儀器分析紫外分光光儀詳解演示文稿

儀器分析紫外分光光度儀詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點優(yōu)選儀器分析紫外分光光度儀目前二頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點3.操作簡便、迅速、儀器設備不太復雜

若采用靈敏度高、選擇性好的有機顯色劑，并加入適當?shù)难诒蝿?，一般不?jīng)過分離即可直接進行分光光度法測定、其方法的相對誤差通常為5～10％，其準確度雖不及重量分析法和容量法，但對于微量組分的測定，結(jié)果還是滿意的。目前三頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.2.1顏色的產(chǎn)生4.2吸光光度法的基本原理目前四頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點

光的波長λ(cm)、頻率γ(Hz)，它們與光速c的關系是：4.2.2光的基本性質(zhì)在真空介質(zhì)中，光速為2.9979×1010cm/s。單個光子的能量E與上述三要素的關系是：E－－光子的能量，J；h－－普朗克常數(shù)（6.625×10－34J·s）目前五頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.2.3溶液顏色與光吸收的關系

光波是一種電磁波。電磁波包括無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光、x射線等。如果按照其頻率或波長的大小排列，可見光只是電磁波中一個很小的波段。見表12－1目前六頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點目前七頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點

有色物質(zhì)的不同顏色是由于吸收了不同波長的光所致。溶液能選擇性地吸收某些波長的光，而讓其他波長的光透過，這時溶液呈現(xiàn)出透過光的顏色。透過光的顏色是溶液吸收光的互補色。有色溶液對各種波長的光的吸收情況，常用光吸收曲線來描述。將不同波長的單色光依次通過一定的有色溶液，分別測出對各種波長的光的吸收程度（用字母A表示）。以波長為橫坐標，吸光程度為縱坐標作圖，所得的曲線稱為吸收曲線或吸收光譜曲線。目前八頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點能復合成白光的兩種顏色的光叫互補色光。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補色。目前九頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.3光吸收基本定律

當一束平行的單色光照射均勻的有色溶液時，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被比色皿的表面反射。如果入射光的強度為I0，吸收光的強度為Ia，透過光的強度為It，反射光的強度為Ir，則:

I0＝Ia＋It＋Ir

在吸光光度法中，由于采用同樣質(zhì)料的比色皿進行測量，反射光的強度基本上相同，其影響可以相互抵消，上式可簡化為:

I0＝Ia＋It

目前十頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點透過光的強度It與入射光的強度Io之比稱為透光度或透光率，用T表示。

T＝It/Io一束單色光通過溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的強度就要減弱。若溶液的濃度不變，液層越厚，透過光的強度越小，光線減弱的程度越大。如果將液層分成許多無限小的相等的薄層，其厚度為db。則dI應與db及I成正比，即－dI∝Idb，從而，－dI/I=k1db，積分此式，得：1.朗伯定律目前十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點將上式變成常用對數(shù)，得上式稱為朗伯定律。如用A=lg(I0/It)或lg(1/T),則A稱為吸光度。目前十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點例1.有一單色光通過厚度為1cm的有色溶液,其強度減弱20%。若通過5cm厚度的相同溶液,其強度減弱百分之幾?解：lgT1

c1

─────=───,lgT25c1

lgT2=5lgT1=5×lg0.80=-0.485

T2=32.7%,即減弱67.3%目前十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點

當一束單色光通過液層厚度一定的溶液時，溶液的濃度愈大，光線強度減弱愈顯著。若有色溶液的濃度增加dc，入射光通過溶液后，強度的減弱-dI與人射光強度I及dc成正比，即

-dI=k3Idc，或-dI/I=k3dc，積分，可得到:通常稱比耳定律。2.比耳定律目前十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點例2.一符合比爾定律的有色溶液，當濃度為c時，透射比為T，若其它條件不變，濃度為c/3時，T為_________，濃度為2c時，T為__________。解:

T1/3

T2

這說明濃度與透射比T

的是指數(shù)關系。目前十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點3．朗伯一比耳定律如果溶液濃度和液層厚度都是可變的，就要同時考慮溶液濃度c和液層厚度b對吸光度的影響。為此，將朗伯和比耳公式和合并，得到即通常所稱的朗伯一比耳定律。目前十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4．吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)

在朗伯-比耳公式，k值決定于c，b所用的單位，它與入射光的波長及溶液的性質(zhì)有關。當濃度c以g·L-1、液層厚度b以cm表示時，常數(shù)k是以a表示，此時稱為吸光系數(shù)，單位為L·g-1·cm-1。朗伯－比耳公式可表示為:

