能级,的能量差,e,较大,1,20eV,。电子跃迁产生的吸收光谱在,紫外,可见光区,，,紫外,可见光谱或分子的电子光谱。,9,（,4,）吸收光谱的,波长分布,是由产生谱带的,跃迁能级间的能量差所决定,，反映了分子,内部能级分布状况,，是,物质定性的依据,。,（,5,）,吸收谱带的强度,与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供,分子结构的信息,。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数,max,也作为定性的依据,。,不同物质的,max,有时可能相同，但,max,不一定相同；,（,6,）,吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。,10,吸收曲线,将不同波长的光透过某一固定浓度和厚度的待测溶液，,测量每一波长下待测溶液对光的吸收程度（即吸光度），,然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，可得一曲线。,这曲线描述了物质对不同波长的吸收能力,，称吸收曲线或吸收光谱。,L,不同波长的光,11,吸收曲线的讨论：,同一种物质对不同波长光的吸光度不同,。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长,max,不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似,max,不变。而,对于不同物质，它们的吸收曲线形状和,max,则不同,。,12,吸收曲线,可以提供物质的,结构信息,，并作为物质,定性分析,的依据之一。,不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度,A,有差异，在,max,处吸光度,A,的差异最大。此特性可作为物质,定量分析的依据,。,13,胆甾醇,异亚丙基丙酮,共轭基团相同的不同分子，紫外、可见吸收光谱很相似。,O=CC=C,两分子具有相同的共轭基团,14,4-2,有机物和无机物的紫外、可见吸收光谱,一 有机物的吸收光谱与电子跃迁,（一）,电子跃迁类型,n,15,电子跃迁能级示意图,16,它们的能级高低为：,n,*,n ,*,*,n,*,17,跃迁,所需能量最大,，,电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。,饱和烷烃,的分子吸收光谱出现在远紫外区,(,吸收波长,200nm,的光,),，但当它们,与生色团相连,时，就会发生,n,共轭作用,，,增强,生色团的,生色能力,(,吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加,),，这样的基团称为助色团。,24,有机化合物的吸收谱带常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长,max,和吸收强度发生变化,.,max,向长波方向移动称为红移,，,向短波方向移动称为蓝移,(,或紫移,),。吸收强度即摩尔吸光系数,增大或减小,的现象分别称为,增色效应或减色效应,，如图所示。,3),红移和蓝移,(,或紫移,),25,四 各种常见有机化合物紫外吸收光谱,1.,饱和烃及其取代衍生物,饱和烃类：,分子中只含有,键,，因此只能产生,*跃迁，,最大吸收峰一般,小于,150nm,，已超出紫外可见分光光度计的测量范围，处于真空紫外区。,26,饱和烃的取代衍生物：,如卤代烃，其卤素原子上存在,n,电子，可产生,n,*,的跃迁。,n,*,的能量低于,*。其相应的吸收波长,小于,200nm,直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的,实用价值不大。但是它们是测定紫外吸收光谱的良好溶剂。例：己烷、氯仿。,27,2.,不饱和烃及共轭烯烃,(A),非共轭不饱和烯烃,除含有,键,外，还含有,键,，它们可以产生,*,和,*,两种跃迁。,*跃迁的能量小于,*跃迁。例如，在乙烯分子中，,*跃迁最大吸收波长为,180nm,左右。,C=C,发色基团，但,*,200nm,。,max,=177nm,28,（,B,）共轭烯烃,*,在,不饱和烃类分子中，当有两个以上的,双键共轭,时，随着共轭系统的,延长,，,*跃迁的吸收带将,明显,向,长波,方向,移动,，吸收强度也随之,增强,。共轭双键,愈多,，红移,愈显著,，甚至产生颜色。,在,共轭体系中，,*跃迁产生的吸收带又称为,K,带,。,K,带,共轭非封闭体系的,*跃迁,29,30,3,.,羰基化合物,C=O,基团可产生,n,*,、,n,*,、,*,三个吸收带，,n,*,吸收带又称,R,带,，落于近紫外或紫外光区，,R,带,吸收较,弱,（,max,100,）,醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于在结构上的差异，它们,n,*,吸收带,的光区稍有不同。,醛酮的,羰基与双键共轭,时，形成不饱和醛酮类化合物，发生,红移，强度增强,31,苯,*,跃迁的三个吸收带,E,1,带,:,180 nm =60000,E,2,带,:,204 nm =8000,B,带,:,256 nm =200,4,.,苯及其衍生物,苯有三个吸收带，是由,*与,苯环振动能级跃迁叠加引起；,B,带也称精细结构吸收带,.,32,苯环上的取代基使,B,带简化、红移，,吸收强度增大,。