第八章紫外可见吸收光谱.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,*,第八章 紫外-可见光谱法,U,ltra,v,iolet and,Vis,ible Absorption Spectrum,8-1,概述,8-2,基本原理,8-3,吸收光谱与分子结构的关系,8-4,紫外吸收光谱仪,8-5,应用,一分子吸收光谱的产生,由能级间的跃迁引起,分子光谱：带光谱,8-1,概述,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:,紫外吸收光谱,：电子跃迁光谱，吸收光波长范围,200,400,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,400750,nm,，,主要用于有色物质的定量分析。,红外吸收光谱,：分子振动光谱，吸收光波长范围,2.5,1000,m,主要用于有机化合物结构鉴定。,二、,分子吸收光谱的分类,按分析方法分：,比色法（目视比色，光电比色），分光光度法,光的互补：蓝,黄,目视比色,:,眼睛,光电比色,:,滤光片光电检测器,分光光度法：单色器光电检测器,8-2,基本原理,1.,吸收曲线,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。,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。,在,max,处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中,选择入射光波长,的重要依据。,二、光的吸收定律,1.朗伯,比耳定律,布格(,Bouguer,),和朗伯(,Lambert),先后于1729年和1760年阐明了光的,吸收程度和吸收层厚度,的关系。,A,b,1852年比耳(,Beer),又提出了光的,吸收程度和吸收物浓度,之间也具有类似的关系。,A c,二者的结合称为,朗伯,比耳定律,，其数学表达式为：,A,lg,T,lg,（,I,t,/,I,0,)=,b c,2.,摩尔吸光系数,A,-,lg,T,b c,吸光物质的特征常数,(,),；,在最大吸收波长,max,处，常以,max,表示。,在温度和介质条件一定时，,仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；,不随浓度,c,和光程长度,b,的改变而改变：,bc,/,A,。,吸光能力与测定灵敏度的度量；,max,越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。,10,5,：超高灵敏；,C=,A,/,b,=0.01/10,5,=10,-7,mol/L,=10,4,：高灵敏；,C=,A/,b,=0.01/5 10,4,=210,-7,mol/L,10,4,：不灵敏。,C,=A/,b,=0.01/10,4,=10,-6,mol/L,在数值上等于浓度为,1,mol/L,、液层厚度为,1,cm,时该溶液在某一波长下的吸光度。,3,、偏离,Beer,定律的因素,（,1,）光学因素,（,2,）化学因素,A,-,lg,T,b c,（,1,）光学因素,非单色光的影响：,Beer,定律应用的重要前提,入射光为单色光,照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光,选,max,作为测定波长,杂散光的影响：,杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。,杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值。,反射光和散色光的影响：,反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光。,散射和反射使,T,，,A,，吸收光谱变形。,注：一般可用空白对比校正消除。,非平行光的影响,：,使光程，,A,，吸收光谱变形。,（2）化学性因素,朗伯,比耳定律只适用于稀溶液,朗,比耳定律的假定：,所有的吸光质点之间不发生相互作用,；假定只有在稀溶液(,c10,2,mol/L,时，吸光质点间可能,发生缔合,等相互作用，直接影响了对光的吸收。,溶液中存在着,离解、聚合、互变异构、配合物的形成,等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，,影响吸光度。,一、电子跃迁的类型,有机化合物的紫外,可见吸收光谱，是其分子中,外层价电子跃迁,的结果：,电子、,电子、,n,电子,。,分子轨道理论,：一个成键轨道必定有一个相对应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。,8-3,紫外,可见吸收光谱与分子结构的关系,当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量,大小顺序为：,n,n,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。,这类跃迁在跃迁选律上属于,禁阻跃迁,，摩尔吸光系数一般为,10100,Lmol,1,cm,1,，,吸收谱带,强度较弱,。,分子中孤对电子和,键同时存在时发生,n,跃迁。,丙酮,n,跃迁的,max,为275,nm,max,为22,Lmol,1,cm,1,（,溶剂环己烷)。,n,跃迁,二,.,生色团与助色团,生色团,：最有用的紫外光谱是由,和,n,跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中,含有不饱和基团,。这类,含有,键的不饱和基团称为生色团。,简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基,NN,、,乙炔基、腈基,C,N,等。,助色团,：有一些,含有,n,电子的基团,(如,OH、,OR、,NH,、,NHR、,X,等)，它们本身没有生色功能(不能吸收,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。,红移与蓝移,有机化合物的吸收谱带常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。,三,、吸收带类型和影响因素,1,R,带：由含杂原子的不饱和基团的,n,*,跃迁产生,C,O,；,C,N,；,N,N,max,250400nm,，,max,200nm,，,max,10,4,共轭体系增长，,max,红移，,max,溶剂极性,，对于,(CH,CH),n,max,不变,对于,CH,CCO,max,红移,3,B,带：由,*,跃迁产生,芳香族化合物的主要特征吸收带,max,=254nm,，,宽带，具有精细结构；,max,=200,极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失,4,E,带：由苯环环形共轭系统的,*,跃迁产生,芳香族化合物的特征吸收带,E,1,180nm ,max,10,4,（,常观察不到）,E,2,200nm ,max,=7000,强吸收,苯环有发色团取代且与苯环共轭时，,E,2,带与,K,带合并,一起红移（长移）,四,.,有机化合物紫外-可见吸收光谱,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,，即,电子从成键轨道（）跃迁到反键轨道（*）。