紫外可见吸收光谱幻灯片.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,*,第三章 紫外可见吸收光谱,Ultraviolet and visible spectrophotometry,UV,Vis,1,2,3,定义：,紫外可见吸收光谱,:,利用物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫外可见光谱及吸收程度对物质的,组成、含量和结构,进行分析、测定、推断的分析方法。,应用：,应用广泛,不仅可进行定量分析，还可利用吸收峰的特性进行定性分析和简单的结构分析，还可测定一些平衡常数、配合物配位比等。可用于无机化合物和有机化合物的分析，对于常量、微量、多组分都可测定。,特点：,灵敏度高、准确度高、选择性好、操作方便、分析速度快、应用范围广。,3-1,概述,4,3-2,紫外可见吸收光谱法,一、紫外可见吸收光谱的基本原理,（一）紫外可见吸收光谱,由紫外可见分光光度计获得,光源,单色器,吸收池,检测器,显示器,E,电,=,h,光,(200,800,nm),激发态,基态,5,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,6,图,3-1,紫外可见吸收光谱示意图,末端吸收,最强峰,肩峰,峰谷,次强峰,max,min,A,7,max,min,A,2.对于同一待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；,3.,对于同一物质，不论浓度大小如何，,最大吸收峰所对应的波长(最大吸收波长,max,),不变.并且曲线的形状也完全相同。,分析吸收曲线可以,看到：,1.同一浓度的待测溶液对不同波长的光有不同的吸光度;,8,（二）紫外可见光谱的特征,1.吸收峰的形状及所在位置,定性、定结构的依据,2.吸收峰的强度,定量的依据,A=lgI,0,/I=,CL,：,摩尔吸收系数,单位：,L,.,cm,-1,.,mol,-1,A,单色光,I,0,I,L,9,的物理意义及计算,在,数值上等于1,mol/L,的吸光物质在1,cm,光程中的吸光度，,=A/CL，,与入射光波长、溶液的性质及温度有关,（1）,吸光物质在特定波长和溶剂中的一个特,征常数,，定性的主要依据,（2）,值愈大，方法的灵敏度愈高,10,4,强吸收,=10,3,10,4,较强吸收,=10,2,10,3,中吸收,10,4,E,2,=204 nm,较强吸收,10,3,24,图 苯在乙醇中的紫外吸收光谱,苯在,185nm,和204,nm,处有两个强吸收带，分别称为,E,1,和,E,2,吸收带，是由苯环结构中三个乙烯的环状共轭体系的跃迁产生的，是芳香族化合物的特征吸收。,在230270,nm,处有较弱的一系列吸收带，称为精细结构吸收带，亦称为,B,吸收带。,B,吸收带的精细结构常用来辨认芳香族化,合,物。,精细结构：,25,K-E,合并带,245,13000,B,带,278 1110,R,带,319 50,苯环上有发色团且与苯环共轭时，,E,带与,K,带合并，向长波方向移动，形成,K,E,合并带,例：,E,1,185 nm,50000,E,2,204 nm 7400,B 254 nm 200,26,小结：,R,带,n*,弱吸收,K,带,*,强吸收 共轭,B,带,*,中吸收,E,带,*,强吸收,苯环,27,3.,有机化合物的紫外可见光谱,饱和烃及其衍生物,：,饱和烃只有,电子，产生,*,跃迁，,所需能量高,，不产生紫外可见吸收，在远紫外区,饱和烃衍生物，可,产生,n*,跃迁，能量低于,*,跃迁,不饱和烃及其共轭烯烃,孤立双键的化合物 双键和含杂原子的双键化合物产生,*,、,n*、n*,共轭双键的化合物 使,*,所需能量降低，吸收峰长移，吸收强度增强。,28,羰基化合物,羰基化合物含有,C=O,可产生,n*,、,n*,、,*,跃迁。,醛酮的,n*,吸收带在,270300 nm,附近，强度低，,1020,当醛酮的羰基与双键共轭时，形成了，,不饱和醛酮，产生共轭，,n*,、,*,跃迁的波长长移,羧酸羰基与双键共轭时，产生,n*,、,*,跃迁的波长长移,共轭使,*,轨道能量降低。,29,芳香族化合物,E,带和,B,带是芳香族化合物的特征吸收带，,*,跃迁,当苯环上有,羟基、氨基,等取代基时,吸收峰红移,吸收强度增大,.