紫外吸收光譜

1、c第四章第四章 紫外吸收光譜分析紫外吸收光譜分析(Ultraviolet Spectrophotometry, UV)c內(nèi)容內(nèi)容v分子吸收光譜分子吸收光譜 v分子吸收光譜的類型分子吸收光譜的類型v吸收光譜的測(cè)量吸收光譜的測(cè)量-Lambert-Beer 定律定律v紫外可見分光光度計(jì)紫外可見分光光度計(jì)v紫外吸收光譜的應(yīng)用紫外吸收光譜的應(yīng)用c紫外紫外-可見吸收光譜可見吸收光譜一、分子吸收光譜的形成一、分子吸收光譜的形成1. 過程：運(yùn)動(dòng)的分子外層電子過程：運(yùn)動(dòng)的分子外層電子-吸收外來外來輻射吸收外來外來輻射-產(chǎn)生電子能產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷級(jí)躍遷-分子吸收譜。分子吸收譜。2. 能級(jí)組成：除了電子能級(jí)能級(jí)組成

2、：除了電子能級(jí)(Electron energy level)外，分子吸收能量將伴外，分子吸收能量將伴隨著分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，即同時(shí)將發(fā)生振動(dòng)隨著分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，即同時(shí)將發(fā)生振動(dòng)(Vibration)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)(Rotation)能級(jí)的躍遷！能級(jí)的躍遷！其中其中 Ee最大：最大：1-20 eV; Ev次之：次之：0.05-1 eV; Er最?。鹤钚。?0.05 eV rve h*MhMt0II evr c能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷m 0.061.2520ev1電子電子Em 1.25251ev0.05 振動(dòng)振動(dòng)Em 252500.05ev0.005 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)Ec分子吸收是帶狀光譜的原因分子吸收是帶

3、狀光譜的原因 在電子躍遷的過程中，不可避免的伴隨著振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷分子吸收光譜不是一條線而是一系列的譜線，這些譜線在一般分光光度計(jì)中由于其光柵分辯率不夠，光察到的為合并的較寬的帶 分子吸收為帶狀光譜原子吸收為線狀光譜 c價(jià)電子類型：價(jià)電子類型：形成單鍵的電子 鍵電子；形成雙鍵的電子 鍵電子；氧、氮、硫、鹵素 含有未成鍵的孤對(duì)電子n電子。這些電子吸收能量后，躍遷到較高的能級(jí)，此時(shí)電子占據(jù)的軌道稱為反鍵軌道反鍵軌道。cCCCCCCCC當(dāng)外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷四種躍遷所需能量大小順序大小順序?yàn)椋簄 n cc E. 電荷遷移躍遷電荷遷移躍遷

4、：電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷，發(fā)生在近紫外線區(qū)與可見光區(qū)之間。發(fā)生在近紫外線區(qū)與可見光區(qū)之間。NCH3CH3NC H3C H3+CROCRO+_cccH3CCOCHCCH3CH3cc共軛成度越大，吸收峰向深色移動(dòng)，共軛成度越大，吸收峰向深色移動(dòng)， 吸收強(qiáng)度也更強(qiáng)！吸收強(qiáng)度也更強(qiáng)！ccK K R R n cD 芳香烴及其雜環(huán)化合物芳香烴及其雜環(huán)化合物 苯：E1帶180184nm； =47000E2帶200204 nm =7000 苯環(huán)上三個(gè)共扼雙鍵的 *躍遷特征吸收帶；B帶230-270 nm =200 *與苯環(huán)振動(dòng)引起；含取代基時(shí)， B帶

5、簡化，紅移。 max（nm） max苯254200甲苯261300間二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300各種取代基使B帶紅移的情況cE 乙酰苯紫外光譜圖乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：K帶強(qiáng)；苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B帶簡化，且紅移；氧上的孤對(duì)電子：R帶，弱；CC H3On ; R帶 ; K帶cc產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：在配位體存在的條件下， 過渡元素5個(gè)能量相等的d軌道和鑭系及錒系能量相等的7個(gè)軌道就會(huì)分裂成能量不等的軌道特點(diǎn)：特點(diǎn)：c二、二、Lambert-Beer 定律定律 當(dāng)入射光波長一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度當(dāng)入射光波長一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度

6、A與其與其濃度和液層厚度濃度和液層厚度成成正比，即正比，即k 為比例系數(shù)，與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長有關(guān)。為比例系數(shù)，與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長有關(guān)。 當(dāng)濃度以當(dāng)濃度以 g/L 表示時(shí)，稱表示時(shí)，稱 k 為吸光系數(shù)，以為吸光系數(shù)，以 a 表示，即表示，即 當(dāng)濃度以當(dāng)濃度以mol/L表示時(shí)，稱表示時(shí)，稱 k 為摩爾吸光系數(shù)，以為摩爾吸光系數(shù)，以 表示，即表示，即 比比 a 更常用。更常用。 越大，表示方法的靈敏度越高。越大，表示方法的靈敏度越高。 與波長有關(guān)，因此，與波長有關(guān)，因此， 常以常以 表示。表示。kbcIIAt0/lgabcA bcAc偏離朗伯偏離朗伯-比爾定律的原因比爾定律的原因 c

