波譜分析—UV-Vis.ppt

波譜分析 UV Vis 基于分子外層電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜進行分析測定的一種儀器分析方法 常用波長范圍為200 800nm 4 200nm為真空紫外區(qū) 該能量對應(yīng)分子的三種能級 hv E電子 E振動 E轉(zhuǎn)動三種能級的圖例如下 不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同或者說其分子能級的能量 各種能級能量總和 或能量間隔各異 因此不同物質(zhì)將選擇性地吸收不同波長或能量的外來輻射 這是UV Vis定性分析的基礎(chǔ) 定性分析具體做法是讓不同波長的光通過待測物 經(jīng)待測物吸收后 測量其對不同波長光的吸收程度 吸光度A 以吸光度A為縱坐標(biāo) 輻射波長為橫坐標(biāo)作圖 得到該物質(zhì)的吸收光譜或吸收曲線 據(jù)吸收曲線的特性 峰強度 位置及數(shù)目等 研究分子結(jié)構(gòu) 波譜分析 UV Vis 一 方法原理1 有機化合物的紫外可見吸收光譜 1 非鍵和成鍵向反鍵的躍遷 四種 2 電荷遷移躍遷 分子內(nèi)的氧化還原過程 如ph NR2 ph COR等 吸光系數(shù)大于104 各軌道能級高低順序 n 可能的躍遷類型 n n C H共價鍵 如CH4 125nm C C鍵 如C2H6 135nm 處于真空紫外區(qū) 和 躍遷 盡管所需能量比上述 躍遷能量小 但波長仍處于真空紫外區(qū) n 含有孤對電子的分子 如H2O 167nm CH3OH 184nm CH3Cl 173nm CH3I 258nm CH3 2S 229nm CH3 2O 184nm CH3NH2 215nm CH3 3N 227nm 可見 大多數(shù)波長仍小于200nm 處于近紫外區(qū) 以上四種躍遷都與 成鍵和反鍵軌道有關(guān) 和n 躍遷能量較高 這些躍遷所產(chǎn)生的吸收譜多位于真空紫外區(qū) 因而在此不加討論 只有 和n 兩種躍遷的能量小 相應(yīng)波長出現(xiàn)在近紫外區(qū)甚至可見光區(qū) 且對光的吸收強烈 是我們研究的重點 波譜分析 UV Vis 2 幾個概念 生色團 助色團 P10 紅移 紫移3 芳香族化合物的吸收光譜 1 苯的吸收光譜 E1 E2 B 2 烷基取代 使B帶稍向長波移動 3 助色團取代 使E B帶紅移 強度增加 4 生色團取代 使B帶顯著紅移 見表P22 5 稠環(huán)芳香族化合物 共軛越大 紅移越多 P26 6 雜環(huán)芳香族化合物 與相對應(yīng)的芳族類似 P27 波譜分析 UV Vis 4 無機化合物的吸收光譜 1 電荷遷移躍遷 最大特點是吸收系數(shù)大 大于104 定量分析靈敏 如部分無機絡(luò)合物 2 配位場躍遷 主要為d d和f f躍遷 見武大版教材P64 波譜分析 UV Vis 5 溶劑的影響 對光譜的影響 紅移或紫移 和對測定的影響選擇溶劑時須注意 1 盡量選低極性溶劑 2 能很好的溶解物質(zhì) 且形成的溶液有好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性 3 在樣品的光譜區(qū)無明顯吸收 P12表1 2 波譜分析 UV Vis 6 朗伯 比爾吸收定律 Io I A abc 由上式 A與c應(yīng)為過原點的直線 但實際分析時常有偏離 此時可從兩方面分析 1 樣品溶液因素 上式僅在稀溶液成立 2 儀器因素 