紫外可見(jiàn)光譜與紫外可見(jiàn)光譜儀課件

4.2紫外-可見(jiàn)光譜

與紫外-可見(jiàn)光譜儀內(nèi)容提要一、紫外可見(jiàn)光譜概述二、各類化合物的紫外吸收三、紫外譜圖的解析四、紫外光譜應(yīng)用舉例五、紫外及可見(jiàn)分光光度計(jì)六、紫外－可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用1。紫外-可見(jiàn)光區(qū)的劃分可見(jiàn)光部分：360-760nm近紫外：200-360nm遠(yuǎn)紫外：10-200nm由于遠(yuǎn)紫外的吸收測(cè)量必須在真空條件下進(jìn)行，故使用受到限制；通常紫外-可見(jiàn)光區(qū)域指的是200-800nm的范圍。一、紫外可見(jiàn)光譜概述赤色橙色紅色綠色青色藍(lán)色紫色2。分子的紫外—可見(jiàn)吸收光譜是基于物質(zhì)分子吸收紫外輻射或可見(jiàn)光，其外層電子躍遷而成，又稱分子的電子躍遷光譜。與有機(jī)物分子紫外-可見(jiàn)吸收光譜有關(guān)的電子是：形成單鍵的電子，形成雙鍵的電子以及未共享的或稱為非鍵的n電子。

3。各種電子的能級(jí)高低次序

*>

*>n>>躍遷類型吸收帶特征max*遠(yuǎn)紫外區(qū)遠(yuǎn)紫外區(qū)測(cè)定n*端吸收紫外區(qū)短波長(zhǎng)端至遠(yuǎn)紫外區(qū)的強(qiáng)吸收*E1芳香環(huán)的雙鍵吸收>200K(E2)共軛多稀、-C=C-C=O-等的吸收>10000B芳香環(huán)、芳香雜環(huán)合物的吸收，具有精細(xì)結(jié)構(gòu)>100n*R同時(shí)存在雜原子和雙鍵電子<1004。吸收帶的類型紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖

λmax:紫外-可見(jiàn)光譜中最大吸收峰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，它用來(lái)描述某種有機(jī)物分子在紫外可見(jiàn)光譜中的特征吸收。6。紫外吸收光譜中的基本術(shù)語(yǔ)生色團(tuán)：產(chǎn)生紫外(或可見(jiàn))吸收的不飽和基團(tuán)，如C＝C、C＝O、NO2等。助色團(tuán)：其本身是飽和基團(tuán)(常含雜原子)，它連到生色團(tuán)時(shí)，能使后者吸收波長(zhǎng)變長(zhǎng)或吸收強(qiáng)度增加(或同時(shí)兩者兼有)，如：OH、NH2、Cl等。深色位移：由于基團(tuán)取代或溶劑效應(yīng)，最大吸收波長(zhǎng)變長(zhǎng)。深色位移亦稱為紅移。淺色位移：由于基團(tuán)取代或溶劑效應(yīng)，最大吸收波長(zhǎng)變短。淺色位移亦稱為藍(lán)移。增色效應(yīng)：使吸收強(qiáng)度增加的效應(yīng)。減色效應(yīng)：使吸收強(qiáng)度減小的效應(yīng)。摩爾吸收系數(shù)（）：物質(zhì)在濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)溶液的吸光度。2、含有共軛體系的分子a.共軛體系的形成使吸收移向長(zhǎng)波方向

如從乙烯到共軛丁二烯，原烯基的兩個(gè)能級(jí)各自分裂為兩個(gè)新的能級(jí)，在原有π→π*躍遷的長(zhǎng)波方向出現(xiàn)新的吸收。一般把共軛體系的吸收帶稱為K帶。217nmb.共軛烯吸收的計(jì)算值