饱和烃的,最大吸收峰一般小于150,nm，,已超出紫外、可见分光光度计的测量范围。,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,*。,例如，,CH,3,Cl、CH,3,Br,和,CH,3,I,的,n,*,跃迁分别出现在173、204和258,nm,处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了,红移，,显示了助色团的,助色,作用。,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和（或）可见吸收光谱的,良好溶剂。,2,.,不饱和烃及共轭烯烃,在不饱和烃类分子中，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180,nm,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,。在,共轭体系中，,*跃迁产生的吸收带又称为,K,带。,3,.,羰基化合物,羰基化合物含有,C=O,基团。,C=O,基团主要可产生,*、,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。,羧酸及羧酸的衍生物虽然也有,n,*,吸收带,，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子,直接连结,含有未共用电子对的,助色团,，如-,OH、-,Cl,、-OR,等，由于这些助色团上的,n,电子与羰基双键的,电子产生,n,共轭，导致,*,轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变,n,轨道的能级，因此实现,n,*,跃迁所需的能量变大，使,n,*,吸收带蓝移至210,nm,左右,。,4,.,苯及其衍生物,苯有三个吸收带，它们都是由,*,跃迁引起的。,E,1,带出现在,180,nm（,MAX,=60，000）；,E,2,带出现在,204,nm（,MAX,=8，000）；,B,带出现在,255,nm（,MAX,=200）,。,在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的,B,谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。,当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是,E,2,带和,B,谱带。,5,.,稠环芳烃及杂环化合物,稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生,红移,，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加。,当芳环上的-,CH,基团被氮原子取代后，则相应的氮,杂环化合物,（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，,由于引入含有,n,电子,的,N,原子的，这类杂环化合物还,可能产生,n,*,吸收带。,8-4,紫外分光光度计,一、基本组成,光源,单色器,样品室,检测器,显示,1.光源,在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。,可见光区：钨灯作为光源，,其辐射波长范围在3202500,nm。,紫外区：氢、氘灯。,发射185400,nm,的连续光谱。,2.单色器,入射狭缝：准光装置：色散元件：,棱镜或光栅；,聚焦装置：出射狭缝。,将光源发射的复合光分解成单色光,3.样品室,4.检测器,利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有,光电池、光电管或光电倍增管。,5.结果显示记录系统,检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。,在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。,二、分光光度计的类型,1.,单光束,：,简单，价廉，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。,2.,双光束,：,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。,3.,双波长,：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。,=,12,nm,。,两波长同时扫描即可获得导数光谱。,8-5,应用（测量条件的选择）,1.选择适当的入射波长,一般应该选择,max,为入射光波长。但如果,max,处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。,2.选择合适的参比溶液,若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用,纯溶剂（水)作参比溶液；,若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用,“,试剂空白,”,(不加试样溶液)作参比溶液；,若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用,“,试样空白,”,(不加显色剂)作参比溶液；,若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。,3.控制适宜的吸光度（读数范围）,不同的透光度读数，产生的误差大小不同：,lgT,=,bc,微分,：,dlgT0.434dlnT=-0.434T,-1,dT,=b dc,两式相除得：,dc/c=（0.434/,TlgT,）,dT,以有限值表示可得：,c/c,=（0.434/TlgT）T,最佳读数范围与最佳值,设：,T,=1%，,则可绘出溶液浓度相对误差,c,/,c,与其透光度,T,的关系曲线。如图所示：,当：,T,=1%，,T,在,20%65%,之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围,。,(,吸光度,A,=0.700.20,)。,浓度相对误差较小,：,T,min,36.8%,A,min,0.434,