紫外-可見吸收光譜法基本原理-1ppt課件

1、第二章第二章 紫外可見吸收光譜法分析法紫外可見吸收光譜法分析法第一節(jié)第一節(jié) 根本原理根本原理一、概述一、概述二、紫外二、紫外可見吸收光譜可見吸收光譜 三、光的吸收定律三、光的吸收定律 光的根本性質(zhì)光的根本性質(zhì) 光是一種電磁波，具有波粒二象性。光是一種電磁波，具有波粒二象性。 單色光：單一波長的光單色光：單一波長的光( (由具有一樣能量的光子由具有一樣能量的光子組成組成) ) 白光：由各種單色光組成的復合光白光：由各種單色光組成的復合光一、概述一、概述白光紫綠紅橙藍青藍青黃光的互補表示圖光的互補表示圖白光白光表表2-1 2-1 物質(zhì)顏色和吸收光顏色之間的關物質(zhì)顏色和吸收光顏色之間的關系系 物質(zhì)顏

2、色物質(zhì)顏色吸吸 收收 光光顏色顏色波長范圍波長范圍/nm黃綠黃綠紫紫400-450黃黃藍藍450-480橙橙綠藍綠藍480-490紅紅藍綠藍綠490-500紫紅紫紅綠綠500-560紫紫黃綠黃綠560-580藍藍黃黃580-600綠藍綠藍橙橙600-650藍綠藍綠紅紅650-700 在光譜分析中，根據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的在光譜分析中，根據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法。分析方法稱為吸光光度法。1.1.定義定義 光譜分析法是指在光的作用下，經(jīng)過丈量物質(zhì)產(chǎn)光譜分析法是指在光的作用下，經(jīng)過丈量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長和強度來進展分生的發(fā)射光、吸收光或

3、散射光的波長和強度來進展分析的方法。析的方法。本章主要講授紫外本章主要講授紫外-可見吸光光度法。可見吸光光度法。二、紫外二、紫外可見吸收光譜分析可見吸收光譜分析法法2.2.物質(zhì)對光的選擇性吸收及其吸收曲線物質(zhì)對光的選擇性吸收及其吸收曲線 E = E2 - E1 = h 量子化；選擇性吸收; 分子構造的復雜性使其對不同波長光的吸收程度不同； 用不同波長的單色光照射，吸收曲線測吸光度與吸收波長之間的關系。M + h M + h M M * *基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)E1 E1 E E E2 E2吸收曲線的討論：吸收曲線的討論： 1同一種物質(zhì)對不同波長的光同一種物質(zhì)對不同波長的光的吸光度不同。吸光度最

4、大處對應的的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長波長稱為最大吸收波長max2不同濃度的同一種物質(zhì)，其不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線外形類似，吸收曲線外形類似，max不變。而不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線外形對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線外形和和max那么不同。那么不同。 3吸收曲線可以提供物質(zhì)的構造信息，并作為物質(zhì)定性分析的根據(jù)之一吸收曲線可以提供物質(zhì)的構造信息，并作為物質(zhì)定性分析的根據(jù)之一.4不同濃度的同一種物質(zhì)，在每一波長下吸光度不同濃度的同一種物質(zhì)，在每一波長下吸光度 A 有差別，在有差別，在max處吸處吸光度光度A 的差別最大，所以測定最靈敏，此特性可作為物質(zhì)定量分

5、析的根據(jù)。的差別最大，所以測定最靈敏，此特性可作為物質(zhì)定量分析的根據(jù)。3.3.紫外紫外- -可見吸收光譜與電子躍遷的關系可見吸收光譜與電子躍遷的關系 物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動方式：物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動方式： 1 1電子相對于原子核的運動電子相對于原子核的運動 2 2原子核在其平衡位置附近的相對振動原子核在其平衡位置附近的相對振動 3 3分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動 分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級 三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量。三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量。 分子的內(nèi)能：電子能量分子的內(nèi)

