四川大學(xué)化學(xué)分析課件pt課件(4)市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第四章紫外-可見分光光度法 紫外一可見分光光度法（ultraviolet-visiblespectrophotometry）是利用物質(zhì)在紫外、可見光區(qū)分子吸取光譜，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析方法。按所吸取光波長(zhǎng)區(qū)域不同，分為紫外分光光度法(60-400nm)和可見分光光度法(400-750nm)，合稱為紫外一可見分光光度法。第1頁第1頁4.1原理4.1.1紫外可見吸取光譜產(chǎn)生

E分子=E電子+E振動(dòng)+E轉(zhuǎn)動(dòng)

分子中電子發(fā)生躍遷需要能量約在 1~20eV之間，其相應(yīng)吸取光波長(zhǎng)范圍 大部分處于紫外和可見光區(qū)域，通常將分 子在這一區(qū)域吸取光譜稱為電子光譜或 紫外—可見吸取光譜。第2頁第2頁吸取光譜用不同波長(zhǎng)光依次透過待測(cè)物質(zhì)，并測(cè)量物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光吸取程度（吸光度），以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，就能夠得到該物質(zhì)在測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸取曲線。這種曲線表達(dá)了物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光吸取能力，也稱為吸取光譜。第3頁第3頁吸取曲線（吸取光譜）第4頁第4頁4.1.2朗伯—比爾定律朗伯—比爾定律是光吸取基本定律，它可表述為：當(dāng)一束單色光穿過透明介質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)度減少同入射光強(qiáng)度、吸取介質(zhì)厚度、溶液濃度成正比。用數(shù)學(xué)表示為：A=lgI0/I=kcl第5頁第5頁k值及單位與c和l采用單位相關(guān)當(dāng)l以cm，c以g/L為單位時(shí)，k稱為吸光系數(shù)，用a表示，即：A=acl當(dāng)l以cm，c以mol/L為單位時(shí)，k稱為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示，它比a更為慣用，ε單位為L(zhǎng)mol-1cm-1，即：A=εcl當(dāng)l以cm，c以百分濃度g/100mL為單位時(shí)，k稱為比吸光系數(shù)，用A1cm1%表示ε=0.1MA1cm1%用比吸光系數(shù)表示辦法尤其適合用于摩爾質(zhì)量未知化合物。第6頁第6頁在實(shí)際測(cè)量中，采用在另一等同吸取池中放入溶劑與被分析溶液透射強(qiáng)度進(jìn)行比較，即：A=lg(I溶劑/I溶液)≈lg(I0/I)吸光度含有加和性：A總λ=A1λ+A2λ+…Anλ比爾定律應(yīng)用不足：只適合用于稀溶液、化學(xué)偏離、儀器偏離第7頁第7頁4.2紫外一可見分光光度計(jì)第8頁第8頁1.光源

功效：提供能量激發(fā)被測(cè)物質(zhì)分子，使之產(chǎn) 生電子光譜譜帶（提供寬帶輻射）。 連續(xù)光源：廣泛應(yīng)用在吸取和熒光光譜中(氣體放電光源)氘燈、氫燈紫外可見氬燈氙燈真空紫外真空紫外、紫外、可見鎢絲燈、鹵鎢燈可見光(熱輻射光源) 區(qū)第9頁第9頁2.單色器功效：從光源輻射復(fù)合光中分出單色光。3.吸取池功效：盛放分析試樣（普通是液體）第10頁第10頁4.檢測(cè)器功效：檢測(cè)光信號(hào)，測(cè)量單色光透過溶液后光強(qiáng)度改變一個(gè)裝置。5.信號(hào)顯示系統(tǒng)第11頁第11頁6.紫外一可見分光光度計(jì)類型(1)單波長(zhǎng)單光束分光光度計(jì)缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果受電源波動(dòng)影響較大，誤差較大。第12頁第12頁(2)單波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)長(zhǎng)處：除了能自動(dòng)掃描吸取光譜外，還可自動(dòng)消除電源電壓波動(dòng)影響，減小放大器增益漂移。第13頁第13頁(3)雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)長(zhǎng)處：在有背景干擾或共存組分吸取干擾情況下，能夠?qū)δ辰M分進(jìn)行定量測(cè)定。還能夠取得微分光譜和進(jìn)行系數(shù)倍率法測(cè)定。第14頁第14頁(4)多道分光光度計(jì)

含有快速掃描特點(diǎn)第15頁第15頁4.3化合物電子光譜產(chǎn)生4.3.1有機(jī)化合物紫外一可見吸取光譜（一）躍遷類型

在紫外可見光區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物 吸取帶主要由σ→σ*、n→σ*、π→π*和 n→π*躍遷產(chǎn)生，其相對(duì)能量大小順序 為：σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*。第16頁第16頁σ?π?nσσ?σπ?πσ?nσ?ππ?nπ?

