第二分子吸光分析法.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,*,第二章 分子吸光分析法,第一节 紫外可见吸收光谱法,第二节 红外吸收光谱法,第一节紫外-可见分子吸收光谱法,一 概述,(一)、分子吸收光谱分析的发展概况,紫外,-,可见,-,红外,目视比色,-,光电比色,-,分光光度,光声光谱,-,长光程吸收光谱,-,传感器,(二)、分子吸收光谱的分类和特征,紫外-可见电子光谱,Ee=1-20 eV,红外振动光谱 0.05-1,远红外转动光谱 0.005-0.05,a b c,Ro,Ro,Ro,Vo,V1,Eo,E1,E电子能级,V振动能级,R转动能级,A,/nm,H,C,N N,N N,C,H,对称四嗪,水中,环己烷中,蒸汽中,500555,分子的电子光谱的特点：,在波长范围内按一定强度分布的谱带,带光谱,波长位于紫外,-,可见区,可进行分子的定性和定量分析,可用于一些物理化学常数的测定（如平衡常数等）,仪器结构简单、价格便宜,应用范围广泛（无机离子、有机化合物、生物大分子分析等）,3、分子吸收光谱的特点,n,*跃迁,所需能量小于,*,跃迁（,150-250 nm,）,含有未共用电子对（,n,电子）原子的饱和化合物都可发生,跃迁的摩尔吸光系数比较小，一般在,100-3000 L/mol cm,化合物,max,max,H,2,O1671480,CH,3,OH184150,CH,3,Cl173200,(CH,3,),2,O1842520,*和 n*跃迁,*和,n*,跃迁能量低（,200 nm,）,含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁,C=C C=C ;N=N ;C=O,有机化合物的紫外,-,可见吸收光谱分析多以这两类跃迁为基础,*比,n*,跃迁几率大,100-1000,倍,*跃迁吸收强，,10,4,n*,跃迁吸收弱，,500,生色团 含有,键不饱和官能团,助色团 基团本身无色，但能增强生色团颜色,为含有n电子，且能与电子作用，产生n 共轭,184,204,254,270,苯,（*）,苯酚,（OH为助色团）,A,/nm,2、无机化合物的吸收光谱,d-d 电子跃迁,绝大多数过渡金属离子都具有未充满的 d 轨道，按照晶体场理论，当它们在溶液中与水或其它配体生成配合物时，受配体配位场的影响，原来能量相同的 d轨道发生能级分裂，产生 d-d 电子跃迁。,配体配位场越强，d 轨道分裂能越大，吸收波长越短。,（f-f 跃迁与此类似）,没有配位场八面体配位场,d,xy,d,xx,d,yz,dx,2,dx,2,-y,2,E,例如：H,2,O 配位场 NH,3,配位场,Cu,2+,水合离子 794 nm浅蓝色,Cu,2+,氨合离子663 nm深蓝色,电荷转移跃迁,电子接受体电子给予体,配合物中一方电子向主要属于另一方的轨道跃迁,电荷转移跃迁的摩尔吸光系数都很大（10000以上），因此利用配合物可建立灵敏的分析方法。例如,Fe（III）-SCN 配合物,金属离子影响下的配体,*跃迁,金属离子与有机物配合后使配体的共轭结构发生变化，导致吸收光谱蓝移或红移。,偶氮氯瞵III,偶氮氯瞵III,U（VI）配合物,500 600 700,/nm,A,小结：,分子结构光谱特征定性分析,不同结构的分子由于共轭程度不同，分子吸收的特征不同；,相同共轭结构的分子骨架，因助色团的加入或改变，导致光谱位移和吸收系数变化；,相同配体，因过渡金属离子不同，导致配位场的变化或电荷转移跃迁，或配体共轭结构的变化，光谱发生变化,I,o,I,b,S,dx,(二)、吸收定律（定量分析的基础）,Ix,dIx,dIx,Ix,吸收光强,入射光强,吸收率,任一截面的吸收率,a,dn,ds=adn,截面为S的区域内俘获光的有效面积,从分子吸收的角度考虑,因此俘获光的几率应为：,a,1,dn,1,dn,2,dn,3,a,3,a,2,ds=a,1,dn,1,+a,2,dn,2,+a,3,dn,3,令,i=0.4343N,a,i,A,i,=,i,b c,i,如果吸光介质内只有一种吸光分子,A=,b c,定量分析的依据,(三)、吸收定律的适用性与限制,1、吸收定律具有加和性，即,1 2 ,A1,A2,A,2、吸收定律只适合单色光,设,当,1,=,2,=,当,时，出现偏离,A,C,0,1,1+2,特别是存在非吸收线(或吸收很小,杂散光)和浓度较大时，I变的 很小，,I3000,饱和 200很强,=75-200强,=25-75中,=5-25弱,5很弱,（3）检测器,热检测器热电偶等,光检测器InSb、InAs、PbSe等半导体材料,受光照射后导电性变化而产生信号,光检测器的灵敏度比热检测器高几倍，但需要液氮冷却。,（4）吸收池,（A）固体样品,通常采用压片法，将KBr与样品充分研磨，混匀，压片后进行测定。,也可采用调糊法，将研细的样品用氟化煤油或重烃油调糊，夹在两盐片间测定。,（B）气体和液体吸收池,因玻璃有红外吸收，因此吸收池通常采用盐类的单晶，如KBr、LiF等。这些材料易吸潮，故操作环境应干燥,（C）光声光谱,强吸收、高分散、不透明的样品，如煤等；,常规难制样的样品，如橡胶、高聚物等；,可采用光声光谱法。