像羟基、氨基等一些助色团，至少有一对非键,n,电子,这样才能与苯环上的电子相互作用,产生助色作用.,取代基不同，变化程度不同，可由此鉴定各种取代基,例：,max,B,带,max,E,2,苯,254 204,甲苯,262 208,苯酚,271 213,苯甲酸,272 230,30,（二）无机化合物的吸收光谱,1.d,d,配位场跃迁,按晶体场理论，金属离子与水或其它配体生成配合物时，原来能量相同的,d,轨道会分裂成几组能量不等的,d,轨道，,d,轨道之间的能量差称为分裂能，配合物吸收辐射能，发生,d,d,跃迁，吸收光的波长取决于分裂能的大小,配位体的配位场越强，,d,轨道的分裂能就越大，吸收峰波长就越短。,31,例：,H,2,O,的配位场强度,NH,3,的配位场强度,Cu(H,2,O),4,2+,吸收峰在794,nm,浅蓝色,Cu(NH,3,),4,2+,吸收峰在663,nm,深蓝色,一些配位体配位场强度顺序,I,-,Br,-,Cl,-,F,-,OH,-,C,2,O,4,2-,=H,2,O SCN,-,吡啶,=NH,3,乙二胺,联吡啶,邻二氮菲,NO,2,-,CN,-,d,d,跃迁跃迁概率较小,很小，一般只有0.1100,L,.,mol,-1,，,定量分析价值不大,可用于配合物的结构研究,32,2.电荷迁移跃迁,指配合物中配位体与金属离子之间，一个电子由一方的一个轨道跃迁到另一方相关的轨道上。,产生电荷迁移跃迁的,必要条件,：一组分是电子给予体，另一组分是电子接收体。,例,:Fe,3+,(SCN,-,),2+,h,Fe,2+,（,SCN),2+,电荷迁移跃迁光谱的,很大，一般在,10,4,以上，用这类谱带进行定量分析，可提高监测灵敏度。,电子接受体,电子给予体,33,（三）影响紫外可见吸收光谱的因素,1.,共轭效应,共轭,中间有一个单键隔开的双键或三键，形成大,键。由于存在共轭双键，使吸收峰长移，吸收强度增加的这种效应,两个生色团处于非共轭状态,各生色团独立的产生吸收,总吸收是各生色团吸收加和.,max,1-,己烯 177 10,4,1.5-,己二烯 178 2,10,4,34,max,1-,己烯 177 10,4,1.3-,己二烯 217 2.1,10,4,1.3.5-,己三烯,258 4.3,10,4,共轭状态,吸收峰向长波方向移动,吸收强度增加。醛、酮和羧酸中碳氧双键同烯键之间的共轭作用会使,*,轨道能量降低,从而使,*,跃迁和,n*,跃迁的吸收峰都发生红移.,共轭效应越大，向长波方向移动越多。,35,2.助色效应,n,共轭 长移,助色团与发色团相连时，助色团的,n,电子与发色团的,电子共轭，使吸收峰长移，吸收强度增加的这种效应,3.超共轭效应,共轭,长移,烷基上的,电子与共轭体系中的,电子共轭，使吸收峰长移，吸收强度增加的这种效应,例：,max=217 nm,max=226 nm,超共轭效应比共轭效应的影响小的多,36,4.空间位阻,由于空间位阻，防碍两个发色团处在同一平面，使共轭程度降低。吸收峰短移，吸收强度降低的这种现象,例：,反式 大共轭体系 顺式,max=294 nm,max=280 nm,=2.710,4,=1.4 10,4,37,5.,溶剂效应,（1）对最大吸收波长的影响,随着溶剂极性的增大,*,跃迁吸收峰向长波方向移动，即发生红移,n*,跃迁吸收峰向短波方向移动，即发生蓝移,例：异亚丙基丙酮,溶剂 正己烷 氯仿 水 极性越大,*230 nm 238 nm 243 nm,长移,n*329 nm 315 nm 305 nm,短移,38,（2）对光谱精细结构和吸收强度的影响,当物质处于,气态,时，其振动光谱和转动光谱亦表现出来，因而具有非常清晰的精细结构。,当它溶于,非极性溶剂,时，由于溶剂化作用，限制分子的自由转动，转动光谱就不表现出来,随着,溶剂极性的增大,，分子振动也受到限制，精细结构就会逐渐消失，合并为一条宽而低的吸收带,。,P21,图32,39,苯酚的庚烷溶液,-,苯酚的乙醇溶液,A,nm,40,选择溶剂的原则,未知物与已知物必须采用相同溶剂,尽可能使用非极性溶剂，以获得精细结构,所选溶剂在测定波长范围内应无吸收或吸收很小,常用溶剂有庚烷、正己烷、水、乙醇等。,书中列出一些常用溶剂的适用波长范围。