UV-VIS 實驗講義（完整版）

1、賽默飛世爾賽默飛世爾EV 220型型UV-VIS光譜儀光譜儀教學(xué)要求教學(xué)要求1、掌握本實驗室、掌握本實驗室UV-VIS光譜儀的基本原理光譜儀的基本原理2、了解實驗室了解實驗室UV-VIS光譜儀的結(jié)構(gòu)及一般應(yīng)用光譜儀的結(jié)構(gòu)及一般應(yīng)用3、掌握掌握 Thermo Insight 軟件的操作方法軟件的操作方法UV-VIS 概述概述l在儀器分析中紫外在儀器分析中紫外可見分光光度法是歷史悠久、應(yīng)用最為廣泛的可見分光光度法是歷史悠久、應(yīng)用最為廣泛的一種光學(xué)分析方法。它是利用物質(zhì)的分子或離子對某一波長范圍的一種光學(xué)分析方法。它是利用物質(zhì)的分子或離子對某一波長范圍的光的吸收作用，也就是說采用分子或離子吸收入射光

2、中特定波長的光的吸收作用，也就是說采用分子或離子吸收入射光中特定波長的光而產(chǎn)生的吸收光譜來對物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析。光而產(chǎn)生的吸收光譜來對物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析。按所吸收光的波長區(qū)域不同，分為紫外分光光度法和可見分光光度按所吸收光的波長區(qū)域不同，分為紫外分光光度法和可見分光光度法，合稱為紫外法，合稱為紫外- -可見分光光度法?？梢姺止夤舛确ā分光光度法是在比色法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者所依據(jù)的原理基本分光光度法是在比色法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者所依據(jù)的原理基本相同。由于分光光度法采用了更為先進(jìn)的單色系統(tǒng)和光檢測系統(tǒng)，相同。由于分光光度法采用了更為先進(jìn)的單色系統(tǒng)和光檢測

3、系統(tǒng)，使得分光光度法在靈敏度、準(zhǔn)確度、精密度及應(yīng)用范圍上都大大優(yōu)使得分光光度法在靈敏度、準(zhǔn)確度、精密度及應(yīng)用范圍上都大大優(yōu)于比色法。于比色法。 UV-VIS 的理論基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ) 朗伯朗伯- -比爾定律：比爾定律： 當(dāng)一束平行的單色光通過含有吸光物質(zhì)的稀溶液當(dāng)一束平行的單色光通過含有吸光物質(zhì)的稀溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度、液層厚度乘積時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度、液層厚度乘積成正比成正比，即，即 A= c l 式中比例常數(shù)式中比例常數(shù)與吸光物質(zhì)的本性，入射光波長及溫與吸光物質(zhì)的本性，入射光波長及溫度等因素有關(guān)。度等因素有關(guān)。c c為吸光物質(zhì)濃度，為吸光物質(zhì)濃度，l為透光液層厚度。

4、為透光液層厚度。UV-VIS 區(qū)域劃分區(qū)域劃分 紫外光區(qū)紫外光區(qū): 10400nm 44）210210250250共軛鍵共軛鍵B帶和帶和E帶吸收帶吸收* *B 帶中等帶中等E1帶峰強帶峰強E2帶峰強帶峰強10102 2 10104 4約為約為10103 3230230270(270(K K帶右?guī)в? )184nm184nm204nm204nm苯環(huán)苯環(huán)(中心在中心在254nm)R帶吸收帶吸收nn* *弱弱10102 2270270350350B B帶吸收右?guī)沼液聦﹄娮雍聦﹄娮拥墓曹楁I的共軛鍵有機化合物吸收峰的影響因素有機化合物吸收峰的影響因素 由此可見，有機化合物的吸收光譜是建立在由此可

