UV-VIS实验讲义.ppt

-1/23-赛默飞世尔赛默飞世尔EV 220型型UV-VIS光谱仪光谱仪唐婉莹唐婉莹-2/23-教学要求教学要求1、掌握本、掌握本实验室室UV-VIS光光谱仪的基本原理的基本原理2、了解了解实验室室UV-VIS光光谱仪的的结构及一般构及一般应用用3、掌握掌握 Thermo Insight 软件的操作方法件的操作方法-3/23-UV-VIS 概述概述在在仪器分析中紫外器分析中紫外可可见分光光度法是分光光度法是历史悠久、史悠久、应用最用最为广泛的一种光学分析方法。它是利用广泛的一种光学分析方法。它是利用物物质的分子或离子的分子或离子对某一波某一波长范范围的光的吸收作用，也就是的光的吸收作用，也就是说采用分子或离子吸收入射光中特采用分子或离子吸收入射光中特定波定波长的光而的光而产生的吸收光生的吸收光谱来来对物物质进行定性分析、定量分析及行定性分析、定量分析及结构分析。按所吸收光的波构分析。按所吸收光的波长区域不同，分区域不同，分为紫外分光光度法和可紫外分光光度法和可见分光光度法，合称分光光度法，合称为紫外紫外-可可见分光光度法。分光光度法。分光光度法是在比色法基分光光度法是在比色法基础上上发展起来的，两者所依据的原理基本相同。由于分光光度法采用了展起来的，两者所依据的原理基本相同。由于分光光度法采用了更更为先先进的的单色系色系统和光和光检测系系统，使得分光光度法在灵敏度、准确度、精密度及，使得分光光度法在灵敏度、准确度、精密度及应用范用范围上上都大大都大大优于比色法。于比色法。-4/23-UV-VIS 的理论基础的理论基础朗伯朗伯-比比尔定律：定律：当一束平行的当一束平行的单色光通色光通过含有吸光物含有吸光物质的稀溶液的稀溶液时，溶液的吸光度与，溶液的吸光度与吸光物吸光物质的的浓度、液度、液层厚度乘厚度乘积成正比成正比，即，即 A=c l 式中比例常数式中比例常数与吸光物与吸光物质的本性，入射光波的本性，入射光波长及温度等因素有关。及温度等因素有关。c为吸吸光物光物质浓度，度，l为透光液透光液层厚度。厚度。-5/23-UV-VIS 区域划分区域划分 紫外光区紫外光区:10400nm 44）210210250250共轭键共轭键B带和带和E带吸收带吸收*B 带中等带中等E1带峰强带峰强E2带峰强带峰强10102 2 10104 4约为约为10103 3230230270(270(K K带右带右)184nm184nm204nm204nm苯环苯环(中心在中心在254nm)R带吸收带吸收n*n*弱弱10102 2270270350350B B带吸收右带吸收右含孤对电子的含孤对电子的共轭键共轭键-16/23-有机化合物吸收峰的影响因素有机化合物吸收峰的影响因素由此可由此可见，有机化合物的吸收光，有机化合物的吸收光谱是建立在是建立在nn*或或*跃迁基迁基础上的，它上的，它们的吸收峰位于的吸收峰位于200200800nm800nm范范围内。内。物物质的吸收光的吸收光谱与与测定条件有密切的关系。溶定条件有密切的关系。溶剂极性、温度极性、温度、pH 等，都等，都对吸收光吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收的形状、吸收峰的位置、吸收强度等度等产生影响。生影响。首先，溶液的极性首先，溶液的极性对吸收峰的位置有不同的影响。吸收峰的位置有不同的影响。*跃迁可以迁可以发生在任何具有不生在任何具有不饱和和键的有机化合物分子中，其最大摩的有机化合物分子中，其最大摩尔吸光率很大，吸收峰随溶吸光率很大，吸收峰随溶剂极性的增极性的增加向加向长波方向移波方向移动，发生生红移。移。如苯如苯环的一个的一个氢原子被一些基原子被一些基团取代后，苯取代后，苯环在在254nm处吸收吸收带的最大吸收位置和的最大吸收位置和强度就会改度就会改变。n n*跃迁迁发生在含有生在含有杂原子的不原子的不饱和化合物中，其最大摩和化合物中，其最大摩尔吸光系数吸光系数max 比比较小，吸收峰随溶小，吸收峰随溶剂极性增加而向极性增加而向短波方向移短波方向移动，发生生蓝移。