紫外可見(jiàn)分子吸收光譜法.ppt

紫外-可見(jiàn)分子吸收光譜法,Ultraviolet and Visible Absorption Spectrometry Ultraviolet and Visible Spectrophotometry UV-VIS,概述,通過(guò)測(cè)定分子對(duì)紫外-可見(jiàn)光的吸收對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。 ：190750nm,一、光吸收定律,1、朗伯-比爾定律,或,2、吸光度的加和性,當(dāng)溶液中含有多種對(duì)光產(chǎn)生吸收的物質(zhì)，且各組分之間不存在相互作用時(shí)，則該溶液對(duì)波長(zhǎng)光的總吸光度 等于溶液中每一成分的吸光度之和，即吸光度具有加和性?？捎孟率奖硎荆?當(dāng)吸收池的厚度b恒定時(shí)，以吸光度對(duì)濃度作圖應(yīng)得到一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。但在實(shí)際工作中，測(cè)得的吸光度和濃度之間的線性關(guān)系常出現(xiàn)偏差，即不再遵守比爾定律。,3、比爾定律的局限性,引起偏離比爾定律的原因,嚴(yán)格的說(shuō)，比爾定律只適用于稀溶液（c0.01mol/L時(shí)，將引起吸收組分間的平均距離減小，以至于每個(gè)粒子都可影響其相鄰粒子的電荷分布，導(dǎo)致它們的摩爾吸收系數(shù)發(fā)生改變，從而吸收給定波長(zhǎng)的能力發(fā)生變化。由于相互作用的程度與其濃度相關(guān)，故使吸光度和濃度間的線性關(guān)系偏離了比爾定律。,（1）比爾定律本身的局限性,（2）化學(xué)偏離,分析物與溶劑發(fā)生締合、解離、溶劑化反應(yīng)，產(chǎn)生的生成物與分析物具有不同的吸收光譜，出現(xiàn)化學(xué)偏離。 這些反應(yīng)的進(jìn)行，會(huì)使吸光物質(zhì)的濃度與溶液的示值濃度不成比例變化，因而測(cè)量結(jié)果將偏離比爾定律。 例如：未加緩沖劑的重鉻酸鉀溶液,引起偏離比爾定律的原因,（3）儀器偏離,是由單色光不純引起的偏離,引起偏離比爾定律的原因,二、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì),1、儀器的基本構(gòu)造 由光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器、信號(hào)處理和讀出裝置五部分構(gòu)成 2、儀器類型 主要有：?jiǎn)喂馐止夤舛扔?jì)、雙光束分光光度計(jì)、雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)和多通道分光光度計(jì),（1）單光束分光光度計(jì),（2）雙光束分光光度計(jì),（3）雙波長(zhǎng)分光光度計(jì),只與待測(cè)物有關(guān),（4）多通道分光光度計(jì),以光二極管陣列作檢測(cè)器,三、紫外-可見(jiàn)吸收光譜,最大吸收峰,吸收光譜又稱吸收曲線，是以入射光的波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以吸光度A為縱坐標(biāo)所繪制的A-曲線。,1、有機(jī)化合物的紫外-可見(jiàn)吸收光譜,從化學(xué)鍵的性質(zhì)看，與紫外-可見(jiàn)吸收光譜有關(guān)的價(jià)電子主要有三種： 電子 ， 電子 ， n 電子（孤對(duì)電子）。 根據(jù)分子軌道理論，這三種電子的能級(jí)高低為： n *, *， *， *對(duì)應(yīng)的吸收光譜處于遠(yuǎn)紫外區(qū)，研究少。,三種價(jià)電子可能產(chǎn)生六種形式電子躍遷：,（1） n * 躍遷：,吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外光區(qū)和近紫外光區(qū),某些含有氧、氮、硫、鹵素等雜原子的基團(tuán)（如NH2、OH、SH、X等）的有機(jī)物可產(chǎn)生n * 躍遷。,例如：CH3OH：max=183 nm 、CH3NH2：max=213 nm,n * 躍遷的摩爾吸光系數(shù)較小,（2） *躍遷：,吸收峰處于近紫外光區(qū)，在200nm左右，摩爾吸收系數(shù)max 104 L mol-1 cm-1 ，為強(qiáng)吸收帶。