π σ有機(jī)化合物分子中電子躍遷能量第17頁第17頁σ→σ*躍遷：分子中成鍵σ電子躍遷到σ*反鍵軌道上去，這是一切飽和有機(jī)化合物都也許產(chǎn)生電子躍遷類型。n→σ*躍遷：分子中未成鍵n電子激發(fā)到σ*軌道上去，所有含有雜原子飽和烴衍生物都可發(fā)生這種躍遷。含有σ→σ*、n→σ*躍遷化合物，如：飽和烷烴、鹵代烷烴、醇、醚等是紫外可見吸取光譜測(cè)定期良好溶劑。第18頁第18頁???

π→π*躍遷：能夠發(fā)生在任何含有不飽和鍵有機(jī)化合物分子中，其最大摩爾吸光系數(shù)εmax很大。n→π*躍遷：發(fā)生在含有雜原子不飽和化合物中，其最大摩爾吸光系數(shù)εmax比較小。電荷遷移躍遷：當(dāng)外來輻射照射一些化合物時(shí)，電子從體系含有予以體特性部分轉(zhuǎn)移到該體系含有電子接受體特性部分所發(fā)生躍遷。其譜帶較寬，吸取強(qiáng)度大，εmax>104。第19頁第19頁NR1R2R1R2

+N-hυ電子接受體電子予以體CC+hυ電子接受體電子予以體ORR

-O第20頁第20頁（二）慣用術(shù)語1.生色團(tuán)：分子中能夠吸取光子而產(chǎn)生電子躍遷原子基團(tuán)。（含有π鍵不飽和基團(tuán)）2.助色團(tuán)：有些基團(tuán)本身沒有生色作用，但卻能增 強(qiáng)生色團(tuán)生色能力，即它們與生色團(tuán)相連時(shí)， 會(huì)使其吸取帶是最大吸取波長(zhǎng)發(fā)生紅移，并且增 加其強(qiáng)度。通常是帶有非鍵電子正確基團(tuán)。3.紅移和紫移：吸取帶最大吸取波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)， 向長(zhǎng)波方向移動(dòng)稱為紅移，向短波方向移動(dòng)稱為 紫移。第21頁第21頁（三）有機(jī)化合物紫外、可見光譜1.2.飽和烴及其取代衍生物不飽和烴及共軛烯烴

σ→σ*、n→σ*σ→σ*、π→π*3.4.5.羰基化合物n→σ*、π→π*和n→π*苯及其衍生物E1帶、E2帶、B帶稠環(huán)和雜環(huán)第22頁第22頁4.3.2無機(jī)化合物紫外一可見吸取光譜（一）電荷遷移躍遷

一些分子同時(shí)含有電子給體特性部分和電子受體特性部分。當(dāng)電子從給體外展軌道向受體躍遷時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)吸取，這樣產(chǎn)生光譜稱為電荷遷移光譜。如在金屬絡(luò)合物中配位體含有電子給體性質(zhì)，金屬離子為電子受體。電子從配位體軌道躍遷到中心原子外層軌道，就能夠產(chǎn)生電荷遷移光譜。第23頁第23頁（二）配位場(chǎng)躍遷1.f-f躍遷鑭系和銅系元素離子對(duì)紫外和可見光吸取是基于內(nèi)層f電子躍遷而產(chǎn)生，其吸取光譜是由一些狹窄特性吸取峰構(gòu)成，且這些吸取峰不易受金屬離子所處配位環(huán)境影響。2.d-d躍遷過渡金屬離子d軌道在受到配位體場(chǎng)作用時(shí)產(chǎn)生分裂。d電子在能級(jí)不同d軌道間躍遷，吸取紫外或可見光產(chǎn)生吸取光譜。這種光譜吸取帶比較寬，吸取峰強(qiáng)烈地受配位環(huán)境影響。第24頁第24頁4.3.3影響吸取譜帶原因