上式僅適用于單色光 波譜分析 UV Vis 二 儀器結(jié)構(gòu)與原理 按光學(xué)系統(tǒng)可分為單光束 雙光束 單波長 雙波長分光光度計 由輻射源 分光器 吸收池 檢測器等組成 見圖 光源 鎢燈和氘燈 連續(xù) 穩(wěn)定 恒定 長 分光器 棱鏡和光柵 吸收池 玻璃和石英吸收池 檢測器 光電倍增管和光電管 紫外可見光度計儀器 分光光度計分為單波長和雙波長儀器 1 單波長分光光度計單光束雙光束 空間分隔 雙光束 時間分隔 特點 因光束幾乎同時通過樣品池和參比池 因此可消除光源不穩(wěn)產(chǎn)生的誤差 3 分光光度計的校正當(dāng)光度計使用一段時間后其波長和吸光度將出現(xiàn)漂移 因此需要對其進行校正 波長標(biāo)度校正 使用鐠 釹玻璃 可見光區(qū) 和鈥玻璃 紫外光區(qū) 進行校正 因為二者均有其各自的特征吸收峰 吸光度標(biāo)度校正 采用K2CrO4標(biāo)準(zhǔn)液校正 在25oC時 于不同波長處測定0 04000g L的KOH溶液 0 05mol L 的吸光度A 調(diào)整光度計使其A達到規(guī)定的吸光度 波譜分析 UV Vis 三 實驗技術(shù)1 樣品的制備 在溶液中進行無機物 水溶 酸溶或堿熔等 有機物 溶劑溶解或抽提 也可消化后溶解 溶劑 前述三點 低極性 溶解且無吸收 穩(wěn)定 揮發(fā)小 不易燃 無毒性 價格便宜等 波譜分析 UV Vis 2 測定條件的選擇 1 波長的選擇 一般為最大吸收波長 靈敏 穩(wěn)定 2 狹縫的選擇 影響靈敏度和線性范圍 不減少A的最大狹縫 3 吸光度的選擇 吸光度在0 2 0 8時 測量誤差最小 由L B定律 微分后得 將上兩式相比 并將dT和dc分別換為 T和 c 得當(dāng)相對誤差 c c最小時 求得T 0 368或A 0 434 即當(dāng)A 0 434時 吸光度讀數(shù)誤差最小 通?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)溶液濃度或改變光程b來控制A的讀數(shù)在0 15 1 00范圍內(nèi) 波譜分析 UV Vis 3 反應(yīng)條件的選擇 多數(shù)測定均經(jīng)顯色 使 更靈敏 高選擇性 組成恒定穩(wěn)定等 與顯色劑顏色不同 1 溶液的酸度 影響吸收曲線NaH2PO4 HCl pH 3 NaAc HCl pH 5 KH2PO4 NaOH pH 7 H3BO3 KCl pH 9 H3BO3 NaOH pH 11 波譜分析 UV Vis 2 顯色劑濃度 高靈敏度且吸光度恒定 3 溫度的影響 4 顯色時間 反應(yīng)的時間及絡(luò)合物的穩(wěn)定性 5 參比溶液 試液和顯色劑均無色 蒸餾水為參比 顯色劑無色 試液中有其它有色離子 不加顯色劑的試液 試液 顯色劑均有色 取一份試液 加掩蔽劑掩蔽被測離子 再加顯色劑等 波譜分析 UV Vis 4 共存離子干擾的消除方法 1 加入適當(dāng)?shù)难诒蝿?2 改變干擾離子的價態(tài)如鉻天青S測定Al 時 Fe 有干擾 可加入抗壞血酸還原鐵而消除干擾 3 選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL 4 其它 各種預(yù)分離技術(shù) 波譜分析 UV Vis 四 分析應(yīng)用1 定性分析 吸收光譜曲線的形狀 吸收峰的數(shù)目 最大吸收波長的位置及相應(yīng)的吸收系數(shù) 1 比較 吸收光譜曲線 法 