6、能：電子能量Ee Ee 、振動能量、振動能量Ev Ev 、轉(zhuǎn)動能量、轉(zhuǎn)動能量ErEr 即即 E E Ee + Ev + Er Ee + Ev + Er evr evr 紫外紫外- -可見光譜屬于電可見光譜屬于電子躍遷光譜。子躍遷光譜。 電子能級間躍遷的同電子能級間躍遷的同時總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能時總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的假設動能級間躍遷產(chǎn)生的假設干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。能級躍遷能級躍遷吸收光譜與電子躍遷吸收光譜與電子躍遷1 1紫外紫外可見吸收光譜可見吸收光譜 有機化合物的紫外有機

7、化合物的紫外- -可見吸收光譜，是其分子中可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結果三種：外層價電子躍遷的結果三種：電子、電子、電子電子、n n電子。電子。分子軌道實際：一個成鍵軌分子軌道實際：一個成鍵軌道必定有一個相應的反鍵軌道必定有一個相應的反鍵軌道。通常外層電子均處于分道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。或非鍵軌道上。 外層電子吸收紫外或可見光后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)外層電子吸收紫外或可見光后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)( (反反鍵軌道鍵軌道) )躍遷。主要有四種躍遷所需能量躍遷。主要有四種躍遷所需能量大小順序為：大小順序為：n n n n 躍遷躍遷

8、 所需能量最大，電子只需吸收遠紫外光的能量才干發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出如今遠紫外區(qū)(吸收波長200nm，只能被真空紫外分光光度計檢測到)。如甲烷的為125nm,乙烷max為nm。 n n 躍遷躍遷 所需能量較大。吸收波長為所需能量較大。吸收波長為150150250nm250nm，大部分，大部分在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易察看到。含非鍵電子的在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易察看到。含非鍵電子的飽和烴衍生物飽和烴衍生物( (含含N N、O O、S S和鹵素等雜原子和鹵素等雜原子) )均呈現(xiàn)均呈現(xiàn)n n * *躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n n * *躍躍遷的遷

9、的分別為分別為173nm173nm、183nm183nm和和227nm227nm。n n 200nm200nm。這類躍遷在躍遷選律。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)普通為上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)普通為1010100Lmol-100Lmol-1cm-11cm-1，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和鍵同時存鍵同時存在，同時發(fā)生在，同時發(fā)生n n 躍遷。丙酮躍遷。丙酮n n 躍遷的躍遷的為為275nm,max275nm,max為為22 Lmol-1 cm -122 Lmol-1 cm -1溶劑環(huán)己烷溶劑環(huán)己烷) )。生色團與助色團生色團與助色團生

10、色團：生色團： 最有用的紫外最有用的紫外- -可見光譜是由可見光譜是由和和nn躍遷產(chǎn)躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機物分子中含有不飽和基團。這生的。這兩種躍遷均要求有機物分子中含有不飽和基團。這類含有類含有鍵等不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團由雙鍵鍵等不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基-N-NN-N-、乙炔基、腈基、乙炔基、腈基-C-CN N等。等。助色團：助色團： 有一些含有有一些含有n n電子的基團電子的基團( (如如-OH-OH、-OR-OR、-NH-NH、-NHR-NHR、- -X X等

11、等) )，它們本身沒有生色功能，它們本身沒有生色功能( (不能吸收不能吸收200nm200nm的光的光) )，但，但當它們與生色團相連時，就會發(fā)生當它們與生色團相連時，就會發(fā)生n-n-共軛作用，加強生色共軛作用，加強生色團的生色才干團的生色才干( (吸收波長向長波方向挪動，且吸收強度添加吸收波長向長波方向挪動，且吸收強度添加) )，這樣的基團稱為助色團。，這樣的基團稱為助色團。紅移和藍移紅移和藍移 有機化合物的吸收譜帶經(jīng)常因引入取代基或改動溶劑使最大吸收波長max和吸收強度發(fā)生變化: max向長波方向挪動稱為紅移，向短波方向挪動稱為藍移。 吸收強度即摩爾吸光系數(shù)增大或減小的景象分別稱為增色效應