A＝abc

若b以cm為單位，c以mol·L-1為單位時，則將k稱為摩爾吸光系數(shù)，以符號ε表示，其單位為L·mol-1cm-1。ε的物理意義表達了當吸光物質(zhì)的濃度為1mol·L-1，液層厚度為1cm時溶液的吸光度。在這種條件下上式可改寫為:A=εbc目前十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點

摩爾吸光系數(shù)是有色化合物的重要特性。ε愈大，表示該物質(zhì)對某波長的光吸收能力愈強，因而光度測定的靈敏度就越高。ε的值，不能直接取1mol/L這樣高濃度的有色溶液來測量，而只能通過計算求得。由于溶液中吸光物質(zhì)的濃度常因離解、聚合等因素而改變。因此，計算ε時，必須知道溶液中吸光物質(zhì)的真正濃度。但通常在實際工作中，多以被測物質(zhì)的總濃度計算，這樣計算出的ε值稱為表觀摩爾吸光系數(shù)。文獻中所報道的ε值就是表觀摩爾吸光系數(shù)值。目前十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.4光度分析的方法和儀器4.4.1光度分析的方法1.目視比色法 用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法。將一系列不同量的標準溶液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑和其他試劑，并控制其他實驗條件相同，最后稀釋至同樣體積，配成一套顏色逐漸加深的標準色階。將一定量的被測溶液置于另一比色管中，在同樣條件下進行顯色，并稀釋至同樣體積，從管口垂直向下（有時由側(cè)面）觀察顏色。如果被測溶液與標準系列中某溶液的顏色相同，則被測溶液的濃度就等于該標準溶液的濃度。如果被測試液濃度介于相鄰兩種標準溶液之間，則試液的濃度就介于這兩個標準溶液濃度之間。目前十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點2．標準曲線法

根據(jù)朗伯－比耳定律，保持液層厚度，入射光波長和其它測量條件不變，則在一定濃度范圍內(nèi)，所測得吸光度與溶液中待測物質(zhì)的濃度成正比。因此，配制一系列已知的具有不同濃度的標準溶液，分別在選定波長處測其吸光度A，然后以標準溶液的濃度c為橫坐標，以相應的吸光度A為縱坐標，繪制出A－c關系曲線。如果符合光的吸收定律，則可獲得一條直線，稱為標準曲線或稱工作曲線。在相同條件下測量樣品溶液的吸光度，就可以從標準曲線上查出樣品的濃度。Ac標準工作曲線目前二十頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點3.加入標準法所謂的加入標準法，即在一定濃度的試樣溶液測定吸光度A0后，加入合適濃度的標準溶液，再測吸光度A1，或再加幾次標準溶液，得A2,A3…吸光度，計算或作圖外推求試樣濃度的方法。即：A0=kC樣；A1=k(C樣＋C標）混合設試樣體積為V0;加入的標準溶液體積為V標，則：A1=k(C樣V0+C標V標)/(V0+V標），聯(lián)解方程可求出C樣?；蛴肁對C標作圖，外推求出C樣。目前二十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.二元混合組分的測定

混合溶液里兩組分的測定有如圖12－5的三種情況：

（a）若1和2兩組分的最大吸收峰互不重合，而且在1組分的最大吸收波長λ1處，2組分沒有吸收；或在2組分的最大吸收波長λ2處，1組分無吸收。這樣比較簡單，按單組分測定方法測1和2兩組分即可。（b）若1和2組分在混合溶液中的吸光光譜曲線如圖12－5(b)所示，則當1和2混合在一起時，在1組分的最大吸收波長處，2組分無吸收，所以只需在λ1處測定1組分。但在λ2處所測定吸光度是1和2的總吸收，因此必須事先測得1組分在λ2的ε，先從λ1測出1組分，再從疊加處得的和量中減去組分1。

目前二十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點

(c)這種情況比較復雜，要解一個一元二次方程。目前二十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點目前二十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.4.2分光光度計目前二十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點A原理目前二十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點目前二十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點光柵和棱鏡分光原理目前二十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點儀器光通路圖目前二十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點B.分光光度計的類型目前三十頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點雙光束光度計動畫示意目前三十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點雙波長光度計光路示意圖目前三十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點單波長單光束分光光度計有國產(chǎn)751型、XG-125型、英國SP500型和伯克曼DU-8型等。

