紫外可见吸收光谱法专业知识讲座.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,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,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,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,一、紫外,-,可见吸收光谱,（一）分子吸收光谱的产生,（二）有机化合物的紫外,-,可见吸收光谱,（三）无机化合物的紫外,-,可见吸收光谱,（四）溶剂对紫外,-,可见吸收光谱的影响,二、紫外,-,可见分光光度计,（一）紫外,-,可见分光光度计的基本构造,（二）紫外,-,可见分光光度计的类型,三、紫外,-,可见吸收光谱法的应用,（一）定性分析,（二）结构分析,（三,),化合物中杂质的检查,（四）定量分析,紫外,-可见,吸收光谱法（,UV-VIS）,：,也称,紫外,-可见分光光度法,是根据,物质分子,对波长为,200-,80,0nm,这一范围的,电磁波（紫 外,200-400nm,和,可见光谱区,400-,80,0nm),的,吸收,特性建立起来的一种,定性,、,定量,和,结构分析,方法。,分子吸收光谱,主要产生于,分子的外层价电子,在电子能级之间的跃迁,紫外区,可分为,远紫外区,（,10200nm）和,近紫外区,200400nm）。,因空气中的,氧,、,二氧化碳,和,水汽,等都,吸收远紫外光,，因此，要研究分子对远紫外光的吸收需要在,真空条件,进行，故使其,应用,受到,限制,。,通常说的,紫外可见吸收光谱,是指,近,紫外可见吸收光谱，即物质分子吸收,200,80,0nm,波长范围内的光辐射所产生的吸收光谱。,相同点,：,均属于,吸收光谱,；,其波长范围均在,近紫外到近红外光区,（,200,800,nm,)。,原子吸收光谱法与紫外可见分光光度法的,比较,原子吸收光谱法与紫外可见分光光度法的,比较,不同点,：,吸收机制不同,：,原子吸收光谱属于,原子光谱,，是由,基态,原子所产生的吸收，是,线状光谱,谱线,宽度,很,窄,，其半宽约为,10,3,nm,；而紫外可见光谱是属于,分子光谱,，为,带状光谱,，谱带很,宽,，其半宽约为,10 nm,。,光源不同,：,前者为,锐线光源,，如空心阴极灯；,后者为,连续光源,，如钨灯、氘灯。,仪器排布不同：,前者：锐线光源原子化器,单色器,检测器,后者：光源,单色器,吸收池检测器,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,。如在紫外区直接检测抗坏血酸时，其最低检出浓度可达到,10,-6,g/mL。,3,选择性好,。通过适当的选择测量条件，一般可在多种组分共存的体系中对某一物质进行测定。,4,精密度和准确度较高,。在仪器设备和其他测量条件较好的情况下，其相对误差可减小到,1%2%。,5,用途广泛。,在,生物、医药,、化工、地质等诸多领域，不但可以进行,定量分析,，还可以对被测物质进行,定性分析和结构分析,，进行官能团鉴定、相对分子质量测定、配合物的组分及稳定常数的测定等。,第一节 分子吸收光谱,的产生,一、物质对光的选择性吸收,光在与物质作用时，物质可对光产生不同程度的,吸收,。,物质的结构,决定了物质在吸收光时只能吸收某些特定波长的光，也就是说，物质对光的吸收有,选择性,。,当一束白光（复合光）通过硫酸铜溶液时，水合铜离子选择性的吸收复合光中的黄光，故溶液呈现出黄色的互补色,蓝色。,我们通常见到的,有色物质,，都是由于他们吸收了可见光的部分光，呈现出吸收光颜色的,互补色,。,二、分子吸收光谱的产生,分子吸收光谱,的形成是由于电子在能级之间的跃迁所引起的。,分子内部,具有电子能级、振动能级和转动能级,。所以分子的能量,E,分子,E,电,E,振,E,转,。,这些能量是量子化的，只有光辐射的能量,恰好等于,两能级之间的能量差时，才能被吸收。