5、見，有機化合物的吸收光譜是建立在nn* * 或或* * 躍遷基礎(chǔ)上的，它們躍遷基礎(chǔ)上的，它們的吸收峰位于的吸收峰位于200200800nm800nm范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 物質(zhì)的吸收光譜與測定條件有密切的關(guān)系。溶劑極性、溫度物質(zhì)的吸收光譜與測定條件有密切的關(guān)系。溶劑極性、溫度、pH 等，都對吸收光譜等，都對吸收光譜的形狀、吸收峰的位置、吸收強度等產(chǎn)生影響。的形狀、吸收峰的位置、吸收強度等產(chǎn)生影響。 首先，溶液的極性對吸收峰的位置有不同的影響。首先，溶液的極性對吸收峰的位置有不同的影響。 * * 躍遷可以發(fā)生在任何具有不飽和鍵的有機化合物分子中，其最大摩爾吸光躍遷可以發(fā)生在任何具有不飽和鍵的有機化合物

6、分子中，其最大摩爾吸光率很大，吸收峰隨溶劑極性的增加向長波方向移動，率很大，吸收峰隨溶劑極性的增加向長波方向移動，發(fā)生紅移。發(fā)生紅移。如苯環(huán)的一個氫原子如苯環(huán)的一個氫原子被一些基團取代后，苯環(huán)在被一些基團取代后，苯環(huán)在254nm254nm處吸收帶的最大吸收位置和強度就會改變。處吸收帶的最大吸收位置和強度就會改變。 n n * * 躍遷躍遷發(fā)生在含有雜原子的不飽和化合物中，其最大摩爾吸光系數(shù)發(fā)生在含有雜原子的不飽和化合物中，其最大摩爾吸光系數(shù)max max 比比較小，吸收峰隨溶劑極性增加而向短波方向移動較小，吸收峰隨溶劑極性增加而向短波方向移動，發(fā)生藍(lán)移。，發(fā)生藍(lán)移。 例如，水和酒精的藍(lán)移可達(dá)例

7、如，水和酒精的藍(lán)移可達(dá)30nm30nm以上。以上。 其次，溶劑還影響吸收峰強度和光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)比較標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和未知物質(zhì)其次，溶劑還影響吸收峰強度和光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)比較標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和未知物質(zhì)的紫外吸收光譜時，必須采用同一種溶劑。的紫外吸收光譜時，必須采用同一種溶劑。UV-VIS 吸收光譜的應(yīng)用吸收光譜的應(yīng)用-1 1 1、定性分析、定性分析 用于鑒定有機化合物。通常是在相同的條件下，比較未知物與已用于鑒定有機化合物。通常是在相同的條件下，比較未知物與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的紫外光譜圖，若兩者的譜圖相同，則可認(rèn)為待測樣品與知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的紫外光譜圖，若兩者的譜圖相同，則可認(rèn)為待測樣品與已知物質(zhì)具有相同的已

8、知物質(zhì)具有相同的生色團生色團。 但應(yīng)注意，紫外吸收光譜相同，兩種化合物有時不一定相同，所但應(yīng)注意，紫外吸收光譜相同，兩種化合物有時不一定相同，所以在比較以在比較maxmax的同時，還要比較它們的的同時，還要比較它們的值。如果待測物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)值。如果待測物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的吸收波長、吸收系數(shù)都相同，則可認(rèn)為兩者時同一物質(zhì)。物質(zhì)的吸收波長、吸收系數(shù)都相同，則可認(rèn)為兩者時同一物質(zhì)。 UV-VIS 吸收光譜的應(yīng)用吸收光譜的應(yīng)用-2 用于檢出某些官能團用于檢出某些官能團, ,推斷有機化合物分子的結(jié)構(gòu)推斷有機化合物分子的結(jié)構(gòu) 例如化合物在例如化合物在 220 220800nm 800nm 范圍內(nèi)無吸收峰，它可能

9、范圍內(nèi)無吸收峰，它可能是脂肪族碳?xì)浠臀?，胺、晴、醇、羧酸、氯代烴和氟是脂肪族碳?xì)浠臀?，胺、晴、醇、羧酸、氯代烴和氟代烴，不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系，沒有醛、酮或溴、碘代烴，不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系，沒有醛、酮或溴、碘等基團。如果在等基團。如果在 250nm 250nm300nm 300nm 有中等強度的吸收帶并有中等強度的吸收帶并有一定的精細(xì)結(jié)構(gòu)，則表示有苯環(huán)存在。有一定的精細(xì)結(jié)構(gòu)，則表示有苯環(huán)存在。UV-VIS 吸收光譜的應(yīng)用吸收光譜的應(yīng)用-3 如圖為苯在乙醇中的紫外光譜如圖為苯在乙醇中的紫外光譜吸收。苯在吸收。苯在180nm180nm和和204nm204nm處有處有兩個強吸收帶，分別稱為兩個