1.分子結(jié)構(gòu)改變：（1）飽和化合物中引入生色團(tuán)和助色團(tuán)（2）配位體場(chǎng)改變：八面體、四周體、 正方平面等等第25頁第25頁（3）共軛效應(yīng)和超共軛效應(yīng)

由于共軛后電子運(yùn)動(dòng)范圍增大，躍遷所需能量變小，因此由共軛作用產(chǎn)生吸取峰波長(zhǎng)值較大，同時(shí)吸取強(qiáng)度增大。共軛不飽和健越多，紅移現(xiàn)象就越明顯。1,3—丁二烯在己烷中λmax=217nm，εmax=21,000；1,3,5—己三烯在異辛烷中λmax=268nm，εmax=43,000；1,3,5,7,9—癸五烯在異辛烷中λmax=334nm，εmax=121,000。第26頁第26頁（a）（b）λmax(b)>λmax(a)

（4）空間位阻

通常情況下，反式異構(gòu)空間位阻小于順式異構(gòu)，其共軛體系共平面性比順式結(jié)構(gòu)好，躍遷能量較低，λmax較大。

H3C CH3

CH3

CH3第27頁第27頁2.溶劑效應(yīng)溶劑極性由非極性改變到極性時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。第28頁第28頁改變?nèi)軇O性還會(huì)使最大吸取波長(zhǎng)發(fā)生改變：當(dāng)溶劑極性增大時(shí)，由n→π*躍遷產(chǎn)生吸取帶發(fā)生紫移，而由π→π*躍遷產(chǎn)生吸取帶發(fā)生紅移。第29頁第29頁3.溫度溫度增高，分子碰撞頻率增長(zhǎng)，譜帶變寬，譜帶精細(xì)結(jié)構(gòu)消失(熱變色效應(yīng))。第30頁第30頁4.4分析辦法及其應(yīng)用

4.4.1定性分析

吸取光譜比較簡(jiǎn)樸，特性性不強(qiáng)，并且大多數(shù)簡(jiǎn)樸官能團(tuán)在近紫外光區(qū)只有微弱吸取或無吸取，因此應(yīng)用有一定不足。但可用于鑒定共軛生色團(tuán)，以此推斷未知物結(jié)構(gòu)骨架，在配合其它結(jié)構(gòu)分析辦法時(shí)，是有用輔助方法。第31頁第31頁（一）定性辦法1.比較吸取光譜曲線：形狀、峰數(shù)、λmax位置與相應(yīng)εmax。2.用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算λmax，然后與實(shí)測(cè)值比較。第32頁第32頁（二）經(jīng)驗(yàn)規(guī)則Woodward規(guī)則：計(jì)算共軛二烯、多烯烴、共軛烯酮類化合物π→π*躍遷最大波長(zhǎng)。第33頁第33頁Oαβδγδ+2 δ+1母體環(huán)己酮215nm同環(huán)二烯39nm增長(zhǎng)兩個(gè)共軛雙鍵60nm一個(gè)β烷基12nm一個(gè)環(huán)外雙鍵5nm三個(gè)γ+烷基54nm

共計(jì)385nm第34頁第34頁AcOAB

RC母體同環(huán)二烯253nm增長(zhǎng)兩個(gè)共軛雙鍵60nm三個(gè)環(huán)外雙鍵五個(gè)取代烷基15nm25nm共計(jì)353nm第35頁第35頁4.4.2定量分析（一）單組分定量辦法

1．校正曲線法 2．原則對(duì)比法 AS=kCSbAX=kCXb CX=CSAX/AS第36頁第36頁（二）多組分定量辦法A1A+A2A+BB=ε1Abc1A+ε1Bbc2B=ε2Abc1A+ε2Bbc2B第37頁第37頁【例】以分光光度法測(cè)定合金鋼中錳和鉻。稱取 1.000g鋼樣，溶解后稀釋至50.00mL，將其中Cr氧化成Cr2O72-，Mn氧化成MnO4-，然后在440nm和545nm用1.0cm吸取池測(cè)得吸光度值分別為0.204和0.860。已知ε440Mn=95.0L.mol-1cm-1，ε440Cr=369.0L.mol-1cm-1，ε545Mn=2.35×103L.mol-1cm-1，ε545Cr=11.0L.mol-1cm-1。求此合金鋼中Mn，Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(MMn=54.94g.mol-1MCr=52.00g.mol-1)第38頁第38頁【解】依據(jù)吸光度加合性列出聯(lián)立方程： A440=A440Mn+A440Cr=ε440MnbcMn+ε440CrbcCr