因兩個(gè)環(huán)的張力，提高了電子基態(tài)的能量。注意：用上述規(guī)則進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有計(jì)算誤差較大的例外情況。當(dāng)存在環(huán)張力或兩個(gè)烯鍵不處于同一平面而影響共軛體系的形成時(shí)，計(jì)算值都偏離實(shí)測(cè)，菠烯即是一例：C、共軛醛、酮紫外吸收(K帶)的計(jì)算最大吸收波長(zhǎng)與取代基的類型和位置有關(guān)。每個(gè)取代基位移增量助色團(tuán)取代：-SR（位）-Cl位位-Br位位-NR2（位）+85+15+12+25+30+95助色團(tuán)取代：-OH位位位-OMc位位位位+35+30+50+35+30+17+31d、α，β－不飽和酸、酯比位更高位的烷基取代e、芳香族化合物苯:它顯示三個(gè)吸收帶，它們均起源于苯環(huán)π→π*的躍遷，如下表所示。其中II、III為禁戒躍遷。給電子基主要使苯環(huán)的K帶往長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，給電子能力越強(qiáng)，移動(dòng)越大；給電子基的給電子能力順序?yàn)椋?N(C2H5)2>-N(CH3)2>-NH2>-OH>-OCH3>-NHCOCH3>-OCOCH3>-CH2CH2COOH>-H取代苯K-吸收帶B-吸收帶max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6H5-CH32077000261225C6H5-OH21162002701450C6H5-NH223086002801430f、雜芳環(huán)化合物五員雜芳環(huán)按照呋喃、吡咯、噻吩的順序紫外吸收波長(zhǎng)逐漸增大。由于硫的電子較氮、氧能更好地和二烯的π電子共軛。g.溶劑的影響

溶劑極性增大，導(dǎo)致：*躍遷，能量減少，所以，吸收帶紅移,n*躍遷，能量增大，所以，吸收帶藍(lán)移。③250－290nm內(nèi)顯示中等強(qiáng)度吸收，且常顯示不同程度的精細(xì)結(jié)構(gòu)，說(shuō)明有苯環(huán)或某些雜芳環(huán)的存在。④250－350nm內(nèi)顯示中、低強(qiáng)度的吸收，說(shuō)明羰基或共軛羰基的存在。⑤300nm以上的高強(qiáng)度吸收，說(shuō)明該化合物具有較大的共軛體系。若高強(qiáng)度吸收具有明顯的精細(xì)結(jié)構(gòu)。說(shuō)明稠環(huán)芳烴、稠環(huán)雜芳烴或其衍生物的存在。兩者具有相似的紫外吸收峰,是因?yàn)?，兩分子中有相同的O=C-C=C共軛結(jié)構(gòu)。例1：膽甾酮（a）與異亞丙基丙酮（b）的紫外光譜圖*電子躍遷n*電子躍遷

例2：烷基取代硝基苯的紫外光譜圖與硝基苯相比，2,4,6-三丁基硝基苯在255nm附近的吸收峰已經(jīng)消失；可以清楚地看到空間阻礙對(duì)分子吸收光譜的影響。

例3:偶氮苯順?lè)串悩?gòu)體的紫外吸收譜圖順式偶氮苯反式偶氮苯反式偶氮苯的摩爾吸光系數(shù)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于順式，且吸收峰位紅移。因?yàn)?，反式偶氮苯的空間位阻小。三、紫外光譜的定析方法1.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(cè)樣品與已知物質(zhì)具有相同的生色團(tuán)。2.紫外吸收光譜相同，兩種化合物有時(shí)不一定相同，所以在比較λmax的同時(shí)，還要比較它們的ε值。3.紫外－可見(jiàn)吸收光譜可用于檢出某些官能團(tuán)。1.Lamber-Beer定律—吸收光譜法基本定律四、紫外光譜的定量分析它描述物質(zhì)對(duì)單色光吸收強(qiáng)弱與液層厚度和待測(cè)物濃度的關(guān)系。假設(shè)一束平行單色光通過(guò)一個(gè)均勻的、非散射的吸光物體，取物體中一極薄層，Lamber-Beer定律的適用條件（前提）入射光為單色光，均勻非散射的稀溶液該定律適用于均勻非散射固體、液體和氣體樣品在同一波長(zhǎng)下,各組分吸光度具有加和性A=A1+A2++An2．吸光度測(cè)量的條件選擇：1）測(cè)量波長(zhǎng)的選擇:

max?Amax,測(cè)定靈敏度高選A=0.15-1.002）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：3）參比溶液(空白溶液)的選擇：

