紫外實驗課件

1、 紫外-可見分光光度分析法第一節(jié) 基本原理第二節(jié) 紫外-可見分光光度計第三節(jié) 雙波長分光光度法測定間苯二甲酸中的對苯二甲酸 1一、概述 基于物質(zhì)光化學性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學分析法。 分為:光譜分析法和非光譜分析法。 光譜分析法是基于輻射能與物質(zhì)相互作用時，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強度而進行分析的方法。 2概述: 在光譜分析中，依據(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,主要有:紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000 m ,主要用于有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定。紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍20

2、0400 nm（近紫外區(qū)） ，可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750 nm ，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。 3吸收光譜法紫外可見分光光度法原子吸收光譜法紅外吸收光譜法X射線吸收光譜法Y射線光譜法（莫斯鮑爾）核磁共振波譜法激光吸收光譜法4電磁波和躍遷類型Y射線 核躍遷X光 內(nèi)層電子躍遷遠紫外 中層電子躍遷紫外可見 外層電子躍遷紅外光 分子振動微波 分子轉(zhuǎn)動5二、光的吸收定律當強度為I0的一定波長的單色入射光束通過裝有均勻待測物的溶液介質(zhì)時，該光束將被部分吸收Ia，部分反射Ir ，余下的則通過待測物的溶液It ，即有： I0=Ia + It +Ir 如果吸

3、收介質(zhì)是溶液，反射光強度一般很小，可忽略不計 I0=Ia + It tt61.透光度(透光率)T透過度T : 描述入射光透過溶液的程度: T = I t / I0吸光度A與透光度T的關(guān)系: A lg T 朗伯比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。應(yīng)用于各種光度法的吸收測量； 摩爾吸光系數(shù)在數(shù)值上等于濃度為1 mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度； 吸光系數(shù)a(Lg-1cm-1）相當于濃度為1 g/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。72.朗伯比耳定律數(shù)學表達式 Alg（I0/It)= b c 式中A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度； b：液層厚度(光

4、程長度)，通常以cm為單位； c：溶液的摩爾濃度，單位molL； ：摩爾吸光系數(shù)，單位Lmolcm； 或: Alg（I0/It)= a b c c：溶液的濃度，單位gL a：吸光系數(shù)，單位Lgcm a與的關(guān)系為： a =/M （M為摩爾質(zhì)量） 83.偏離朗伯比耳定律的原因 標準曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：標準曲線常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯比耳定律的偏離。 引起這種偏離的因素（兩大類）： （1）物理性因素，即儀器的非理想引起的； （2）化學性因素。9（1）物理性因素 1.難以獲得真正的純單色光。 朗比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。 分光光度計只能獲得近乎

5、單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對朗伯比耳定律的正或負偏離。照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后并非真正單色光其波長寬度由入射狹縫的寬度和棱鏡或光柵的分辨率決定為了保證透過光對檢測器的響應(yīng)，必須保證一定的狹縫寬度這就使分離出來的光具一定的譜帶寬度102雜散光的影響： 雜散光是指從單色器分出的光不在入射光譜帶寬度 范圍內(nèi)，與所選波長相距較遠雜散光來源：儀器本身缺陷；光學元件污染造成雜散光可使吸收光譜變形，吸光度變值3反射光和散色光的影響：反射光和散色光均是入射光譜帶寬度內(nèi)的光 直接對T產(chǎn)生影響散射和反射使T，A，吸收光譜變形注：一般可用空白對比校正消除4非平行光的影響：使光程，A，吸收光譜變形11(2) 化學

6、性因素 溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學平衡時。使吸光質(zhì)點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。朗伯-比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點之間不發(fā)生相互作用；假定只有在稀溶液(c10 2 mol/L 時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。 故：朗伯比耳定律只適用于稀溶液12三、紫外可見吸收光譜 1光的基本性質(zhì) 光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波長、頻率、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述： = c ； 波數(shù) = 1/ = /c 光是由光子流組成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常數(shù)：h=6.626 10 -34 J S )光的波

7、長越短（頻率越高），其能量越大。白光(太陽光)：由各種單色光組成的復(fù)合光單色光：單波長的光(由具有相同能量的光子組成)紫外光區(qū)：近紫外區(qū)200 - 400 nm 遠紫外區(qū)10 - 200 nm （真空紫外區(qū)） 可見光區(qū)：400-750 nm 132. 紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生 E = E2 - E1 = h 用不同波長的單色光照射，測吸光度 吸收曲線與最大吸收波長 max；物質(zhì)僅吸收特定波長的光,取決于物質(zhì)的基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的能基差 (量子化)；即選擇性吸收。M + h M* 光的互補：藍 黃基態(tài) 激發(fā)態(tài)E1 （E） E2143.紫外可見分子吸收光譜與電子躍遷 物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式： （1）