,分子内部三种能级跃迁所需 能量大小的顺序为：,E,电,E,振,E,转,分子的电子跃迁所吸收的能量比后二者大的多,1.,E,电,约为120eV，所吸收的电磁辐射波长约为,1240,62nm,，,主要在紫外和可见光区。,2.,E,振,约为,0.05,1,eV，相应的分子吸收光谱为红外光谱。,3.,E,转,约为,0.005,0.05,eV，与之对应的分子吸收光谱为远红外光谱。,为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱？谱带为什么变宽？,通常，分子是处在,基态振动能级上,。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的,任一振动,（或不同的,转动,）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了,大量谱线,，并由于这些谱线的,重叠,而成为,连续,的吸收带。,绝大多数的分子光谱分析，都是用,液体,样品，,溶液中相邻分子间的碰撞能导致分子各种能级的细微变化，引起吸收带的进一步加宽和汇合仪器的,分辨率,有限，因而使记录所得电子光谱的,谱带变宽,。,紫外,-,可见吸收光谱,（,吸收曲线,）：,描述物质分子对辐射吸收的程度（吸光度）随波长而变的函数关系,曲线,。,波长,为,横坐标,，,吸光度,或,透光率,为,纵坐标,紫外,-可见吸收光谱,通常由,一个或几个宽吸收谱带,组成。,1定义：以吸光度,A,为纵坐标，波长,为横坐标，,绘制的,A,曲线。,2,吸收光谱术语,：,吸收峰,max,吸收谷,min,肩峰,sh,末端吸收,特征值,525nm,紫外,-,可见吸收光谱,最大吸收波长（max,）,是分子的,特征常数,，与化合物的电子,结构,有关，可用于推测化合物的,结构信息,；,整个吸收光谱的形状,取决于物质性质，反映分子内部能级分布状况，是,物质定性的依据,。,吸收曲线的,纵坐标,则用,光强,表示，强度参数可用,透光率,、,吸光度,和,吸光系数,表征。,叶酸,透光率,T,：,为透射光的强度,I与入射光的强度I,0,之比。,T,I,/,I,0,吸光度,A：,表示单色光通过溶液时被吸收的程度，定义为入射,光的强度,I,0,与,透射光的强度,I之比的对数值。,A,lg,I,0,/,I,T与A的关系：,A,lg,T,三、,朗伯比尔定律,朗伯比尔定律,是分子吸收光谱法,定量分析,的基础。,它可表述为：当一束单色光穿过透明介质时，光强度的降,低,.同入射光的强度、吸收介质的厚度、溶液的浓度成正比。,用数学表达为：,A=lg I,0,/I=k c l,A：吸光度；c：吸光物质的浓度；l：液层的厚度；k：比例系数,朗伯比尔定律是建立在吸光质点之间没有相互作用的前提,下的，它只适用于,稀溶液,（,c0.01mol/L),。,当l以cm，c以g/L为单位时，k称为,吸收系数,，用,a,表示，即：A=a c l；,当l以cm，c以mol/L为单位时，k称为,摩尔吸收系数,，用,表示，即：A=c l 。,比a更为常用，可以作为吸收光谱的纵坐标，并以,max,处的摩尔吸收系数,max,表示,谱带的吸收强度,。,max,在,特定波长和溶剂,的情况下,也是分子的特征常数,和,鉴定化合物的重要依据,。,第二节 有机化合物的紫外可见吸收光谱,有机化合物的紫外,-,可见吸收光谱取决于,分子中价电子的分布和结合,情况。,一、电子跃迁的类型,与紫外可见吸收光谱有关的价电子主要有三种：,形成单键的电子、形成双键的电子、未参与成键的n电子（,p,电子，如,O/N/S/X,等含有未成键的孤对电子）。,基态时，它们处于,、成键轨道,和,n非键轨道,上，当吸收一定能量,E,后，这些价电子将跃至能量较高的,*,、,*,反键轨道。,分子轨道：原子轨道线性组合而成。,成键轨道,，,反键轨道,*,，,*,电子跃迁类型主要有四种：,*,、,n*,、,*,和,n*,，各种跃迁所需的,能量大小不同,，次序为：,n*n*,，,因此，形成的吸收光谱,谱带的位置也不相同,。