解兩方程即可求出組份A和B的濃度。也可以利用雙波長(zhǎng)分光光度法或?qū)?shù)分光光度法等新方法測(cè)定。3．定量分析的類型（1）單組分分析：標(biāo)準(zhǔn)曲線法或標(biāo)準(zhǔn)比較法（2）多組分的分析：①當(dāng)各組分的吸收光譜不重疊時(shí)，如單組分測(cè)定。②若兩組分的吸收光譜互相重疊時(shí)，可以根據(jù)吸光度的加和性，在多個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度并利用解聯(lián)立方程方法求解。即（3）其它分光光度分析法①雙波長(zhǎng)分光光度法a．雙波長(zhǎng)等吸收法：當(dāng)光譜重疊、但兩組份的兩吸收峰在測(cè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)重疊時(shí)，在其光譜中選擇兩波長(zhǎng)，在選定的波長(zhǎng)處，干擾組分有相同的吸收；被測(cè)組分與干擾組分的吸收有足夠大的差別。則兩波長(zhǎng)處吸光度的差值與被測(cè)組份的濃度成正比。因?yàn)樗钥梢?jiàn)，在雙波長(zhǎng)分光光度法中吸光度的差值與干擾組份無(wú)關(guān)。b．比例系數(shù)雙波長(zhǎng)法：當(dāng)光譜重疊、但干擾組份的吸收峰不在測(cè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的兩組份共存時(shí)，在其光譜中選擇兩波長(zhǎng)，在選定的波長(zhǎng)處，干擾組分的吸收與測(cè)定波長(zhǎng)處的吸收存在一定比例，即時(shí)，；被測(cè)組分與干擾組分的吸收有足夠大的差別。則兩波長(zhǎng)處吸光度的差值與被測(cè)組份的濃度成正比。③導(dǎo)數(shù)分光光度法導(dǎo)數(shù)分光光度法是利用自動(dòng)電路對(duì)光譜進(jìn)行求導(dǎo)，其導(dǎo)數(shù)信號(hào)與濃度成正比，即奇數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中的零，偶數(shù)階導(dǎo)數(shù)光譜中的極值（極大或極?。瑢?duì)應(yīng)于常規(guī)吸收曲線上的最大值。隨著導(dǎo)數(shù)階數(shù)增加，吸收峰的尖銳程度增大，帶寬減小，因此有利于重疊峰的分離、有利于肩峰的測(cè)定、并能準(zhǔn)確地確定寬吸收帶上的最大吸收波長(zhǎng)。3.偏離Beer定律的因素偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面光學(xué)因素化學(xué)因素透光率的測(cè)量誤差五、紫外及可見(jiàn)分光光度計(jì)UV-1201紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)

1.整機(jī)結(jié)構(gòu)：由光源、色散系統(tǒng)（單色器）、樣品室、檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)讀出與顯示系統(tǒng)等五部分組成。鎢燈或鹵鎢燈—可見(jiàn)光源350-1000nm氫燈或氘燈——紫外光源200-360nm光源：鎢燈氘燈吸收池：玻璃-能吸收UV光，僅適用于可見(jiàn)光區(qū)石英-不能吸收紫外光，適用于紫外和可見(jiàn)光區(qū)要求：匹配性（對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）色散系統(tǒng)組成:由單色器或?yàn)V色片組成。主要目的:從復(fù)合光中選擇或分離出某一特定波長(zhǎng)的光。濾色片：一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的波長(zhǎng)選擇器。通常有中性濾光片、截止濾光片、帶通濾光片以及校正濾光片等。

棱鏡——對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同色散元件分出的光波長(zhǎng)不等距

光柵——衍射和干涉分出的光波長(zhǎng)等距單色器的組成：入射狹縫、準(zhǔn)直裝置(透鏡或凹面反射鏡)、色散元件(棱鏡或光柵)、聚焦元件以及出射狹縫等部分組成。

分光過(guò)程：入射狹縫用于限制雜散光進(jìn)入單色器，準(zhǔn)直鏡將入射光束變?yōu)槠叫泄馐筮M(jìn)入棱鏡。棱鏡將復(fù)合光分解成單色光，然后通過(guò)聚焦鏡將出自色散元件的同波長(zhǎng)的平行光聚焦于出口狹縫。通過(guò)移動(dòng)出口狹縫的位置就可以將不同波長(zhǎng)的光選擇性射出。棱鏡單色器的結(jié)構(gòu)如下圖所示光柵單色器的結(jié)構(gòu)如下圖所示設(shè)S為位于透鏡L1物方焦面上的入射狹縫，G為光柵，光柵常量為d，自L1射出的平行光垂直照射在光柵G上；透鏡L2將與光柵法線成角的衍射光會(huì)聚于出口狹縫所在的面上，則產(chǎn)生衍射亮條紋的條件為：調(diào)整角的大小，就可以將不同波長(zhǎng)的光選擇性射出。

檢測(cè)器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置光電池光電管（紅敏和藍(lán)敏）光電倍增管(PMT)二極管陣列檢測(cè)器檢測(cè)器