,例如：含有電子的基團(tuán)：,（3） n *躍遷：,近紫外-可見(jiàn)光區(qū)，100 L mol-1 cm-1,例如：含有雜原子的不飽和基團(tuán)：,（4） 電荷轉(zhuǎn)移躍遷：,某些分子同時(shí)具有電子給予體和電子接受體，它們?cè)谕鈦?lái)輻射照射下會(huì)強(qiáng)烈吸收紫外光或可見(jiàn)光，使電子從給予體軌道向接受體軌道躍遷，這種躍遷稱為電荷轉(zhuǎn)移躍遷，其相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜。,電荷轉(zhuǎn)移躍遷實(shí)質(zhì)上是一個(gè)內(nèi)氧化還原過(guò)程。,例如：某些取代芳烴可產(chǎn)生這種分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移躍遷的吸收帶。,2、無(wú)機(jī)化合物的紫外-可見(jiàn)吸收光譜,（1） 電荷轉(zhuǎn)移躍遷：,不少過(guò)渡金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng) 所生成的絡(luò)合物以及吸收許多水合無(wú)機(jī)離子， 均可產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷。,一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過(guò)渡元素所形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、PbI2、HgS等，也可產(chǎn)生荷移光譜。,FeSCN2+電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜圖,荷移光譜的波長(zhǎng)位置，取決于電子給予體和 電子接受體相應(yīng)的電子軌道的能量差。,中心離子氧化能力越強(qiáng)， 或配體的還原能力越強(qiáng)，則電荷轉(zhuǎn)移躍遷時(shí)所需的能量越小，吸收光譜波長(zhǎng)紅移。,電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜的摩爾吸光系數(shù)較大， 一般 max 104 L mol-1 cm-1,（2） 配位場(chǎng)躍遷：,元素周期表中第4、第5 周期過(guò)渡元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系分別含有4f和5f軌道。 這些軌道的能量通常是相等的。,但在絡(luò)合物中，由于配體的影響，過(guò)渡元素的d軌道，及鑭系和錒系元素的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道及f軌道。如果軌道是未充滿的，當(dāng)它們的吸收光能后，可產(chǎn)生d-d躍遷和f-f躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場(chǎng)的作用下才有可能產(chǎn)生，因此又稱配位場(chǎng)躍遷。,摩爾吸光系數(shù)小， max 100 L mol-1 cm-1 ，光譜一般位于可見(jiàn)光區(qū),3、常用術(shù)語(yǔ),（1） 生色團(tuán),生色團(tuán)是指分子中能吸收紫外或可見(jiàn)光的基團(tuán)，它實(shí)際上是一些具有不飽和鍵和含有孤對(duì)電子的基團(tuán)。,例如：,如化合物分子含有數(shù)個(gè)生色團(tuán)，但它們之 間無(wú)共軛作用，那么吸收光譜將包含這些個(gè) 別生色團(tuán)原有的吸收帶。,如兩個(gè)生色團(tuán)彼此相鄰形成共軛體系，那么原來(lái)各自生色團(tuán)的吸收帶就會(huì)消失，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)新的吸收帶。,（2） 助色團(tuán),助色團(tuán)是指本身不產(chǎn)生吸收峰，但與生色團(tuán) 相連時(shí)，能使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)， 并使其吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的基團(tuán)。