,苯,甲苯,苯胺,化合物,max,(nm)(,B,带,),max,苯,256,200,甲苯,261,300,间二甲苯,263,300,1,3,5-,三甲苯,266,305,33,苯环与羰基双键,共轭,羰基双键：,K,带和,R,带红移；,苯环：,B,带简化，,E,2,带与,K,带重合且红移,乙酰苯的紫外吸收光谱,34,稠环芳烃及杂环化合物,苯的三个吸收带红移，且强度增加。苯环的数目越多，波长红移越多。,蒽,萘,芘,35,9-3,无机化合物的紫外及可见光吸收光谱,产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的,电子跃迁形式，一般分为两大类：,电荷迁移跃迁和配位场跃迁,。,36,一、电荷迁移跃迁,M,n+,+L,b-,M,(n-1)+,L,(b+1)-,h,Fe,3+,SCN,-,2+,Fe,2+,SCN,2+,h,无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。,M,为中心离子，是电子接受体，,L,是配体，为电子给予体。受辐射能激发后，使一个电子从给予体外层轨道向接受体跃迁而产生,电荷迁移吸收光谱,。,37,二、配位场跃迁,配位场跃迁包括,d-d,跃迁和,f-f,跃迁,。元素周期表中,第四、五周期,的,过渡金属元素,分别含有,3d,和,4d,轨道，,镧系和锕系元素,分别含有,4f,和,5f,轨道。在配体的存在下，过渡元素五个能量相等的,d,轨道和镧系元素七个能量相等的,f,轨道分别,分裂,成几组能量不等的,d,轨道和,f,轨道。,38,当它们的离子,吸收光能,后，,低能态的,d,电子或,f,电子可以分别跃迁至高能态的,d,或,f,轨道,，这两类跃迁分别称为,d-d,跃迁和,f-f,跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的,配位场作用下才可能发生,，因此又称为配位场跃迁。,39,八面体场,E,配位场跃迁属禁戒跃迁，吸收强度弱，,max,210,甘油,230,乙醇,210,氯仿,245,甲醇,210,四氯化碳,265,异丙醇,210,乙酸甲酯,260,正丁醇,210,乙酸乙酯,260,96%,硫酸,210,乙酸正丁酯,260,乙醚,220,苯,280,二氧六环,230,甲苯,285,二氯甲烷,235,吡啶,303,己烷,200,丙酮,330,环己烷,200,二硫化碳,375,吸收光谱中常用的溶剂,44,2,共轭体系的存在,-,红移,如,CH,2,=CH,2,的,*,跃迁，,max,165200nm,；而,1,3-,丁二烯，,max,=217nm,由于相间的,键与,键相互作用，产生,共轭效应，生成大,键,，使,*,轨道的能量降低，,*,跃迁所需的,能量也减小,，所以生色团的吸收谱带移向,长波区,，且,吸收强度增加,45,共轭双键数增加，波长红移,46,例下列两对异构体，能否用紫外光谱加以区别？,（）,（）,解；可以，（）中第一个化合物含有三个共轭双键，最大吸收波长比第二种化合物要长，强度也较高同理（）中第二个化合物含有三个共轭双键,47,一、基本组成,二、分光光度计的类型,9-5,紫外及可见光分光光度计,48,图 紫外分光光度计,1,：光源；,2,：单色器；,3,：吸收池；,4,：检测器；,5,：信号指示系统,一、主要部件与性能,49,（一）光源,基本要求,所需的光谱区域内能够发射,连续辐射,足够的辐射,强度,良好的,稳定性,辐射,能量,随波长的,变化,应尽可能,小,50,连续光源,可见区,钨灯,碘钨灯,紫外区,氘灯,氢灯,可见光,400,750nm,紫外光,200,400 nm,51,（二）单色器,1,单色器：能从光源辐射的复合光中分出单色光的装置,2,组成：狭缝、准直镜、,色散元件（棱镜，光栅）,3,棱镜色散原理：依据不同的波长光通过棱镜时有,不同,的,折射率,而将不同波长的光分开,(1),玻璃,棱镜：由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于,350 3200 nm,的波长范围，即只能用于,可见光,域内,(2),石英,棱镜：石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从,185 4000nm,，即可用于,紫外、可见和近红外,三个光域,52,4,光栅,原理,：利用光的,衍射与干涉,作用制成的,范围,：紫外、可见及红外光域，而且在,整个波长区,具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力,优点,：它具有色散,波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备,等优点,缺点,：各级光谱会重叠而产生干扰,可用二维色散技术克服,53,54,（三）吸收池,1,吸收池功能：用于盛放分析试样,2,材料,玻璃,能吸收,UV,光，仅适用于,可见光,区,石英,不能吸收紫外光，适用于,紫外和可见光区,3,要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致），为减少,光的损失，吸收池的光学面必须完全,垂直,于光束方向,55,（四）检测器,1,功能：检测信号、测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置,2,检测器类型：,光电池、光电管和光电倍增管,3,硒光电池,：光的敏感范围为,300800nm,，其中,500 600nm,最为灵敏。