,41,33,紫外可见分光光度计,一、仪器的基本部件,光源,单色器,吸收池,检测器,显示器,42,43,（一）光源,光源的作用是提供辐射,连续复合光,可见光区,钨灯 320-2500,nm,优点：发射强度大、使用寿命长,紫外光区,氢灯或氘灯 180-375,nm,氘灯的发射强度比氢灯大4倍,玻璃对这一波长有强吸收，必须用石英光窗。,紫外,可见分光光度计同时具有可见和紫外两种光源。,44,（二）单色器,单色器是从连续光谱中获得所需单色光的装置。常用的有棱镜和光栅两种单色器。,棱镜单色器的缺点是色散率随波长变化，得到的光谱呈非均匀排列，而且传递光的效率较低。,光栅单色器在整个光学光谱区具有良好的几乎相同的色散能力。因此，现代紫外,可见分光光度计上多采用光栅单色器。,45,46,（三）吸收池,吸收池是用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿。,它由玻璃或石英材料制成。,玻璃吸收池只能用于可见光区。最常用的吸收池厚度为1,cm。,47,（四）检测器,检测器的作用是检测光信号。常用的检测器有光电管和光电倍增管。,1.光电管,光电管由一个半圆筒形阴极和一个金属丝阳极组成。当照射阴极上光敏材料时，阴极就发射电子。两端加压，形成光电流。,蓝敏光电管为铯锑阴极。适用波长范围：220-625,nm,红敏光电管为银和氧化铯阴极适用波长范围：600-1200,nm。,48,2.光电倍增管,光电倍增管是检测微弱光信号的光电元件。,它由密封在真空管壳内的一个,光阴极、多个倍增极（亦称打拿极）和一个阳极组成,。,通常两极间的电压为75-100,V，,九个倍增极的光电倍增管的总放大数为10,6,-10,7,光电倍增管的暗电流是仪器噪音的主要来源,（五）信号显示器,常用的显示器有检流计、微安计、电位计、数字电压表、记录仪、示波器及数据处理机等。,49,二、仪器的类型,（一）单光束分光光度计,光源,单色器,参比,样品,检测器,显示器,只有一条光路，通过变换参比池和样品池的位置，使它们分别置于光路来进行测定,国产751型、752型、721型、722型、,UV-1100,型、英国,SP-500,型,50,单色器,同步旋转镜,单色器,参比,样品,检测器,显示器,斩光器,光源,（二）双光束分光光度计,51,（三）双波长分光光度计,一个光源，两个单色器，一个吸收池,光源,单色器,单色器,吸收池,检测器,1,2,斩光器,用两种不同波长的单色光束交替照射到样品溶液上，不需使用参比溶液，测得的是样品在两种波长下的吸光度之差,52,1,为选好的测定波长，一般为待测物质的,max,2,为选好的参比波长，一般为待测物质的,min,测得的是样品在两种波长,1,和,2,处的吸光度之差,A，A,为扣除了背景吸收的吸光度,A=A,1,-A,2,=（K,1,-K,2,）CL,优点：,（1）大大提高了测定准确度，可完全扣除背景,（2）可用于微量组分的测定,（3）可用于混浊液和多组分混合物的定量测定,53,3-4,紫外可见吸收光谱法的应用,不同的有机化合物具有不同的吸收光谱，可进行简单的定性分析，但吸收光谱较简单，只能用于鉴定共轭发色团，推断未知物骨架，可进行定量分析及测定配合物配位比和稳定常数,一、定性分析：,(一）比较吸收光谱法,根据化合物吸收光谱的形状、吸收峰的数目、强度、位置进行定性分析,待测样品 相同条件 样品谱,标准物质 标准谱,54,（二）计算,max,的经验规律,用经验规则计算不饱和有机化合物的,max,并与实测值进行比较，然后确认物质的结构。,常用的规则是,Wood Ward（,伍德瓦特）,规则，可计算共轭多烯及,，,不饱和醛酮,化合物。,55,1.共轭多烯的,max,计算,链状共轭二烯,单环共轭二烯,异环共轭二烯,同环共轭二烯,max,217,nm,217nm,214nm,253nm,骨架母体,56,增加值：延伸一个共轭双键,+30,nm,增加一个烷基或环基取代,+5,nm,增加一个环外双键,+5,nm,助色团取代,：,-,Cl,或,Br,+5 nm,-OR,烷氧基,+6,nm,对连接在母体,电子体系上的不同取代基以及其它结构因素加以修正,57,注：,环外双键 是指,C=C,双键直接与环相连，其中一个,C,在环上，,C=,另一个,C,在环外。,同环二烯与异环二烯同时共存时，按同环二烯计算。