,*,跃迁：,需要能量,最大,，,200nm,，,max,10100,。,含有杂原子的不饱和化合物,可发生此类跃迁。如,C,O,、,C,N,一种化合物可以有,一种,或,多种电子跃迁,同时发生。,电子跃迁的类型,与,分子结构,及其,存在的基团,有关。,因此，可以根据,分子结构,来推测可能,产生的电子跃迁,；,反之，,也可以根据,紫外吸收带的波长,及电子跃迁的类型来判断化合物分子中,可能存在的吸收基团,。,二、基本术语,生色团,：,分子中能吸收紫外可见光而产生电子跃迁的基团。,主要是具有,不饱和键,和,含有孤,对电子,的基团。,如乙烯基、乙炔基、羰基,-,C=O、亚硝基,-,N=O、偶氮基,-,N=N,-,、等。,助色团,：,可使,生色团吸收峰的位置和吸收强度改变,（一般是向长波方向移动，并其吸收强度增加）的基团。,为,具有孤对电子的基团,，,如-OH、-SH、-Cl、-Br、-I 等,。,如：苯的B吸收带其,max,为254nm，,max,为204 Lmol,-1,cm,-1,，当它与一个OH相连后，其,max,移到270nm，,max,增强为1450 Lmol,-1,cm,-1。,红移、蓝移,在,因,取代基的引入,或,溶剂的改变,而使,max,发生移动，向长波方向移动称为,红移,，向短波方向移动称为,蓝移,。,增色效应、减色效应,由于化合物分子结构中,取代基的引入,或,溶剂的改变,使得吸收带的强度即,摩尔吸收系数,max,增大或减小的现象，称为,增色效应,或,减色效应。,三、,紫外,-可见光谱中的常见,吸收带,1、R带,：（基团,radical）,含,杂原子的不饱和基团,的,n,*,跃迁产生,CO；CN；NN,特点,：,max,200400nm，,强度较弱200nm，强10,4,共轭体系增长，（红移）,3、B带：（苯benzenoid）,三、紫外,-可见光谱中的常见吸收带,苯环本身分子振动、转动能级跃迁而产生的吸收带，转动能级消失，谱带较宽。,芳香物,的主要特征吸收带,=,230270 nm,具有,精细结构,200,极性溶剂,中，或,苯环连有取代基,时,，其,精细结构消失,三、紫外,-可见光谱中的常见吸收带,4、E带：（乙烯型ethylenic band）,由,苯环环形封闭共轭体系,的,*,跃迁产生,芳香族化合物,的特征吸收带,E,1,180nm,，强,10,4,（常观察不到）,E,2,200nm,，强,7000,苯环有,生,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）,苯的异丙烷液紫外吸收,苯乙酮的正庚烷溶液紫外吸收,K带：,max,240nm，13000,B带：,max,278nm，1100,R带：,max,319nm，50,6、配位体场吸收带,配合物中心离子,d-d*或 f-f*跃迁,有电子给予体和电子接受体的有机或无机化合物,电荷转移跃迁,范围宽，强,10,4,5、电荷转移吸收带,如过渡金属水合离子与显色剂,(如有机化合物)形成的配合物.可见光区，较弱,10,2,三、紫外,-可见光谱中的常见吸收带,吸收带,跃迁,类型,波长,范围,例,R带,n*,300nm,10,4,1,3-丁二烯为217nm,=2.110,4,B带,芳香族,*,230270nm,10,2,10,3,芳香族化合物,E带,芳香族,*,180nm,200nm,10,4,10,3,芳香族化合物,电荷转移吸收带,配合物,p-d跃迁,远紫外,可见,10,4,Fe(SCN),2+,配位体场吸收带,配合物,d-d,f-f跃迁,近紫外,可见,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,常用紫外,可见测定的溶剂,O,-,max,235，287nm,OH,max,211，270nm,OH,-,H,+,4、体系pH值,：,pH的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，或引从而引起吸收峰位置改变。