10、強吸收帶，分別稱為E E1 1和和E E2 2吸吸收帶，是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個乙烯的收帶，是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個乙烯的環(huán)狀共軛體系的躍遷產(chǎn)生的，是芳環(huán)狀共軛體系的躍遷產(chǎn)生的，是芳香族化和物的特征吸收。在香族化和物的特征吸收。在230230270nm270nm處有較弱的一系列吸收帶，處有較弱的一系列吸收帶，稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶，亦稱為稱為精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶，亦稱為B B吸吸收帶。收帶。B B吸收帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)常用來吸收帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)常用來辨認(rèn)芳香族化和物。辨認(rèn)芳香族化和物。 若苯環(huán)上有助色團如若苯環(huán)上有助色團如-OH-OH、-Cl-Cl等取代，由于等取代，由于n n * * 共軛，使共軛，使E2 E2 吸收帶向長

11、波移動，并產(chǎn)生精細(xì)結(jié)吸收帶向長波移動，并產(chǎn)生精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此可以從構(gòu)，因此可以從E2E2和和B B來確定某些來確定某些取代基的存在。取代基的存在。 苯在乙醇中的紫外吸收光譜苯在乙醇中的紫外吸收光譜UV-VIS 吸收吸收光譜的應(yīng)用光譜的應(yīng)用-4 2 2. .定量測定定量測定 紫外可見吸收光譜法是進(jìn)行定量分析最有用的工具之一。依據(jù)是紫外可見吸收光譜法是進(jìn)行定量分析最有用的工具之一。依據(jù)是朗伯比爾定律。該法不僅可以直接測定那些本身在紫外可見光譜朗伯比爾定律。該法不僅可以直接測定那些本身在紫外可見光譜區(qū)有吸收的無機物和有機物，還可以通過適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)使被測物區(qū)有吸收的無機物和有機物，還可以通過適當(dāng)?shù)娘@色

12、反應(yīng)使被測物質(zhì)生成在紫外可見光譜區(qū)有強烈吸收的產(chǎn)物，從而進(jìn)行定量分析。質(zhì)生成在紫外可見光譜區(qū)有強烈吸收的產(chǎn)物，從而進(jìn)行定量分析。 另外，紫外分光光度法可方便的用來直接測定混合物中某些另外，紫外分光光度法可方便的用來直接測定混合物中某些組分的含量。如環(huán)乙烷中的苯、四氯化碳中的二硫化碳、魚肝油中組分的含量。如環(huán)乙烷中的苯、四氯化碳中的二硫化碳、魚肝油中的維生素的維生素A A等。等。UV-VIS 吸收吸收光譜的應(yīng)用光譜的應(yīng)用-5 3.3.純度檢查純度檢查 如果一化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其雜質(zhì)有如果一化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其雜質(zhì)有較強吸收，就可方便的檢出該化合物中的痕量雜質(zhì)。較強吸收，就可方

13、便的檢出該化合物中的痕量雜質(zhì)。例如要鑒定甲醇和乙醇中的雜質(zhì)苯，可利用苯在例如要鑒定甲醇和乙醇中的雜質(zhì)苯，可利用苯在25254 4nmnm處的處的B B吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長幾乎沒吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長幾乎沒有吸收。又如四氯化碳中有無二硫化碳雜質(zhì)，只要有吸收。又如四氯化碳中有無二硫化碳雜質(zhì)，只要觀察在觀察在318nm 318nm 處有無二硫化碳的吸收峰即可。處有無二硫化碳的吸收峰即可。 紫外譜圖提供的結(jié)構(gòu)信息紫外譜圖提供的結(jié)構(gòu)信息 紫外譜圖紫外譜圖提供的主要信息是有關(guān)該化合物的共軛體系或某些碳基等的提供的主要信息是有關(guān)該化合物的共軛體系或某些碳基等的 存在。可以粗略地歸納為下述幾點：