移。例如，水和酒精的例如，水和酒精的蓝移可达移可达30nm30nm以上。以上。其次，溶其次，溶剂还影响吸收峰影响吸收峰强度和光度和光谱精精细结构。因此，当比构。因此，当比较标准物准物质和未知物和未知物质的紫外吸收光的紫外吸收光谱时，必，必须采用同一采用同一种溶种溶剂。-17/23-UV-VIS 吸收光谱的应用吸收光谱的应用-1 1、定性分析、定性分析 用于用于鉴定有机化合物。通常是在相同的条件下，比定有机化合物。通常是在相同的条件下，比较未知物与已知未知物与已知标准物准物质的紫外光的紫外光谱图，若两者的若两者的谱图相同，相同，则可可认为待待测样品与已知物品与已知物质具有相同的具有相同的生色生色团。但但应注意，紫外吸收光注意，紫外吸收光谱相同，两种化合物有相同，两种化合物有时不一定相同，所以在比不一定相同，所以在比较max的同的同时，还要要比比较它它们的的值。如果待。如果待测物物质和和标准物准物质的吸收波的吸收波长、吸收系数都相同，、吸收系数都相同，则可可认为两者两者时同一同一物物质。-18/23-UV-VIS 吸收光谱的应用吸收光谱的应用-2用于用于检出某些官能出某些官能团,推断有机化合物分子的推断有机化合物分子的结构构 例例如如化化合合物物在在 220220800nm800nm范范围内内无无吸吸收收峰峰，它它可可能能是是脂脂肪肪族族碳碳氢化化和和物物，胺胺、晴晴、醇醇、羧酸酸、氯代代烃和和氟氟代代烃，不不含含双双键或或环状状共共轭体体系系，没没有有醛、酮或或溴溴、碘碘等等基基团。如如果果在在 250nm250nm300nm300nm有有中中等等强度度的的吸吸收收带并并有有一一定的精定的精细结构，构，则表示有苯表示有苯环存在。存在。-19/23-UV-VIS 吸收光谱的应用吸收光谱的应用-3 如如图为苯在乙醇中的紫外光苯在乙醇中的紫外光谱吸收。苯在吸收。苯在180nm和和204nm处有两个有两个强吸收吸收带，分，分别称称为E1和和E2吸收吸收带，是由苯，是由苯环结构中三个乙构中三个乙烯的的环状共状共轭体系的体系的跃迁迁产生的，是芳香族化和物的特征吸收。生的，是芳香族化和物的特征吸收。在在230270nm处有有较弱的一系列吸收弱的一系列吸收带，称，称为精精细结构吸收构吸收带，亦称，亦称为B吸收吸收带。B吸收吸收带的精的精细结构常用来辨构常用来辨认芳香族化和物。芳香族化和物。若苯若苯环上有助色上有助色团如如-OH、-Cl等取代，由于等取代，由于n*共共轭，使，使E2 吸收吸收带向向长波移波移动，并，并产生精生精细结构，因此可以从构，因此可以从E2和和B来确定某些取代基的存在。来确定某些取代基的存在。苯在乙醇中的紫外吸收光苯在乙醇中的紫外吸收光谱-20/23-UV-VIS 吸收吸收光谱的应用光谱的应用-422.定量定量测定定 紫紫外外可可见吸吸收收光光谱法法是是进行行定定量量分分析析最最有有用用的的工工具具之之一一。依依据据是是朗朗伯伯比比尔定定律律。该法法不不仅可可以以直直接接测定定那那些些本本身身在在紫紫外外可可见光光谱区区有有吸吸收收的的无无机机物物和和有有机机物物，还可可以以通通过适适当当的的显色反色反应使被使被测物物质生成在紫外可生成在紫外可见光光谱区有区有强烈吸收的烈吸收的产物，从而物，从而进行定量分析。行定量分析。另另外外，紫紫外外分分光光光光度度法法可可方方便便的的用用来来直直接接测定定混混合合物物中中某某些些组分分的的含含量量。如如环乙乙烷中中的的苯、四苯、四氯化碳中的二硫化碳、化碳中的二硫化碳、鱼肝油中的肝油中的维生素生素A等。等。-21/23-UV-VIS 吸收吸收光谱的应用光谱的应用-5 3.3.纯度度检查 如如果果一一化化合合物物在在紫紫外外区区没没有有吸吸收收峰峰，而而其其杂质有有较强吸吸收收，就就可可方方便便的的检出出该化化合合物物中中的的痕痕量量杂质。例例如如要要鉴定定甲甲醇醇和和乙乙醇醇中中的的杂质苯苯，可可利利用用苯苯在在25254nmnm处的的B B吸吸收收带，而而甲甲醇醇或或乙乙醇醇在在此此波波长几几乎乎没没有有吸吸收收。