與已知物或標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較 波譜分析 UV Vis 2 用各種經(jīng)驗規(guī)則計算被測定物質(zhì)的 max 并與實測值比較 Woodward Fieser 伍德沃德 費塞爾 規(guī)則 計算共軛二烯 多烯烴不飽和醛酮 不飽和羧酸及酯類芳香族化合物規(guī)則Scott 斯科特 規(guī)則 計算芳香族羰基的衍生物 波譜分析 UV Vis 3 有機物構(gòu)型和構(gòu)象的確定 順反 互變 如 順反式 酮式 烯醇式互變異構(gòu)等 見P33 34例 4 純度檢查如 通過測定吸收曲線通過測 來判斷干性油 含共軛雙鍵 與不干性油 飽和或雙鍵不共軛 的判別 5 在結(jié)構(gòu)定性分析時 可作為其它鑒定方法的補充如 共軛體系的判斷 骨架確定 構(gòu)型構(gòu)象的測定等 波譜分析 UV Vis 但紫外可見定性時 僅可作為其它鑒定方法的補充 見教材P30幾條 同時注意以下原則 a 計算不飽和數(shù) 估計結(jié)構(gòu)可能性 b 利用吸收帶的 max及 max 指認(rèn)電子躍遷類型 c 利用溶劑效應(yīng)及pH值與光譜變化的相關(guān)性 吸收帶分為 K帶 n R帶 和B E帶 苯環(huán) d 利用 max及 max 估計生色團及相鄰基團 e 與化學(xué)反應(yīng)配合 進一步考察生色體系骨架結(jié)構(gòu) f 若分子中有2個以上分離的生色團體系 可用適當(dāng)模型化合物 測量差示或加合光譜 推測復(fù)雜結(jié)構(gòu) g 預(yù)測K帶的經(jīng)驗規(guī)則 對結(jié)構(gòu)正確與否進行判斷 h 推測結(jié)構(gòu)與光譜數(shù)據(jù)有出入而無合理解釋 注意鄰位效應(yīng) 空間效應(yīng) 跨環(huán)效應(yīng)等 波譜分析 UV Vis 2 定量分析 A abc 1 單一物質(zhì)的分析 A kc 標(biāo)準(zhǔn)曲線法 高濃度時用示差分光光度法 A k c混濁樣品時用雙波長法測定若 2為樣品吸收峰 1為樣品無吸收 則 A kc B B kc 波譜分析 UV Vis 2 多組分的分析 解聯(lián)立方程組法 吸光度的加合性原則 二組分混合物的紫外 可見吸收光譜可分為 不重疊 部分重疊 相互重疊三種 n組分時為n元方程組 雙波長分光光度法等吸收波長法系數(shù)倍率法 3 示差分光光度法 3 導(dǎo)數(shù)峰高測量方法測量方法有三 如下圖 正切法 相鄰峰 極大或極小 切線中點至相鄰峰切線 極小或極大 的距離d 峰谷法 兩相鄰峰值 極大或極小 間的距離p1或p2 峰零法 極值峰至零線間的距離 5 配合物組成和穩(wěn)定常數(shù)測定1 摩爾比法 飽和法 設(shè)配合物的顯色反應(yīng)為 具體做法 固定cM 增加cR 并測定一系列MRn的吸光度A 以cR cM比值對A作圖 得如圖所示曲線 其中 曲線拐點處對應(yīng)的值為配合比n 設(shè)MRn電離度為 則 2 等摩爾連續(xù)變化法 Job法 具體做法 保持cR cM c恒定 但改變cM與cR的相對比例 若以cM c對吸光度A作圖 當(dāng)達最大吸光度時cM cR之比即為配位比 由兩曲線外推的交點所對應(yīng)的cM c亦可得出配位比 若比值為0 5 則配位比n為1 1 若比值為0 33 則配位比n為1 2 或者n 1 cM c cM c 設(shè)cM c f 則該法適于離解度小 配合比低的