,58,例1：,基本值,nm,两个烷基取代 ,nm,计算值,max 227 nm,实测值,max 226 nm,59,例：,基本值：17,nm,加一个环外双键,nm,加四个烷基取代,nm,计算值,max nm,实测值,max nm,60,例：,基本值：按同环二烯,nm,加一个共轭双键,nm,加一个环外双键,nm,加三个烷基取代15,nm,计算值,max 3 nm,实测值,max 3nm,61,.,不饱和醛、酮,母体 链状,不饱和醛 基本值,max,207nm,链状,不饱和酮 215,五元环,不饱和酮 202,六元环,不饱和酮 215,O,62,增加值 同环共轭二烯 +39,nm,每增加一个共轭双键 +30,nm,每增加一个环外双键 +5,nm,共轭双键上增加烷基或环基取代,位 +10,nm,位 +12,nm,位及以上 +18,nm,63,例：,链状：基本值 215,nm,位烷基取代,+10,nm,位烷基取代,+12,nm,C,3,计算值,max 237nm,实测值,max 236nm,64,例：,环状：基本值 215,nm,共轭双键 +30,nm,位烷基取代,+18,nm,环外双键,+5,nm,计算值,max 268nm,65,例：,人们对,莎草酮提出两种结构式，实验值,max=252nm，,问是下面那一种结构式?,基本值 215,nm,位烷基取代,+12,nm,计算值,max 227nm,基本值 215,nm,位烷基取代,+10,nm,位烷基取代,+24,nm,环外双键 +5,nm,计算值,max 254nm,66,(三)纯度检查,如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其杂质有较强吸收，就可方便的检出该化合物中的痕量杂质。,例如要鉴定甲醇和乙醇中的杂质苯，可利用苯在254,nm,处的,B,吸收带，而甲醇或乙醇在此波长范围内几乎没有吸收。,又如四氯化碳中有无二硫化碳杂质，只要观察在318,nm,处有无二硫化碳的吸收峰即可。,67,用紫外可见吸收光谱鉴定未知物的结构较困难，因谱图简单，吸收峰个数少，主要表现化合物的发色团和助色团的特征。,利用紫外可见吸收光谱可,确定有机化合物中不饱和基团，还可区分化合物的构型、构象、同分异构体,二、结构分析,68,1.推测官能团,200280,nm,无吸收 不含不饱和键，不含苯环，,可能是饱和化合物,210250,nm,强吸收,*，2,个共轭单位,260350,nm,强吸收,*，3,5,个共轭单位,270350,nm,弱吸收,n,*，,无强吸收，,孤立含杂原子的双键,C=O,-NO,2,-N=N-,260nm（230270）,中吸收,*，,有苯环,69,2.判断同分异构体,酮式结构，无共轭,中吸收 206,nm,(,极性溶剂中为主）,烯醇式结构，共轭体系，,强吸收,=,1.8,10,4,245,nm,(,非极性溶剂中为主）,例：乙酰乙酸乙酯,70,三、定量分析,应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，,大约可测定50多种元素,有机化合物，主要在紫外区,1.单组分物质的定量分析,测定条件：选择合适的分析波长（,max,）,A：0.2-0.8,选择适当的参比溶液,71,（1）比较法：,在一定条件下，配制标准溶液和样品溶液，,在,max,下测,A,标准溶液,A,s,=C,s,L,被测溶液,A,x,=C,x,L,C,x,=C,s,A,x,/A,s,注意：,Cs,与,Cx,大致相当,72,（2）标准曲线法,1 2 3 4 5 样品,标液,C,1,C,2,C,3,C,4,C,5,C,X,A A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,X,A,C,X,A,X,73,2.多组分物质的定量分析（只讨论2组分）,在某特定波长下测定,A,总,=,A,1,+A,2,+A,3,+,吸光度加和性,（1）吸收光谱互不重叠,a b,1,2,在,1,处测,a,组分，,b,组分不干扰,在,2,处测,b,组分，,a,组分不干扰,74,2.