12、或減色效應，如下圖。4. 定性和定量分析根據(jù)定性和定量分析根據(jù)1 1定性分析根據(jù)：定性分析根據(jù)： 可根據(jù)吸收光譜曲線的外形，即曲線上吸收峰的數(shù)可根據(jù)吸收光譜曲線的外形，即曲線上吸收峰的數(shù)目，峰所對應的波長及峰的相對高度來進展定性分析。目，峰所對應的波長及峰的相對高度來進展定性分析。2 2定量分析的根據(jù)：定量分析的根據(jù)： 根據(jù)某一特征峰的高度與物質(zhì)濃度成正比的關系來根據(jù)某一特征峰的高度與物質(zhì)濃度成正比的關系來進展定量分析。進展定量分析。 A Alg(I0/It)= b c lg(I0/It)= b c 三、光的吸收定三、光的吸收定律律 1.朗白-比爾定律 布格(Bouguer)和朗伯(Lambe

13、rt)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度與吸收層厚度的關系。A b 1852年比爾(Beer)又提出了光的吸收程度與吸收物濃度之間的關系。A c 二者的結合稱為朗伯二者的結合稱為朗伯- -比爾定律比爾定律 A =b c A =b c Alg(I0/It) b c 式中式中A：吸光度；描畫溶液對光的吸收程度；：吸光度；描畫溶液對光的吸收程度；A無單位無單位 b：液層厚度：液層厚度(光程長度光程長度)，通常以，通常以cm為單位；為單位； c：溶液的摩爾濃度，單位：溶液的摩爾濃度，單位 molL-1； ：摩爾吸光系數(shù)，單位：摩爾吸光系數(shù)，單位Lmol-1cm-1；在數(shù)值上等于濃度為；在數(shù)

14、值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；時該溶液在某一波長下的吸光度； 或或: Alg(I0/It) a b c A無單位無單位 c：溶液的濃度，單位：溶液的濃度，單位 gL-1 a：吸光系數(shù)，單位：吸光系數(shù)，單位 Lg-1cm-1，相當于濃度為，相當于濃度為1g/L、液層、液層厚度為厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。時該溶液在某一波長下的吸光度。朗伯朗伯比爾定律數(shù)學表達比爾定律數(shù)學表達式式摩爾吸收系數(shù)摩爾吸收系數(shù)的討論的討論1 在數(shù)值上等于濃度為在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為、液層厚度為1cm時該溶液在時該溶液在某一波長下的吸

15、光度。某一波長下的吸光度。2吸收物質(zhì)是在一定溫度、波長和溶劑條件下的特征常數(shù)。吸收物質(zhì)是在一定溫度、波長和溶劑條件下的特征常數(shù)。3不隨濃度不隨濃度c和光程長度和光程長度b的改動而改動。的改動而改動。僅與吸收物質(zhì)本身僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關，與待測物濃度無關；的性質(zhì)有關，與待測物濃度無關；4同一吸收物質(zhì)在不同波長下的同一吸收物質(zhì)在不同波長下的值是不同的。在最大吸收波值是不同的。在最大吸收波長長max處的摩爾吸光系數(shù)，常以處的摩爾吸光系數(shù)，常以max表示。表示。max闡明了該吸收闡明了該吸收物質(zhì)最大限制的吸光才干，也反映了光度法測定該物質(zhì)能夠到達物質(zhì)最大限制的吸光才干，也反映了光度法測定該物質(zhì)能

16、夠到達的最大靈敏度。的最大靈敏度。 5 5maxmax越大闡明該物質(zhì)的吸光才干越強，用光度法測定該越大闡明該物質(zhì)的吸光才干越強，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。物質(zhì)的靈敏度越高。 通常，在通常，在maxmax處：處： 105 105 超高靈敏的超高靈敏的方法方法 6 61010104 104 高靈敏的方法高靈敏的方法 2 26 6 104 104 中靈敏的方法中靈敏的方法 2 2 104 104 不靈敏的方法不靈敏的方法 6 6可作為定性鑒定的參數(shù)；可作為定性鑒定的參數(shù)；透過度透過度T: T: 描畫入射光透過描畫入射光透過溶液的程度溶液的程度: : T = It /I0 T = It /I0吸