14、存在。可以粗略地歸納為下述幾點： 化合物在化合物在220220800nm800nm內(nèi)無紫外吸收，說明該化合物是脂肪烴、脂環(huán)烴或內(nèi)無紫外吸收，說明該化合物是脂肪烴、脂環(huán)烴或 它們的簡單衍生物它們的簡單衍生物( (氯化物、醇、醚、羧酸等氯化物、醇、醚、羧酸等) )，甚至可能是非共軛的烯。，甚至可能是非共軛的烯。 220220250nm250nm內(nèi)顯示強的吸收內(nèi)顯示強的吸收(近近1000010000或更大或更大) )，這表明，這表明K K帶的存在。帶的存在。 即存在共扼的兩個不飽和鍵即存在共扼的兩個不飽和鍵( (共軛二烯或共軛二烯或， 不飽和醛、酮不飽和醛、酮) ) 250250290nm290nm

15、內(nèi)顯示中等強度吸收，且常顯示不同程度的精細(xì)結(jié)構(gòu)，說明內(nèi)顯示中等強度吸收，且常顯示不同程度的精細(xì)結(jié)構(gòu)，說明 苯環(huán)或某些雜芳環(huán)的存在。苯環(huán)或某些雜芳環(huán)的存在。 250250350nm350nm內(nèi)顯示中、低強度的吸收，說明碳基或共軛羰基的存在。內(nèi)顯示中、低強度的吸收，說明碳基或共軛羰基的存在。 300nm300nm以上的高強度吸收，說明該化合物具有較大的共軛體系。若高強度以上的高強度吸收，說明該化合物具有較大的共軛體系。若高強度 吸收具有明顯的精細(xì)結(jié)構(gòu)。說明稠環(huán)芳烴、稠環(huán)雜芳烴或其衍生物的存在。吸收具有明顯的精細(xì)結(jié)構(gòu)。說明稠環(huán)芳烴、稠環(huán)雜芳烴或其衍生物的存在。解析紫外譜圖方法及有關(guān)注意事項解析紫外譜

16、圖方法及有關(guān)注意事項-1l 解析譜圖時，應(yīng)同時顧及吸收帶的位置、強度和峰的形狀三個方面：解析譜圖時，應(yīng)同時顧及吸收帶的位置、強度和峰的形狀三個方面： 從吸收帶位置可估計產(chǎn)生該吸收的共軛體系的大??；吸收強度有助于從吸收帶位置可估計產(chǎn)生該吸收的共軛體系的大??；吸收強度有助于 K帶、帶、B帶和帶和R帶的識別；從吸收帶形狀可幫助判斷產(chǎn)生紫外吸收的帶的識別；從吸收帶形狀可幫助判斷產(chǎn)生紫外吸收的 基團。如某些芳環(huán)衍生物，在峰形上顯示一定程度的精細(xì)結(jié)構(gòu)。基團。如某些芳環(huán)衍生物，在峰形上顯示一定程度的精細(xì)結(jié)構(gòu)。l 立體位阻的作用常使一些共軛體系的吸收帶發(fā)生明顯的藍(lán)移，這是立體位阻的作用常使一些共軛體系的吸收帶

17、發(fā)生明顯的藍(lán)移，這是 由于共軛體系的共平面性受到破壞所致。如聯(lián)苯、由于共軛體系的共平面性受到破壞所致。如聯(lián)苯、2,2 二甲基聯(lián)二甲基聯(lián) 苯、苯、4,4 二甲基聯(lián)苯的紫外吸收。二甲基聯(lián)苯的紫外吸收。l 介質(zhì)的影響：在進(jìn)行紫外測定時介質(zhì)的影響：在進(jìn)行紫外測定時, ,介質(zhì)常有較重要的影響?？偟恼f來，介質(zhì)常有較重要的影響。總的說來， 相對于該化合物蒸汽的紫外吸收相對于該化合物蒸汽的紫外吸收, ,低極性溶劑的溶液其紫外吸收變化低極性溶劑的溶液其紫外吸收變化 小，高極性溶劑的溶液其紫外吸收變化大，且精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。因此小，高極性溶劑的溶液其紫外吸收變化大，且精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。因此 一般應(yīng)盡量采用低極性溶劑。一般