7、cc儀器儀器 紫外-可見分光光度計(jì)c一、基本組成 光源光源單色器單色器樣品室樣品室檢測(cè)器檢測(cè)器顯示顯示1. 1. 光源光源 在整個(gè)紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。 可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在3202500 nm。 紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185400 nm的連續(xù)光譜。c 2.單色器 將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。 入射狹縫：入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器； 準(zhǔn)光裝置：準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件：色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；棱鏡或光柵； 聚焦裝置

8、：聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫； 出射狹縫出射狹縫。c3.樣品室 樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一可見區(qū)一般用玻璃池。般用玻璃池。4.4.檢測(cè)器檢測(cè)器 利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號(hào)變成可測(cè)的電信號(hào)，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5. 5. 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)結(jié)果顯示記錄系統(tǒng) 檢流計(jì)、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動(dòng)控制和結(jié)果處理c二、分光光度計(jì)的類型 types of spectrometer 1.1.單光束單光束 簡單，價(jià)廉，適于在給定波長處測(cè)量吸光度或透光

9、度，簡單，價(jià)廉，適于在給定波長處測(cè)量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。2.2.雙光束雙光束 自動(dòng)記錄，快速全波段自動(dòng)記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度變化等因素的檢測(cè)器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。c雙光束光度計(jì)動(dòng)畫示意圖c3.3.雙波長雙波長 將不同波長的兩束單色光(1、2) 快束交替通過同一吸收池而后到達(dá)檢測(cè)器。產(chǎn)生交流信號(hào)。無需參比池。兩波長同時(shí)掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。

10、c 紫外吸收光譜的應(yīng)用一、定性分析一、定性分析 步驟步驟: : 在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,比較未知物與已知標(biāo)準(zhǔn)物的紫 外光譜圖。 1 1）若兩者的譜圖相同，則可認(rèn)為待測(cè)試樣與已知化合物具有相同的生色團(tuán)，但不能認(rèn)為這兩種化合物就一定相同（如甲苯和乙苯）。 2）若待測(cè)物與標(biāo)準(zhǔn)物的吸收波長相同、吸光系數(shù)也相同，則可認(rèn)為是同一物質(zhì)。c 2. 有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的推斷1）如果化合物在220-800nm范圍內(nèi)無吸收峰，不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系等生色團(tuán)存在，也沒有溴、碘等強(qiáng)助色基團(tuán)，可能是脂肪族碳?xì)浠衔?、胺、醇、羧酸、氯代烴和氟帶烴等2）如果化合物在210-250 nm有強(qiáng)吸收帶，可能含有二個(gè)雙鍵的共軛單位；在2

11、60-350nm有強(qiáng)吸收帶表示有3-5個(gè)共軛單位。c3）如果化合物在）如果化合物在270nm-350nm范圍內(nèi)出現(xiàn)的吸收峰很弱范圍內(nèi)出現(xiàn)的吸收峰很弱 說明只含非共軛的，具有說明只含非共軛的，具有n電子的生色團(tuán)。電子的生色團(tuán)。4）如果在）如果在250-300nm有中等強(qiáng)度的吸收帶且有一定的精細(xì)有中等強(qiáng)度的吸收帶且有一定的精細(xì)結(jié)構(gòu)，則表示有苯環(huán)的特征吸收結(jié)構(gòu)，則表示有苯環(huán)的特征吸收cH3CCH2CCOCH2CH3OOHHOHOHH3CCHCCOCH2CH3OOHc200300400500600700800900050100150200 1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（略）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（略）2）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比法：）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

12、法： 該法是該法是標(biāo)準(zhǔn)曲線法的簡化，即只配制一標(biāo)準(zhǔn)曲線法的簡化，即只配制一個(gè)濃度為個(gè)濃度為cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測(cè)量其吸光度，求出吸收系數(shù)其吸光度，求出吸收系數(shù)k，然，然后由后由Ax=kcx求出求出cxcbbaabalclcAAA11111bbaabalclcAAA22222niiilcA1cA1= Aa1+ Ab1A2= Aa2+ Ab2A= A1- A2= Aa1+ Ab1- Aa2- Ab2 Ab2= Ab1A= Aa1- Aa2=( 1- 2)clc5） 示差分光光度法示差分光光度法測(cè)量原理：當(dāng)試樣中組份的濃度過大時(shí)，則測(cè)量原理：當(dāng)試樣中組份的濃度過大時(shí)，則A值很大，會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)誤差。此時(shí)值很大，會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)誤差。此時(shí)若以一濃度略小于試樣組份濃度作參比，則有：若以一濃度略小于試樣組份濃度