又又如如四四氯化化碳碳中中有有无无二二硫硫化化碳碳杂质，只只要要观察察在在318nm318nm处有有无无二二硫硫化化碳碳的吸收峰即可。的吸收峰即可。-22/23-紫外谱图提供的结构信息紫外谱图提供的结构信息 紫外紫外谱图提供的主要信息是有关提供的主要信息是有关该化合物的共化合物的共轭体系或某些碳基等的体系或某些碳基等的存在。可以粗略地存在。可以粗略地归纳为下述几点：下述几点：化合物在化合物在220220800nm800nm内无紫外吸收，内无紫外吸收，说明明该化合物是脂肪化合物是脂肪烃、脂、脂环烃或或它它们的的简单衍生物衍生物(氯化物、醇、化物、醇、醚、羧酸等酸等)，甚至可能是非共，甚至可能是非共轭的的烯。220220250nm250nm内内显示示强的吸收的吸收(近近1000010000或更大或更大)，这表明表明K K带的存在。的存在。即存在共扼的两个不即存在共扼的两个不饱和和键(共共轭二二烯或或，不不饱和和醛、酮)250250290nm290nm内内显示中等示中等强度吸收，且常度吸收，且常显示不同程度的精示不同程度的精细结构，构，说明明苯苯环或某些或某些杂芳芳环的存在。的存在。250250350nm350nm内内显示中、低示中、低强度的吸收，度的吸收，说明碳基或共明碳基或共轭羰基的存在。基的存在。300nm300nm以上的高以上的高强度吸收，度吸收，说明明该化合物具有化合物具有较大的共大的共轭体系。若高体系。若高强度度吸收具有明吸收具有明显的精的精细结构。构。说明稠明稠环芳芳烃、稠、稠环杂芳芳烃或其衍生物的存在。或其衍生物的存在。-23/23-解析紫外谱图方法及有关注意事项解析紫外谱图方法及有关注意事项-1l 解析解析谱图时，应同同时顾及吸收及吸收带的位置、的位置、强度和峰的形状三个方面：度和峰的形状三个方面：从吸收从吸收带位置可估位置可估计产生生该吸收的共吸收的共轭体系的大小；吸收体系的大小；吸收强度有助于度有助于 K带、B带和和R带的的识别；从吸收；从吸收带形状可帮助判断形状可帮助判断产生紫外吸收的生紫外吸收的 基基团。如某些芳。如某些芳环衍生物，在峰形上衍生物，在峰形上显示一定程度的精示一定程度的精细结构。构。l 立体位阻的作用常使一些共立体位阻的作用常使一些共轭体系的吸收体系的吸收带发生明生明显的的蓝移，移，这是是 由于共由于共轭体系的共平面性受到破坏所致。如体系的共平面性受到破坏所致。如联苯、苯、2,2 二甲基二甲基联 苯、苯、4,4 二甲基二甲基联苯的紫外吸收。苯的紫外吸收。l 介介质的影响：在的影响：在进行紫外行紫外测定定时,介介质常有常有较重要的影响。重要的影响。总的的说来，来，相相对于于该化合物蒸汽的紫外吸收化合物蒸汽的紫外吸收,低极性溶低极性溶剂的溶液其紫外吸收的溶液其紫外吸收变化化 小，高极性溶小，高极性溶剂的溶液其紫外吸收的溶液其紫外吸收变化大，且精化大，且精细结构消失。因此构消失。因此 一般一般应尽量采用低极性溶尽量采用低极性溶剂。-24/23-解析紫外谱图方法及有关注意事项解析紫外谱图方法及有关注意事项-2-25/23-解析紫外谱图方法及有关注意事项解析紫外谱图方法及有关注意事项-3苯苯环E2带(204nm)的溶的溶剂效效应需需视衍生物各取代基的性衍生物各取代基的性质而定。取代基而定。取代基为邻、对位取代基位取代基时，溶，溶剂效效应很小；取代基很小；取代基为间位取代基位取代基时，随溶，随溶剂极性的增极性的增加而加而产生生红移。移。对具有酸碱性的一些有机物，如：酚、苯胺等，溶液的具有酸碱性的一些有机物，如：酚、苯胺等，溶液的PH值对其吸收位置有其吸收位置有很明很明显的影响。的影响。最常用的最常用的标准准谱图仍仍为萨特勒特勒(Sadtler)紫外紫外谱图，因它同，因它同时有核磁共振有核磁共振氢谱、核磁共振碳核磁共振碳谱、红外外谱，且有上述，且有上述谱图的的综合索引，因此合索引，因此查阅萨特勒特勒谱图是十分方便的，其是十分方便的，其查阅方式和方式和查萨特勒特勒红外外谱相似。相似。