,例如：,NH2 、OH 、OR 、SH 、SR 、Cl 、Br等,（3） 紅移和藍(lán)移,在有機(jī)化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，使其吸收帶的最大吸收波長(zhǎng) 發(fā)生移動(dòng)。,（4） 增色效應(yīng)和減色效應(yīng),（5） 強(qiáng)帶和弱帶,（6） R帶,含雜原子的生色團(tuán)的n * 躍遷所產(chǎn)生的吸收帶。,例如：,特點(diǎn)：,強(qiáng)度弱，一般 100 L mol-1 cm-1 ； 吸收峰通常位于200400nm之間。,（7） K帶,由共軛體系的 *躍遷產(chǎn)生的吸收帶。,特點(diǎn)：,強(qiáng)度大，一般 104 L mol-1 cm-1 ； 吸收峰一般處于217280nm范圍內(nèi)； K帶的波長(zhǎng)及強(qiáng)度與共軛體系的數(shù)目、位置、取代基的種類有關(guān)。 共軛體系加長(zhǎng)，增加，強(qiáng)度增加。,（8） B帶,由芳香族化合物的 *躍遷而產(chǎn)生的精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶。,（9） E帶,芳香族化合物的 *躍遷所產(chǎn)生的吸收帶， 也是芳香族的特征吸收峰。,苯的紫外吸收光譜,4、影響紫外-可見(jiàn)吸收光譜的因素,（1） 共軛效應(yīng),共軛效應(yīng)使共軛體系形成大鍵，結(jié)果使各能級(jí)間的能量差減小，從而躍遷所需能量減小，使吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移。,（2） 溶劑效應(yīng),溶劑極性對(duì)光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響,溶劑極性增加 溶劑與溶質(zhì)之相互作用增強(qiáng) 溶質(zhì)分子的振動(dòng)受到限制 振動(dòng)引起的精細(xì)結(jié)構(gòu)消失,溶劑極性對(duì) *躍遷譜帶的影響,溶劑極性增大時(shí)，由 *躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。,溶劑極性對(duì)n *躍遷譜帶的影響,溶劑極性增大，由n *躍遷產(chǎn)生的吸收譜帶發(fā)生藍(lán)移。,溶劑的選擇,盡量選用非極性溶劑或低極性溶劑； 能很好的溶解被測(cè)物，且形成的溶液具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性； 溶劑在試樣的吸收光譜區(qū)無(wú)明顯吸收。,（3） pH的影響,如果化合物在不同的pH下存在的型體不同，則其吸收峰的位置會(huì)隨pH的改變而改變。,四、紫外-可見(jiàn)吸收光譜法的應(yīng)用,1、定性分析,無(wú)機(jī)元素： 應(yīng)用較少,有機(jī)化合物： 應(yīng)用有一定的局限性,簡(jiǎn)單，特征性不強(qiáng) 大多數(shù)簡(jiǎn)單官能團(tuán)只有微弱吸收或無(wú)吸收,主要適用于不飽和有機(jī)物，特別是共軛體系的鑒定,（1） 比較法,（2） 最大吸收波長(zhǎng)計(jì)算法,用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算最大吸收波長(zhǎng),2、結(jié)構(gòu)分析,順?lè)串悩?gòu)體的判別 互變異構(gòu)體的判別 構(gòu)象的判別,可以確定一些化合物的構(gòu)型和構(gòu)象,3、定量分析,（1） 單組分定量方法,工作曲線,（2） 多組分定量方法,雙組分混合物中某一組分的測(cè)定，可選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)，在這兩個(gè)波長(zhǎng)處干擾組分具有相等的吸光度，因而可達(dá)到消除干擾的效果。 