17、光度吸光度A A與透光度與透光度T T的關系的關系: : A = -lgT A = -lgT 朗伯朗伯- -比爾定律是吸光光度法的實際根底和定量測定的根據(jù)。運比爾定律是吸光光度法的實際根底和定量測定的根據(jù)。運用于各種光度法的吸收丈量。用于各種光度法的吸收丈量。2.2.透光度透光度T T運用舉例運用舉例 某有色物質(zhì)溶液的濃度為某有色物質(zhì)溶液的濃度為4.54.510-3gL-1,10-3gL-1,在在530nm530nm波長下用波長下用2.0cm2.0cm的吸收池所測得的吸光度為的吸收池所測得的吸光度為0.3000.300，試計算試計算 a a吸收系數(shù)；吸收系數(shù)； b) b) 運用運用5cm5cm

18、的吸收池時溶液的百分透光度。的吸收池時溶液的百分透光度。 解：解：運用舉例運用舉例 某有色物質(zhì)溶液的濃度為某有色物質(zhì)溶液的濃度為4.54.510-3gL-1,10-3gL-1,在在530nm530nm波長下用波長下用2.0cm2.0cm的吸收池所測得的吸光度為的吸收池所測得的吸光度為0.3000.300，試計算試計算(a)(a)吸收系數(shù)；吸收系數(shù)；(b)(b)運用運用5cm5cm的吸收池時溶液的百的吸收池時溶液的百分透光度。分透光度。解：解：a aa=A/bc=0.300/2.0a=A/bc=0.300/2.04.54.510-3=33.3Lg-1cm-110-3=33.3Lg-1cm-1b

19、bT=10-abT=10-abc=10-Ac=10-A T%=10-ab T%=10-abc c100100=10-A=10-A100100=17.81=17.813. 3. 朗伯朗伯- -比爾定律偏離的緣由比爾定律偏離的緣由 規(guī)范曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：規(guī)范曲線常發(fā)生彎曲(尤其當溶液濃度較高時)，這種景象稱為對朗伯-比爾定律的偏離。 引起這種偏離的要素兩大類：1物理性要素，2化學性要素。1 1物理性要素物理性要素朗白朗白- -比爾定律的前提條件之一是入射光為單色光。比爾定律的前提條件之一是入射光為單色光。難以獲得真正的純單色光。難以獲得真正的純單色光。 分光光度計只能獲得近似于單色

20、的狹窄光帶。復合光可導分光光度計只能獲得近似于單色的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯致對朗伯- -比爾定律的正或負偏離。比爾定律的正或負偏離。 非單色光、雜散光、非平行入射光都非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗白會引起對朗白- -比爾定律的偏離，最主要的比爾定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。是非單色光作為入射光引起的偏離。 非單色光作為入射光引起的偏離非單色光作為入射光引起的偏離 假設由波長為1和2的兩單色光組成的入射光經(jīng)過濃度為c的溶液，那么： A 1 lg(o1 /t1 1bc A 2 lg(o2 /t2 2bc故：式中：式中：o1、o2分別為分別為1、2 的入射光強

21、度；的入射光強度； t1、t2分別為分別為1、2 的透射光強度；的透射光強度； 1、2分別為分別為1、2的摩爾吸光系數(shù)；的摩爾吸光系數(shù)；因?qū)嵺`上只能測總吸光度因?qū)嵺`上只能測總吸光度A總，并不能分別測得總，并不能分別測得A1和和A2，故，故cbcbIIII 212111OtOt10;10 A總總 lg(Io總總/It總總 ) lg(Io1+Io2)/(It1+It2 lg(Io1+Io2)/(Io110 -1bc +Io210-2bc )令：令： 2 1 ； Io1 Io2 A總總 lg(2Io1)/It1(110- bc ) A1 + lg2 - lg(110- bc ) 討論如下討論如下:討論討論: : A A總總 =A1 + lg2 - lg(1 =A1 + lg2 - lg(110-10- bc ) bc ) (1) (1) = 0 = 0； 即：即： 1= 1= 2 = 2 = 那么：那么： A A總總 lglgo/o/t t bc bc(2) (2) 0 0 假設假設 0 0 ；即；即 2 20, bc0, lg(1 lg(110 -10 - bc ) bc )值隨值隨c c值增大而增大，那么規(guī)范曲線值增大而增大，那么規(guī)范曲線