A545=A545Mn+A545Cr=ε545MnbcMn+ε545CrbcCr

即 0.204=95.0×1×cMn+369.0×1×cCr

0.860=2.35×103×1×cMn+11.0×1×cCr

解得 cMn=3.64×10-4mol.L-1

cCr=4.59×10-4mol.L-1×100%=0.10%3.64×10－4×50×10－3×54.94 1.000?(Mn)=×100%=0.24%4.59×10－4×50×10－3×52.00×2 1.000?(Cr)=第39頁第39頁

（三）雙波長(zhǎng)法1.等吸取波長(zhǎng)法

A1=A1A+A1B

A2=A2A+A2B

ΔA=A2-A1=(A2A-A1A)+(A2B-A1B)

由于A2B=A1BΔA=A2A-A1A=(ε2A-ε1A)bc第40頁第40頁K1K2ABAλB1λ2

K2AλB2?K1AλB1=0

S=K2AλA2?K1AλA1該式表明，信號(hào)S只與被測(cè)組分吸光度值相關(guān)。=K=

2.系數(shù)倍率法用差分放大器可取得混和試樣在波長(zhǎng)λ2和λ1處差示信號(hào)S

S=K2Aλ2?K1Aλ1

S=K2AλA2+K2AλB2?K1AλA1?K1AλB1第41頁第41頁3.測(cè)定渾濁試樣

在雙波長(zhǎng)法測(cè)定中，若將λ2設(shè)在試樣吸收峰上，λ1設(shè)在試樣無特性吸取波長(zhǎng)上，此時(shí)，λ1和λ2背景吸取應(yīng)相等。用雙波長(zhǎng)法測(cè)得兩處吸光度差值即可消除背景吸收，進(jìn)行定量分析。第42頁第42頁（四）導(dǎo)數(shù)分光光度法對(duì)吸取光譜曲線進(jìn)行一階或高階求導(dǎo)，即可得到各種導(dǎo)數(shù)光譜曲線。長(zhǎng)處：1.能夠分辨兩個(gè)或兩個(gè)以上完全重疊或以很小波長(zhǎng)差重疊吸取峰2.能夠分辨吸光度隨波長(zhǎng)急劇上升時(shí)所掩蓋弱吸取峰3.能夠確認(rèn)寬闊吸取帶最大吸取波長(zhǎng)，分辨率隨導(dǎo)數(shù)階數(shù)增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，信噪比伴隨導(dǎo)數(shù)階數(shù)增長(zhǎng)而減小。第43頁第43頁dλdλ定量分析：（可提升檢測(cè)靈敏度）Aλ=ελbc，對(duì)波長(zhǎng)λ進(jìn)行n次求導(dǎo)，只有Aλ和ελ是波長(zhǎng)λ函數(shù)，于是有：可見n次求導(dǎo)后，吸光度值仍與吸取物濃度成正比。bcdnAλ

ndnελ

n=第44頁第44頁4.4.3紫外一可見吸取光譜應(yīng)用1.相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定M=εmb/Am：樣品重量在紫外、可見吸取光譜法中，只要化合物含有相同生色骨架，其吸取峰λmax和εmax幾乎相同。因此，只要求出與待測(cè)物有相同生色骨架已知化合物ε值，就能求出欲測(cè)化合物相對(duì)分子質(zhì)量。第45頁第45頁2.測(cè)定平衡常數(shù)例用分光光度法測(cè)定下列反應(yīng)平衡常數(shù)ZnL22-λmax為480nm，該處εmax＝3.00×103L.mol-1.cm-1，Zn2＋和L2－在480nm處無吸取。用1.00cm吸取池測(cè)得含2.30×10－4molL－1Zn2＋和5.00×10-4molL－1L2－溶液吸光度為0.540。試計(jì)算平衡常數(shù)。Zn2++2L2??ZnL22?第46頁第46頁[ZnL][Zn][L])2=1.84×108=

1.80×10?45.00×10?5×(1.40×10?4

2?

22+2?2K＝

解

2??4 23 2+2??4?4?5?1

2+

2?