8、電子相對于原子核的運動 （2）原子核在其平衡位置附近的相對振動 （3）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 三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量 分子的內(nèi)能：電子能量Ee 、振動能量Ev 、轉(zhuǎn)動能量Er 即 EEe+Ev+Er evr 15能級躍遷 紫外-可見光譜屬于外層電子躍遷產(chǎn)生的光譜。 電子能級間躍遷的同時總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。164吸收光譜（吸收曲線）：A吸收光譜： 又稱吸收曲線，是以波長（）為橫坐標、吸光度（A）為縱坐標所描繪的圖形。 峰 曲線上比左右相鄰處都

9、高的一處； max 吸收程度最大所對應(yīng)的 （曲線最大峰處的 ） 谷 曲線上比左右相鄰處都低的一處； min 最低谷所對應(yīng)的 ； 肩峰 sh 介于峰與谷之間，形狀像肩的弱吸收峰； 末端吸收 在吸收光譜短波長端所呈現(xiàn)的強吸收而不呈峰形的部分。175吸光度測量的條件選擇：1）測量波長的選擇：9/28/2022182）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：3）參比溶液(空白溶液)的選擇：4）選擇適當?shù)莫M縫寬度：狹縫的寬度會直接影響到測定的靈敏度和校準曲線的線性范圍。 選A=0.20.8 注：采用空白對比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素對透光率的干擾2022/9/2819 改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶

10、形狀的變化。改變?nèi)軇┑臉O性，還會使吸收帶的最大吸收波長發(fā)生變化。下表為溶劑對丙酮紫外吸收光譜的影響。 正己烷 CHCl3 CH3OH H2O * 230 238 237 243 n * 329 315 309 3056溶劑對吸收光譜的影響 盡量選擇低極性溶劑； 能很好地溶解被測物，并形成良好化學和光化學穩(wěn)定性的溶劑； 溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收。在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表中必須注明所用的溶劑。在進行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。 20四、分子吸收光譜與電子躍遷1紫外可見吸收光譜 有機化合物的紫外可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：電子、電子、n電子。 分子軌道理論：一

11、個成鍵軌道必定有一個相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。 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。主要有四種躍遷所需能量大小順序為：n n BK、E2、E1 ，但一般K和E帶常合并成一個吸收帶。 紫外吸收光譜譜帶22金屬配合物的紫外可見吸收光譜 金屬離子與配位體反應(yīng)生成配合物的顏色一般不同于游離金屬離子(水合離子)和配位體本身的顏色。金屬配合物的生色機理主要有三種類型：配位體微擾的金屬離子d一d電子躍遷和一電子躍遷 摩爾吸收系數(shù)很小，對定量分析意義不大。金屬離子微擾的配位體內(nèi)電子躍遷 金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長和強度的變化

12、。變化與成鍵性質(zhì)有關(guān)，若靜電引力結(jié)合，變化一般很小。若共價鍵和配位鍵結(jié)合，則變化非常明顯。電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜 在分光光度法中具有重要意義。23躍遷 所需能量最大，電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)(吸收波長200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10100 Lmol-1 cm-1，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和鍵同時存在時發(fā)生n 躍遷。丙酮n 躍遷的為275nm max為22 Lmol-1 cm -1（溶劑環(huán)己烷)。252. 紫外光譜中常用的幾個術(shù)語 生色團：分子中可以吸收光子產(chǎn)生躍遷的原子基團，最有用的紫外可見光譜是由和n躍

13、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。這類含有鍵的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NN、乙炔基、腈基CN等。助色團：有一些含有非鍵電子對（n電子）的基團(如OH、OR、NH、NHR、X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收200nm的光)，但當它們與生色團相連時，就會發(fā)生n共軛作用，增強生色團的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強度增加)，這樣的基團稱為助色團。生色團和助色團26 有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLmax和吸收強度發(fā)生變化: max向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移

14、(或紫移)。由于化合物分子結(jié)構(gòu)中引入取代基或受溶劑的影響，吸收強度即摩爾吸光系數(shù)增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。紅移和藍移27物質(zhì)顏色吸收光物質(zhì)顏色吸收光顏色波長范圍（nm）顏色波長范圍(nm)黃綠紫400450紫綠560580黃藍450480藍黃580600橙綠藍480490綠藍橙600650紅藍綠490500藍綠紅650760紫紅綠50056028 3.有機化合物紫外光譜解析 了解共軛程度、空間效應(yīng)、氫鍵等；可對飽和與不飽和化合物、異構(gòu)體及構(gòu)象進行判別。 紫外可見吸收光譜中有機物發(fā)色體系信息分析的一般規(guī)律是： 若在200750nm波長范圍內(nèi)無吸收峰，則可能是直鏈烷烴、