若 , 則,（3） 雙波長(zhǎng)分光光度法,基本條件： （1）干擾組分在這兩個(gè)波長(zhǎng)應(yīng)具有相同的吸光度 （2）待測(cè)組分在這兩個(gè)波長(zhǎng)的吸收差值應(yīng)足夠大， A足夠大,例1：2,4,6-三氯苯酚存在下苯酚的測(cè)定 1270 nm 2286 or 325 nm,例2：間苯二甲酸存在下對(duì)苯二甲酸的測(cè)定 1262.5 nm 2277.0 nm,應(yīng)用等吸收法時(shí)，其前提是干擾成分A 1 A 2，然而對(duì)某些試樣的定量測(cè)定，由于干擾組分的吸收曲線只呈陡坡而沒(méi)有吸收峰，因而在波長(zhǎng)選擇上受到限制，如P35頁(yè)圖。,雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)的改進(jìn) 差示信號(hào)： SK1A1K2A2 A1a1b2 A2a2b2 SK1(a1b2) K2( a2b2) (K1a1K2a2)+(K1b1K2b2) 若測(cè)定混合物中的A，消除B的干擾， 調(diào)節(jié)儀器的信號(hào)放大器，使 K1b1K2b20 S K1a1K2a2,（3） 三波長(zhǎng)光度分析法,基本概念,凈A2和分析成份濃度的關(guān)系,R3P MNP ,又P13N33 ,三波長(zhǎng)光度法分析的應(yīng)用,例： Sc氨基酸偶氮膦 La氨基酸偶氮膦 測(cè)La。,(4) 導(dǎo)數(shù)吸收光譜分析 （Derivative Spectroscopy),導(dǎo)數(shù)吸收光譜理論 在雙波長(zhǎng)光度計(jì)上，如使用的兩波長(zhǎng)1和2很接近，進(jìn)行同時(shí)掃描，并保持兩波長(zhǎng)差不變，便可獲得一階導(dǎo)數(shù)光譜。 AA1A2 導(dǎo)數(shù)光譜即吸光度隨波長(zhǎng)變化率對(duì)波長(zhǎng)的曲線。 對(duì)n階導(dǎo)數(shù)而言 導(dǎo)數(shù)光譜,導(dǎo)數(shù)吸收光譜分析的優(yōu)點(diǎn): （1）導(dǎo)數(shù)光譜較原吸收光譜譜帶變窄，故其減少了與干擾譜帶交疊的可能性，減小干擾。 （2）吸收光譜分析的背景光都為斜線，斜線一階導(dǎo)數(shù)為常數(shù)的，二階導(dǎo)數(shù)為0，故可消除背景干擾。,當(dāng)I0為常數(shù),吸收曲線峰值處,當(dāng) 時(shí),以此類推,對(duì)上式再求導(dǎo)，得：,導(dǎo)數(shù)信號(hào)與被測(cè)物濃度c的關(guān)系,I0為常數(shù),二階導(dǎo)數(shù)方程式的推導(dǎo)：,當(dāng) 時(shí)，上式為：,三階導(dǎo)數(shù)方程式的推導(dǎo)：,由：,得：,光強(qiáng)對(duì)波長(zhǎng)的二階和三階導(dǎo)數(shù)與濃度成線性關(guān)系。 推廣到n階：,當(dāng) 時(shí),導(dǎo)數(shù)光譜的獲得,1、 電子學(xué)方法 （1）電子微分法 用RC微分電路將儀器的輸出信號(hào)(I)對(duì)時(shí)間(t)微分得到(dI/dt),令波長(zhǎng)掃描速度d/dt為常數(shù)k,（2）數(shù)值微分法 將譜線數(shù)據(jù)以數(shù)值形式表達(dá)并用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的平滑、平均和微分等數(shù)值處理，然后輸出導(dǎo)數(shù)信號(hào)。,2、光學(xué)方法 （1）雙波長(zhǎng)分光光度法 在波長(zhǎng)間隔足夠少,在掃描時(shí)保持為k,（2）波長(zhǎng)調(diào)制 是目前最廣泛應(yīng)用于獲得導(dǎo)數(shù)光譜的技術(shù)，最常見(jiàn)的是正弦調(diào)制。 在吸收光譜中，透過(guò)光強(qiáng)度是波長(zhǎng)的函數(shù)，若在給定波長(zhǎng)0處用泰勒收斂展開(kāi)，則有：,當(dāng)表示為時(shí)間函數(shù)，即以,式中d為振幅，為調(diào)制頻率，寫(xiě)成正弦和余弦的倍角形式得：,即,在sin(t)的振幅中包含I(0)的n階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)（n為奇數(shù)），當(dāng)d值很小時(shí)，In(0)以外，d的其它高次方項(xiàng)可以忽略。此時(shí)sin(t)的振幅與I(1)(0)成正比。同樣，cos(2t)的振幅與I(2)(0)成正比依次類推。同時(shí)只需將透過(guò)光中所含的sin(t)，cos(2t)等的信頻成份進(jìn)行