,二、傅立叶变换红外光谱仪,Fourier Transform Infrared Spectrometer(FTIR),70年代出现，是一种非色散型红外吸收光谱仪，其光学系统的主体是迈克尔逊（Michelson）干涉仪。,测量步骤：,1、测得一组包含原辐射全部光谱信息的干涉图；,2、经计算机进行傅立叶变换，获得红外吸收光谱图。,光源,检测器,样品,动镜,定镜,O,扫描距离2-18cm,速度0.05-4cm/s,1）当O点到动镜和定镜的距离相等无光程差,相长干涉,2）O点到两镜距离（,表示）,相差,/4的偶数倍相长干涉,相差,/4的奇数倍相消干涉,发生在上述两种位移之间，亦部分为相消干涉。,若令 I 为两光束干涉后的强度，则,I（）=0.5 I()Cos2/,或 I（）=0.5I()Cos2,以上讨论的是单色光的干涉，若同时有多个频率的光，则任意频率的光强随两镜距离之差为：,I,i,(,)=0.5I,i,(,i,)Cos2,i,总光强为,I(,)=,I,i,(,)=0.5 I,i,(,i,)Cos2,i,+,-,I(,)=,0.5I()Cos2d,若光的波长连续分布,以上讨论的是Michelson干涉仪移动时两镜相差任意,时的光强,I(,)，而我们更关心光强随波长的变化 I（）而不是光强随两镜距离差的变化,I(,),+,-,I(,)=,0.5I()Cos2d,+,-,I(,)=,I()Cos2d,傅立叶变换,（时域谱）,（频域谱）,I(,),傅立叶变换的优点：,1、FTIR不需要分光，因此检测器接收到的光通量较色散型仪器大得多，因此提高了信噪比和灵敏度，有利于弱光谱的检测；,2、FTIR的扫描速度极快，能在很短的时间里（0,因此，,越小，分子对称性越高,通过测量拉曼谱线的去偏振度可以确定分子的对称性,C,N（CH,3,）,2,N（CH,3,）,2,CI,-,（CH,3,）,2,N,C,N（CH,3,）,2,N（CH,3,）,2,（CH,3,）,2,N,+,+,测得：,0,故为对称结构,结晶紫,去偏振度测量,=,I,I,/,入射光,拉曼散射,偏振器,5.拉曼光谱的强度,I=K(,0,-),4,I,0,(),d,dr,(三)、拉曼光谱仪,光源,单色器,检测器,样品室,1、光源,通常采用激光光源,（1）He-Ne激光器主要波长632.8 nm,（2）氩离子激光器主要波长514.5 nm,488.0 nm,与Rayleigh散射一样，拉曼散射的强度反比于波长的四次方，因此使用较短波长的激光可以获得较大的散射强度,荧光干扰拉曼光谱的测定，因此当样品或杂质有荧光时，使用较短波长的激光也获得较大的荧光干扰,2、样品室,样品池的设计可用于测不仅液体、固体、也可气体,可进行变温、变压实验,为防止样品在强光照射下分解，可设置旋转池,3、单色器,色散型：,色散性好且降低杂散光影响,常采用双光栅分光,非色散型：,采用傅立叶变换型仪器,(四)、检测器,早期采用摄谱仪,现采用光电倍增管和CCD,显微拉曼分析仪器,CCD,Unfiltered,Filtered without R6G,210,-11,M R6G,210,-11,M R6G,210,-10,M R6G,210,-9,M R6G,(五)、高灵敏度拉曼光谱分析的应用,传统上认为，拉曼光谱的主要缺点是灵敏度低，其强度较荧光若10,-12,-10,-14,数量级，因此应用受到限制。为了提高灵敏度，近年来发展了一些新的技术：,1、共振拉曼光谱,当激光的频率接近或等于样品分子中某些官能团（生色团）的电子跃迁吸收频率时，由于电子跃迁和振动跃迁的耦合，产生共振拉曼效应。,拉曼谱线强度提高10,4,-10,6,倍。,2、表面增强拉曼散射效应,Surface-enhance Raman Scattering（SERS）,拉曼谱线强度提高10,12,-10,14,倍,I,NRS,(,s,)=,NI(,l,)S,free,Raman,普通Raman,表面增强Raman机理示意图,SERS,A,g,I,SERS,(,s,)=NI(,l,)|A(,l,)|,2,|A(,s,)|,2,S,ads,SERS基质,金属,Ag,Au,Cu Ni,Al,Li,Na,K,Pt,半导体 CdS,Fe2O3,TiO2,SERS活性物质,先决条件：能吸附在金属基体表面,吡啶等杂环化合物,苯甲酸衍生物,氰基衍生物,一些染料，金属络合物，生物分子，无机分子,1984,年,J.Phys.Chem,上,Peter Hildebrandt,等,首先研究了,R6G,在,Ag,胶表面,SERS,光谱，发现两种不同机理造成的增强，聚集的纳米银粒子有更强的,Raman,增强。,1997,年，,Science,上，,Shuming,Nie,和,StevenR.Emory,利用,Ag,和,R6G,进行了单分子、单纳米粒子检测。他们发现在一些单个纳米,Ag,粒子表面，,SERS,增强因子可达,10,14-15,.,1999,年,11,月，,Journal of American Chemical Society,，,Michaels A.M,等对同样体系进行了,Rayleigh,散射研究，对比,SERS,建立了一个新的模型。,SERS免疫分析,