15、環(huán)烷烴、飽和脂肪族化合物或僅含一個雙鍵的烯烴等。 若在270350nm波長范圍內(nèi)有低強度吸收峰(10100Lmol-1cm-1),（n躍遷），則可能含有一個簡單非共軛且含有n電子的生色團，如羰基。 29有機合物結(jié)構(gòu)紫外光譜輔析 若在20300nm波長范圍內(nèi)有中等強度的吸收峰則可能含苯環(huán)。 若在210250nm波長范圍內(nèi)有強吸收峰，則可能含有2個共軛雙鍵；若在260300nm波長范圍內(nèi)有強吸收峰，則說明該有機物含有3個或3個以上共軛雙鍵。 若該有機物的吸收峰延伸至可見光區(qū)，則該有機物可能是長鏈共軛或稠環(huán)化合物。30 如果化合物在 220800nm 區(qū)間無吸收，表明該化合物是脂肪烴、脂環(huán)烴或它們的

16、簡單衍生物。 如果在 220250nm 間顯示強吸收（ 近10000 或更大），表明有R 帶吸收，即分子結(jié)構(gòu)存在共軛雙烯 或 ，不飽和醛、酮。 如果在 250290nm 間顯示中等強度（ 為 2001000）的吸收帶，且常顯示不同程度精細結(jié)構(gòu)，表明結(jié)構(gòu)中有苯環(huán)或某些雜芳環(huán)的存在。 如果在 290nm 附近有弱吸收帶（100） ，則表明分子結(jié)構(gòu)中非共軛羰基。如果在 300nm 上有紫外吸收，說明該化合物有較大的共軛體系；若紫外吸收具有明顯的精細結(jié)構(gòu)，說 明為稠環(huán)芳、稠環(huán)雜芳烴或其衍生物。有機化合物的紫外-可見光譜譜圖解析31利用Woodward-Fieser規(guī)則和Scott規(guī)則定性 根據(jù)Wood

17、ward-Fieser規(guī)則和Scott規(guī)則計算最大吸收波長，并與實驗值進行比較，來確認物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。 Woodward-Fieser規(guī)則是計算共軛二烯、多烯烴及共軛類化合物max的經(jīng)驗規(guī)則。該規(guī)則以1，3-丁二烯為基本母核，確定其基本吸收波長為217 nm，然后，根據(jù)取代情況與其它結(jié)構(gòu)情況的不同，在此基本吸收波長的數(shù)值上，再加一些校正值，用于計算共軛二烯結(jié)構(gòu)化合物的max已烷（己烷作溶劑）， 但是它不能預(yù)言吸收強度和精細結(jié)構(gòu)。用Scott規(guī)則來計算芳香族羰基衍生物和取代苯的max。其方法類似于Woodward-Fieser規(guī)則。32 紫外-可見分光光度分析法第一節(jié) 基本原理第二節(jié) 紫外-可見分光

18、光度計第三節(jié) 雙波長分光光度法測定間苯二甲酸中的對苯二甲酸 33一、基本組成光源單色器樣品室檢測器顯示1. 光源 在整個紫外光區(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。34 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系統(tǒng)。 入射狹縫：光源的光由此進入單色器； 準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵； 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

19、縫；出射狹縫。353. 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，可見區(qū)一般用玻璃池。4. 檢測器 利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5. 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng) 檢流計、數(shù)字顯示、微機進行儀器自動控制和結(jié)果處理36儀器 可見分光光度計37儀器 紫外-可見分光光度計38二、分光光度計的類型1.單光束 簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。2.雙光束 自動記錄，快速全波段掃描。可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變

20、化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價格較高。393.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檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。=12nm。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。40 紫外-可見分光光度分析法第一節(jié) 基本原理第二節(jié) 紫外-可見分光光度計第三節(jié) 雙波長分光光度法測定間苯二甲酸中的對苯二甲酸 41 應(yīng)用分光光度法對共存組分進行不分離定量測定時，通常采用的方法有雙波長法，三波長法，導(dǎo)數(shù)光譜法、差譜分析法及多組分分析法等方法，其快速，簡便的優(yōu)點使這些方法在實用分析中得到越來越廣泛的應(yīng)用。其中以雙波長法的應(yīng)用為最多，該法的準確度和精密度要高于其它方法，是對共存組分不分離定量測定的有效方法之一。 當吸收