一般用于,低档,的分光光度计中,4,光电管,：在紫外,-,可见分光光度计上应用较为广泛,5,光电倍增管,：检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏度比一般的光电管要,高,200,倍,，因此可使用,较窄,的单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有,较好的分辨能力,56,（五）信号指示系统,作用：放大信号并以适当方式指示或记录下来,常用装置：直读检流计、电位调节指零装置，数字显示或自动记录装置,57,二、紫外,-,可见分光光度计的类型,单光束分光光度计,双光束分光光度计,双波长分光光度计,58,0.575,光源,单色器,吸收池,检测器,读出系统,单光束分光光度计,59,特点：,使用时来回拉动吸收池（,轮流通过,参比溶液和样品溶液）移动误差,结构简单，操作方便，维修容易,适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。,60,光通量的比值,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,光束分裂器,单波长双光束分光光度计,61,自动记录，快速全波段扫描。,可消除光源,不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响,，,特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。,特点,：,不用拉动吸收池,(,同时,通过参比溶液和待测溶液），可以减小移动误差,可以自动扫描吸收光谱,62,双波长分光光度计,特点：,可消除干扰和吸收池不匹配引起的误差，不需要参比溶液,适用于分析多组分混合物，混浊试样（如生物组织液）,将不同波长的两束单色光,(,1,、,2,),快速交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。,无需参比池,。,=,1,2nm,。,两波长同时扫描即可获得导数光谱。,63,测量信号：,64,两波长处的背景,吸收相等,定量分析关系式：,自动校正背景吸收原理,65,9-6,紫外吸收光谱的应用,物质的,紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团和主色团的特性，不是整个分子的特性,。,因此，单凭紫外光谱不能完全确定物质的分子结构，还需要与其它物理化学手段结合（,IR,NMR,MS,）,才能得到可靠的结论。,利用紫外光谱可以提供一些有价值的分析数据。,紫外吸收光谱,主要用于有机化合物的分析和鉴定，同分异构体的鉴别，物质结构的测定,等。,66,一、,定性分析,不同的有机化合物具有不同的吸收光谱。根据化合物的特征吸收峰,波长和强度,可以进行物质的鉴定，,结合红外光谱，质谱和核磁共振谱,进行定性鉴定和结构分析,波长,吸收带,结构,200,400nm,无,饱和直链烃，脂环烃，饱和脂肪烃,270,350 nm,弱,简单的非共轭发色团,210,250 nm,强,共轭双键,250,300 nm,中等强度,苯环,67,二、有机化合物的构型，构象测定,（,1,）顺反异构,一般，,反式异构体的,max,和,max,比相应的顺式异构体大,在顺式肉桂酸和反式肉桂酸中，顺式空间位阻大，苯环与侧链双键,共平面性差,，不易产生共轭；反式空间位阻小，双键与苯环在同一平面上，,容易产生共轭,。因此，反式的最大吸收波长,max=295 nm,，而顺式的最大吸收波长,max=280 nm,肉桂酸,68,（,2,）互变异构体,根据紫外吸收光谱的,max,判断是否存在互变异构体,酮式,没有共轭双键，它在,204nm,处仅有弱吸收；而,烯醇式,由于有,共轭双键,，因此在,245nm,处有,强的,K,吸收带,（,=18000Lmol,-1,cm,-1,),。,乙酰乙酸乙酯,69,三、纯度检查,如果一化合物在紫外区,没有,吸收峰，而其中的,杂质有较强吸收,，就可方便地检出该化合物中的痕量杂质。,例如：要检定乙醇中的杂质,苯,，可利用苯在,256nm,处的,B,吸收带，而甲醇或乙醇在此波长处几乎没有吸收。,乙醇,含,10ppm,苯的乙醇,70,乙醇,含,10ppm,苯的乙醇,苯溶液,含,10,-6,M,蒽的苯溶液,a),根据吸收光谱判断,b),根据,lg,判断,例如：标准菲,现测得某菲的精制品 ，说明精制品不纯。,三、纯度检查,71,四 定量分析,根据朗伯比尔定律，物质在一定波长处的,吸光度与它的浓度成正比,，因此，选择合适的波长，测定溶液的吸光度就可求出溶液的浓度和物质的量。,72,四、定量分析,1,、单组分定量方法,校准曲线法,73,在 处：在 处：解此方程组得：,注：上述讨论中 由纯物质测得。,2,、多组分定量方法,解联立方程组,74,芦丁含量测定：取样品,3mg,稀释至,25mL,。,0.710mg/25mL,75,作业,7,，,9,76,