內(nèi)部抽真空的玻璃管內(nèi)配置有光電陰極(K)和陽(yáng)極(A>，位于兩者之間的是若干個(gè)倍增極(1-3個(gè))。光電陰極和倍增極上涂有容易發(fā)射電子的光敏物質(zhì)(如Sb-Cs或Ag-O-Cs等)，在K和A之間施加1000V的直流電壓。PMT的結(jié)構(gòu)與原理

當(dāng)光信號(hào)照射在K上時(shí)，由于光電效應(yīng)而產(chǎn)生電子，并被電場(chǎng)加速撞擊倍增極(1-3)，產(chǎn)生出2-5倍的次級(jí)電子，依此類推，最后在A上收集到的電子數(shù)將是K發(fā)出的電子數(shù)的105一108倍光電流。單光束型紫外可見(jiàn)光譜儀：這種光譜儀的單一分析光束從單色器分離而得，交互通過(guò)參比溶液和樣品溶液來(lái)進(jìn)行吸光度的比較并測(cè)定。2、紫外可見(jiàn)光譜儀的類型

根據(jù)儀器的光路，分為單光束和雙光束型兩種類型。這種光譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)廉耐用，維修容易，適用于常規(guī)分析。2.雙光束光譜儀從光源出發(fā)的紫外和可見(jiàn)光經(jīng)聚焦后通過(guò)狹縫進(jìn)人單色器中。從復(fù)合光中經(jīng)色散得到的單色光經(jīng)準(zhǔn)直和聚焦后在分光器上分為兩束，并分別通過(guò)樣品池和參比池。經(jīng)樣品池紫外吸收后的光強(qiáng)度和參比池光強(qiáng)度的差異由檢測(cè)器檢出、放大后以吸光度一波長(zhǎng)或透射率一波長(zhǎng)的形式記錄下來(lái)，就可以獲得樣品的UV-Vis的吸收光譜。3、紫外可見(jiàn)光譜儀的操作A、先將儀器預(yù)熱至少10分鐘，啟動(dòng)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)應(yīng)用程序，軟件將自動(dòng)進(jìn)入到自檢畫(huà)面進(jìn)行光譜儀的校正。波長(zhǎng)校正可用隨機(jī)配置的鐠銣(Pr-Nd)玻璃或鈥（huo）

(Ho)玻璃所具有的特征吸收峰來(lái)校正。吸光度的校正可通過(guò)若干物質(zhì)如CuS04、K2Cr04的標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)進(jìn)行。校正前按儀器廠家要求的濃度配制好標(biāo)準(zhǔn)物，在一定溫度(25oC)下利用不同波長(zhǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)吸光度值，再與儀器廠家提供的吸光度校正表對(duì)照調(diào)整即可。B、進(jìn)行光譜掃描對(duì)參照物和待測(cè)物進(jìn)行光譜掃描，如實(shí)地顯示樣品的全波長(zhǎng)圖譜并保存起來(lái)以用于分析。4、進(jìn)行紫外可見(jiàn)光譜檢測(cè)時(shí)的分析條件的選擇優(yōu)化a.樣品濃度通常樣品濃度小于0.Olmol/L的稀溶液才遵從朗伯比爾定律，所以樣品濃度過(guò)大或過(guò)小時(shí)會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。通常應(yīng)調(diào)節(jié)樣品濃度使之在合適的吸光度范圍(0.2-0.8)之內(nèi)。b.測(cè)量波長(zhǎng)與狹縫寬度應(yīng)選擇最強(qiáng)吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)max為測(cè)量波長(zhǎng)以得到最大的測(cè)量靈敏度。另外，狹縫寬度大約為樣品吸收峰半寬度的十分之一左右才能兼顧靈敏度和光強(qiáng)度。C、溶劑的選擇考慮到紫外可見(jiàn)光譜儀測(cè)定中存在的溶劑效應(yīng)問(wèn)題，制備分析用樣品的溶液時(shí)必須考慮選擇合適的溶劑。對(duì)溶劑的基本要求是在測(cè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)吸收、透明且化學(xué)惰性(不與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng))，同時(shí)也應(yīng)考慮揮發(fā)性小、毒性低、不易燃等。另外，樣品應(yīng)在所選溶劑中有足夠的溶解度，濃度一般宜在10-5-10-2mol/L范圍內(nèi)。下表是若干常用有機(jī)溶劑及其吸收特性，可供參考。d、分析方法分析條件優(yōu)化之后，應(yīng)根據(jù)定性或定量分析的目的進(jìn)行分析方法的合理選擇。

定性分析是根據(jù)樣品物質(zhì)的摩爾吸收系數(shù)、峰形等測(cè)定參數(shù)與已知的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，以推斷出樣品物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、純度方面的信息。