-26/23-EV 220 紫外可见分光光度仪紫外可见分光光度仪生生产公司：公司：美国美国赛默默飞世世尔公司公司型型号：号：EV 220-27/23-EV 220结构图结构图-1-28/23-EV 220结构图结构图-2-29/23-EV220内部工作示意图内部工作示意图1，8，9，12，15，16，20凹面反射凹面反射镜镜；2汞灯；汞灯；3灯交灯交换换平面平面镜镜；4氙灯；氙灯；5入口狭入口狭缝缝；6，17平面反射平面反射镜镜色散元件（棱色散元件（棱镜镜）；）；10，11出口狭出口狭缝缝；13调调制板；制板；14斩斩光器；光器；18参比池；参比池；19样样品品池；池；21光光电电倍增管倍增管-30/23-主要部件的性能与作用主要部件的性能与作用-1EV220光谱仪可测波长范围为光谱仪可测波长范围为1901100nm，由以下，由以下5个部分组成：个部分组成：光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示器显示器-31/23-主要部件的性能与作用主要部件的性能与作用-21.1.光源光源功能：提供能量激功能：提供能量激发被被测物物质分子，使之分子，使之产生生电子子光光谱谱带（提供（提供宽带辐射）。射）。对光源的要求：光源的要求：a.a.在所需的光在所需的光谱区域内，能区域内，能发射射连续的具有足的具有足够强度的光。度的光。b.b.其能量随波其能量随波长变化尽可能小。化尽可能小。c.c.使用寿命使用寿命长。一般紫外和可一般紫外和可见光源：光源：气体放气体放电光源：光源：氢灯、灯、氘灯、灯、氙灯氙灯（180375nm180375nm）紫紫 外外 区区热辐射光源：射光源：钨丝灯、灯、卤钨灯、灯、汞灯汞灯（3202500nm3202500nm）可可见光区光区2.2.单色器色器功能：功能：从复合光从复合光色散成色散成单色光，并能从中分出所需色光，并能从中分出所需单色光光波的装置。色光光波的装置。一般由色散元件和狭一般由色散元件和狭缝组成；色散元件常用成；色散元件常用棱棱镜和和光光栅。棱棱镜（利用不同波利用不同波长的光有不同的折射率而使复的光有不同的折射率而使复合光分开的光学元件合光分开的光学元件）光光栅（利用光的衍射和干涉作用使复合光色散利用光的衍射和干涉作用使复合光色散）；）；-32/23-主要部件的性能与作用主要部件的性能与作用-33.3.吸收池吸收池功能：盛放分析功能：盛放分析试样（一般是液体），（一般是液体），按材料一般可分按材料一般可分为石英和玻璃石英和玻璃。石英：紫外、可石英：紫外、可见光区光区；玻璃：可玻璃：可见光区光区4.4.检测器器功能：是将所接受到的光信号功能：是将所接受到的光信号转变为电信号的元件。信号的元件。现今大多采用光今大多采用光电管或光管或光电倍增管作倍增管作为检测器。器。本本实验室室UV-VISUV-VIS光光谱仪为硅光二极管硅光二极管检测器器5.5.信号信号显示系示系统常用的信号常用的信号显示装置有直示装置有直读检流流计，电位位调节指零装置，指零装置，以及自以及自动记录和数字和数字显示装置等。示装置等。-33/23-附件附件-11.1.积积分球：用于固体粉末、膜等的分球：用于固体粉末、膜等的分球：用于固体粉末、膜等的分球：用于固体粉末、膜等的测试测试，通，通，通，通过过收集并整合散射的光收集并整合散射的光收集并整合散射的光收集并整合散射的光线线，将将将将样样品准确地品准确地品准确地品准确地测测量出来。以下是量出来。以下是量出来。以下是量出来。以下是积积分球及其配件的示意分球及其配件的示意分球及其配件的示意分球及其配件的示意图图。-34/23-附件附件-2积分球光路示意分球光路示意图-35/23-附件附件-32.2.智能恒温智能恒温智能恒温智能恒温8 8 8 8联联池池池池转换转换器：器：器：器：8888联联池池池池联动对联动对于大量的于大量的于大量的于大量的样样品品品品测试测试，省，省，省，省时时省力省力省力省力。-36/23-Thermo Insight 软件的操作方法软件的操作方法 样品品测试过程演示程演示 样品制品制备简介介-37/23-