,五、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,：,只能产生,*跃迁，,最大吸收峰,波长,一般,小于,150nm,。,常用作溶剂,。,饱和烃的取代衍生物,：,可产生,n,*,的跃迁。,如卤代烃，,n,*,的能量低,于,*。,CH,3,Cl,、,CH,3,Br,和,CH,3,I,的,n,*,跃迁分别出现在,173,、,204,和,258nm,处。,2.,不饱和烃及共轭烯烃,五、有机化合物紫外,-可见吸收光谱,3.,羰基化合物,五、有机化合物紫外,-可见吸收光谱,4.,芳香族化合物,产生,*、,n,*、n,*三个吸收带。,醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，,都含有羰基。,E1、E2带、B带,苯环上有取代基时，三个吸收带都长移，吸收强,度也增大。B带的精细结构因取代基而变得简单化。,了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体等进行判别,六、紫外光谱给出的信息,紫外-可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是：,六、紫外光谱给出的信息,270350nm,低强度吸收峰,(10100),200750 nm,无吸收峰,直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等,可能,n*跃迁，含一个简单非共轭且有n电子的生色团如羰基,可能,20300nm,中等强度吸收峰,210250nm,强吸收峰,可能,含苯环,含,2个共轭双键,含,3个或3个以上共轭双键260300nm,强吸收峰,可见光区,有吸收峰,可能,可能,长链共轭,5个以上,或稠环化合物,可能,有机化合物结构研究推断异构体,CH,3,-C-CH,2,-C-OC,2,H,5,O,O,max,=204nm,弱吸收,max,=245nm,=18000,CH,3,-C CH-C-OC,2,H,5,OH,O,第二节 紫外可见分光光度计,一、,主要部件,基本结构,:,光源单色器吸收池检测器信号显示系统,样品,1、光源,光源的作用：,提供能量激发被测物质分子产生电子能级跃迁，从而产,生电子光谱谱带。,要求：,能够提供足够强的连续辐射、有良好的稳定性、较长的使用,寿命,且辐射能量随波长无明显变化。,常用的光源有,热辐射光源,和,气体放电光源,。,热辐射光源,：,利用固体灯丝材料高温放热产生的辐射作为光源。如,钨灯、卤钨灯,。两者均,在,可见区,使用,。卤钨灯的使用寿命及发,光效率高于钨灯。,气体放电光源,：,指在低压直流电条件下,氢或氘气放电所产生的连续,辐射。一般为,氢灯或氘灯,在,紫外区,使用,。,2、单色器,单色器的作用：,使光源发出的光变成所需要波长的单色光。,由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝,构成。,入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变为平行光束后进入色散元件。后者将复合光分解成单色光，然后通过物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出射狭缝用于限制通带宽度，并将欲测波长的光引出单色器。,转动色散元件，可以改变由单色器出射光的波长；调节入射、出射狭缝宽度，可以改变出射光束的通带宽度。,3、,吸收池（比色皿、比色杯）,用于盛放分析试液。,石英池,用于,紫外,-可见区,的测量，,玻璃,池,只用于,可见区,。,4、检测器,用来检测光信号，测量单色光透过溶液后光强度变化的一,种装置,。,简易分光光度计上使用,光电池或光电管,作为检测器。目前,最常见的检测器是,光电倍增管,，有的用二极管阵列作为检,测器。,5、信号显示系统,二、仪器类型,紫外,-可见分光光度计，按其光学系统可分为三种类型：,单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。