18、應(yīng)盡量采用低極性溶劑。解析紫外譜圖方法及有關(guān)注意事項解析紫外譜圖方法及有關(guān)注意事項-2解析紫外譜圖方法及有關(guān)注意事項解析紫外譜圖方法及有關(guān)注意事項-3l苯環(huán)苯環(huán)E E2 2帶帶(204nm)(204nm)的溶劑效應(yīng)需視衍生物各取代基的性的溶劑效應(yīng)需視衍生物各取代基的性質(zhì)而定。取代基為鄰、對位取代基時，溶劑效應(yīng)很??；質(zhì)而定。取代基為鄰、對位取代基時，溶劑效應(yīng)很??；取代基為間位取代基時，隨溶劑極性的增加而產(chǎn)生紅取代基為間位取代基時，隨溶劑極性的增加而產(chǎn)生紅移。移。l對具有酸堿性的一些有機物，如：酚、苯胺等，溶液對具有酸堿性的一些有機物，如：酚、苯胺等，溶液的的PHPH值對其吸收位置有很明顯的影響。

19、值對其吸收位置有很明顯的影響。l最常用的標(biāo)準(zhǔn)譜圖仍為薩特勒最常用的標(biāo)準(zhǔn)譜圖仍為薩特勒(Sadtler)(Sadtler)紫外譜圖，紫外譜圖，因它同時有核磁共振氫譜、核磁共振碳譜、紅外譜，因它同時有核磁共振氫譜、核磁共振碳譜、紅外譜，且有上述譜圖的綜合索引，因此查閱薩特勒譜圖是十且有上述譜圖的綜合索引，因此查閱薩特勒譜圖是十分方便的，其查閱方式和查薩特勒紅外譜相似。分方便的，其查閱方式和查薩特勒紅外譜相似。EV 220 紫外可見分光光度儀紫外可見分光光度儀生產(chǎn)公司：生產(chǎn)公司：美國賽默飛世爾公司美國賽默飛世爾公司型型 號：號：EV 220EV 220結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖-1EV 220結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖-2EV

20、220內(nèi)部工作示意圖內(nèi)部工作示意圖1，8，9，12，15，16，20凹面反射鏡；凹面反射鏡；2汞燈；汞燈；3燈交換平面鏡；燈交換平面鏡；4氙燈；氙燈；5入口狹縫；入口狹縫；6，17平面反射鏡色散元件（棱鏡）；平面反射鏡色散元件（棱鏡）；10，11出口狹出口狹縫；縫；13調(diào)制板；調(diào)制板；14斬光器；斬光器；18參比池；參比池；19樣品池；樣品池；21光電倍增管光電倍增管主要部件的性能與作用主要部件的性能與作用-1EV220光譜儀可測波長范圍為光譜儀可測波長范圍為1901100nm，由以下，由以下5個部分組成：個部分組成：光源光源單色器單色器吸收池吸收池檢測器檢測器顯示器顯示器主要部件的性能與作用

21、主要部件的性能與作用-2 1. 1. 光源光源 功能：提供能量激發(fā)被測物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子光譜譜帶（提供寬帶輻射）。功能：提供能量激發(fā)被測物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子光譜譜帶（提供寬帶輻射）。 對光源的要求：對光源的要求：a.a.在所需的光譜區(qū)域內(nèi)，能發(fā)射連續(xù)的具有足夠強度的光。在所需的光譜區(qū)域內(nèi)，能發(fā)射連續(xù)的具有足夠強度的光。 b. b.其能量隨波長變化盡可能小。其能量隨波長變化盡可能小。c.c.使用壽命長。使用壽命長。 一般紫外和可見光源：一般紫外和可見光源： 氣體放電光源：氣體放電光源： 氫氫 燈、燈、氘氘 燈、燈、氙燈氙燈 （180375nm 180375nm ） 紫紫 外外 區(qū)區(qū) 熱輻射光源：熱輻射光源： 鎢絲燈、鎢絲燈、鹵鎢燈、鹵鎢燈、汞燈汞燈 （3202500nm3202500nm） 可見光區(qū)可見光區(qū)2. 2. 單色器單色器 功能：功能：從復(fù)合光從復(fù)合光色散成單色光，并能從中分