多组分物质的定量分析（只讨论2组分）,（2）吸收光谱单向重叠,a b,1,2,A,1,a+b,=A,1,a,+A,1,b,A,2,b,=,2,b,C,b,L,在,1,处,a、b,组分都吸收,在,2,处,b,组分吸收，,a,组,分不干扰,75,首先在,2,处测定,b,组分，因,a,组分不干扰,A,s,b,=,2,b,C,s,b,L,2,b,=,A,s,b,/,C,s,b,L,在,2,处,A,x,b,=,2,b,C,x,b,L,求出,C,x,b,A,1,a+b,=A,1,a,+A,1,b,=,1,a,C,x,a,L+,1,b,C,x,b,L,其中：,1,a,=,A,1,a,/,C,s,a,L,1,b,=,A,1,b,/,C,s,b,L,76,A,1,2,（3）吸收光谱双向重叠,a b,1,为,a,组分的最大吸收波长，,2,为,b,组分的最大吸收波长,1,处：,A,1,a+b,=A,1,a,+A,1,b,=,1,a,C,x,a,L+,1,b,C,x,b,L,2,处：,A,2,a+b,=A,2,a,+A,2,b,=,2,a,C,x,a,L+,2,b,C,x,b,L,77,E,F,A,1,测,2,参,a b,（4）双波长测定法,1,为,a,组分的最大吸收波长，为测定波长,2,为参比波长，,A,1,b,=A,2,b,1,处：,A,1,a+b,=A,1,a,+A,1,b,2,处：,A,2,a+b,=A,2,a,+A,2,b,78,A=,A,1,a+b,A,2,a+b,=(,A,1,a,+A,1,b,),(,A,2,a,+A,2,b,),=,A,1,a,A,2,a,=,1,a,C,X,L,2,a,C,X,L,E,F,A,1,测,2,参,a b,79,四、示差分光光度法,普通的分光光度法采用,不含,被测组分的参比溶液，而示差分光光度法则,使用一定浓度的被测物作参比溶液。,普通 参比,T100%,示差 参比,Cs A,s,=,s,C,s,L T100%,未知液,A,x,=,x,C,x,L,A=A,s,A,x,=(C,s,C,x,)L=,C L,80,1.单标准示差分光光度法,应用于高浓度，低浓度样品的测量,（1）,高浓度溶液,CxCs,高吸光度示差法是用浓度比试样溶液稍低的标准溶液用作参比溶液来调节,T=100%。,81,普通的分光光度法：测得试样的,T=5.0%,配制一浓度稍低的标准溶液,Cs,测得,T=10.0%,二者之差为5%,示差法:用标准溶液,Cs,来调节仪器令,T=100%,再测定试样,Cx,可得,T=50.0%,二者之差为50%。示差法相当于把标尺扩大了10倍，测量读数的相对误差也就缩小了10倍。,82,示差分光光度法(示差法)与普通光度法的关系,示差法:采用浓度稍低于试样的标准溶液(,Cs),作参比溶液调节仪器,T100(A=0)，,再测定试样溶液的吸光度(称为,相对吸光度,)，相对应的透光度称为相对透光度。,普通光度法:以纯溶剂或空白试剂作参比溶液，测得标准溶液及试液的吸光度分别为,As,和,Ax，,对应的透光度为,Ts,和,Tx，,83,普通光度法与示差法的关系,根据朗伯-比尔定律,普通光度法:,A,s,=,s,CsL A,x,=,x,C,x,L,示差法:,A=A,s,-A,x,=(C,s,-C,x,)L=,C L,上式意义：在符合朗伯-比尔定律测定浓度范围内，示差法测得的相对吸光度(,A,),与被测溶液和参比溶液的浓度差(,Cs-Cx,即,C),成正比，即可用于定量测定。此时试液的,T50，,令读数落在适宜的范围内，提高了测定的准确度。,84,（2）低浓度溶液,CxCs,用,Cs,调,T=0，,再用纯溶剂调,T=100%，,测,Cx,的,T,或,A,把原来的90%100%一段扩展成0100%，透光率扩大了10倍。被测物质的透光率由95%50%。,85,2、双标准示差分光光度法,Cs1CxCs2,用,Cs1,调,T=0，Cs2,调,T=100%，,测,Cx,的,T,或,A,Cx1,Cx2,86,五、导数分光光度法,对吸收光谱曲线进行一阶或高阶求导，可得到各种导数光谱曲线,1.导数光谱的优点,最大优点是分辨率大大提高,（1）能够分辨两个或两个以上完全覆盖或以很小波长差相重叠的吸收峰,（2）能够分辨吸光度急剧上升时所掩盖的弱吸收峰,（3）能够确认宽阔吸收带的最大吸收峰（随着导数阶数的增加，吸收峰的尖锐程度增大，比较准确的确定,max,87,实际应用中，常用二阶导数光谱,一 阶,二 阶,88,2.导数光谱的定量分析,若将,A,=,CL,对波长,进行几次求导，式中只有,A,、,是,的函数,经,n,次求导后，吸光度的导数值与吸收物的浓度仍成正比，可进行定量分析,最大的优点是可提高检测灵敏度,89,