,1、单光束分光光度计,经单色器单色化后只有,一束光,，然后这束光,分别,通过,参比溶液,和,试样溶液,进行吸光度的测定。,结构简单，价格便宜；适于作,定量分析,。但测量结果受光源波动,影响较大，,误差较大,；操作麻烦，,不适于作定性分析,。,2、,双光束分光光度计,经单色器单色化的光,一分为二,，,一束通过参比溶液,，,一束通过试样溶液,，仪器在,不同瞬间,接收和处理参比信号，将两信号的比值转换为吸光度。,既可测得吸光度，又可扫描吸收光谱,；还,消除了光源强度不稳带,来得误差,。,3、双波长分光光度计,让,两束波长不同的单色光,（,1,和,2,）,交替,通过同一个吸,收池，然后经检测系统，这样得到的是两波长处的吸光度之差,A，再根据,A,（,1,2,）,cL,进行定量分析。,不用参比溶液，只用一个待测试液，这样就,完全扣除了背景吸收（包括溶液的浑浊及比色皿的误差），,准确度较高。,第六节 紫外可见吸收光谱的应用,一、定性分析,单靠紫外光谱数据来推断未知化合物的结构有些,困难，,但是,紫外光谱数据可用于判别有机物中,生色团,和助色团的种类、位置及数目，区分饱和与不饱和化,合物，测定分子中的共轭程度等进而确定分析物的结,构骨架。,定性鉴定的主要步骤为：,1）,纯化试样,，使其不含杂质；,2）进行,紫外吸收光谱,测定，得到试样的吸收光谱曲,线，依据,光谱特征一般规律,作初步判断；,3）用对比法,，对该化合物作进一步定性鉴定；,4）应用其它化学、物理等分析方法进行对照和验,证，最后作出该化合物定性鉴定的正确结论。,二、有机化合物构型、构象的测定,1、顺反异构体的判别,一般有机化合物的反式异构体的,max,和,max,值比相应的顺式异构体大。,2、互变异构体的测定,乙酰丙酮存在酮式和烯醇式两种异构体，在极性溶剂水中，以酮式异构体为主，形成分子间氢键，max为277nm；在非极性溶剂己烷中，以烯醇式异构体为主，形成分子内氢键，max为269nm。,四、定量分析,紫外可见光谱法定量分析的依据是,朗伯比尔定律,：,A=c l,即,物质在一定波长处的吸光度与它的浓度成正比,。,1、一般定量分析法,单一组分的测定：,先绘制待测物质的吸收曲线，然后选择最,大吸收波长,max,，进行定量测定。方法,有,校准曲线,法,或,标准加入法,。,多组分的测定：,如果各组分的吸收曲线,互不重叠,，可在各组分的,max,处分别测定方,法与单一组分同。,如各组分的吸收曲线,互相重叠,，可根据,吸光度具有加和性,的特点，在各组分的,max,处分别测定混合物的吸光度，然后通过求解方程组求得各组分浓度。,、,分别为在,1,和,2,处用纯A测得的,b；,分别为在,1,和,2,处用纯B测得的,b；,2、双波长分光光度法,先选定,两个波长,1,和,2,，调节仪器，使,1和,2的光强相等，则,A,1,1,cLA,s,；,A,2,2,cL,A,s,A,s,为背景吸收或光散射。,以上两式相减得：,A(,2,1）cL,上式表明，,试样溶液在,1和,2处吸光度的差值,A与待测,物质的浓度成正比,，而背景吸收和光散射得到了自动校正。这,即是,双波长分光光度法进行定量分析的依据,。,该方法可用于测定,浑浊溶液,或,吸收光谱相互重叠的混合物,。,1和,2应满足两个条件：,1）两波长处干扰组分应具有相同的吸收；,2）两波长处待测组分的,A,应足够大。,1和,2的确定,：,常采用,作图法,。A为待测组分。,先选A的,max,为,2，在,2处作一条,垂直与X轴的直线，与干扰组分B的吸,收曲线交与一点，再过该交点作一条,与X轴平行的直线，该直线与干扰组,分B的吸收曲线有一个或多个交点，则,交点所对应的波长即可作为参比波长,1。,本章小节,紫外可见吸收光谱的产生,有机化合物的紫外可见吸收光谱,电子跃迁类型、常用术语、几类化合物的吸收曲线特征,无机化合物的紫外可见吸收光谱,紫外可见分光光度计,紫外可见吸收光谱的应用（定性、定量）,课后习题,P46：1，9,13,P75：5,6,11,P99：1,2，9，10,