單波長雙光束分光光度計有國產(chǎn)710型、730型、740型、日立UV-340型等就屬于這種類型。

雙波長分光光度計的優(yōu)點：是可以在有背景干憂或共存組分吸收干憂的情況下對某組分進行定量測定。國產(chǎn)WFZ800-5型、島津UV-260型、UV-265型等。

目前三十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.5分光光度法的應用2.5.1定性鑒定2.5.2定量測定微量成份

分光光度法被廣泛的應用在各個領域，環(huán)境、醫(yī)藥、石油等測定無機、有機微量成份。由于操作簡單，儀器廉價，一般說是常用的首選方法。目前三十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.6紫外吸收光譜分析法4.6.1分子吸收光譜與電子躍遷

分子和原子一樣，也有它的特征分子能級。分子內(nèi)部的運動可分為價電子運動，分子內(nèi)原子在平衡位置附近的振動和分子繞其重心的轉(zhuǎn)動。因此分子具有電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。分子的能量E等于下列三項之和：

E=Ee+Ev+Er

分子從外界吸收能量后，就能引起分子能級的躍遷，即從基態(tài)能級躍遷到激發(fā)態(tài)能級。分子吸收能量具有量子化的特征，即分子只能吸收等于兩個能級之差的能量：

ΔE=E2-E1=hυ=hc/λ

電子能級轉(zhuǎn)動能級振動能級目前三十五頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.6紫外吸收光譜分析法

波長10～400nm為紫外光，10～200nm為遠紫外光，200～400nm為近紫外光。4.6.1分子吸收光譜與電子躍遷

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）σ電子、π電子、n電子。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ΔΕ大小順序為n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

目前三十六頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點A.σ→σ*

躍遷主要發(fā)生在真空紫外區(qū)。B.π→π*

躍遷吸收的波長較長，孤立的躍遷一般在200nm左右

C.n→π*

躍遷一般在近紫外區(qū)（200－400nm），吸光強度較小。D.n→σ*

躍遷吸收波長仍然在（150－250nm）范圍，因此在紫外區(qū)不易觀察到這類躍遷。目前三十七頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.6.2有機化合物紫外—可見光譜目前三十八頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點1.飽和烴及其取代衍生物飽和烴類分子中只含有鍵，因此只能產(chǎn)生*躍遷，即電子從成鍵軌道（）躍遷到反鍵軌道（*）。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見分光光度計的測量范圍。飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n*的躍遷。n*的能量低于*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。這些數(shù)據(jù)不僅說明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實用價值不大。但是它們是測定紫外和可見吸收光譜的良好溶劑。目前三十九頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點2.不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和*兩種躍遷。*躍遷的能量小于*躍遷。例如，在乙烯分子中，*躍遷最大吸收波長為180nm在不飽和烴類分子中，當有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統(tǒng)的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強度也隨之增強。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。目前四十頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點3.羰基化合物

羰基化合物含有C=O基團。C=O基團主要可產(chǎn)生*、n*、n*三個吸收帶，n*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n*吸收帶的光區(qū)稍有不同。羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n*吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對的助色團，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n共軛，導致*軌道的能級有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級，因此實現(xiàn)n*躍遷所需的能量變大，使n*吸收帶藍移至210nm左右。目前四十一頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.苯及其衍生物

苯有三個吸收帶，它們都是由*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（max=60，000）；E2帶出現(xiàn)在204nm（max=8，000）；B帶出現(xiàn)在255nm（max

=200）。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細結(jié)構(gòu)，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細結(jié)構(gòu)消失。當苯環(huán)上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。目前四十二頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點5.稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物

稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應增加。當芳環(huán)上的-CH基團被氮原子取代后，則相應的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n*吸收帶。目前四十三頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點有機化合物結(jié)構(gòu)與紫外信息的關系（1）200-400nm無吸收峰。飽和化合物，單烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮

n→π*躍遷產(chǎn)生的R帶。（3）

250-300nm有中等強度的吸收峰（ε=200-2000），芳環(huán)的特征吸收（具有精細解構(gòu)的B帶）。（4）

200-250nm有強吸收峰（ε104），表明含有一個共軛體系（K）帶。共軛二烯：K帶（230nm）；不飽和醛酮：K帶230nm，R帶310-330nm260nm,300nm,330nm有強吸收峰，3,4,5個雙鍵的共軛體系。目前四十四頁\總數(shù)四十九頁\編于十一點4.6.3紫外吸收光譜中常用的術語生色團：

最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊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。這類含有π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—N＝N—、乙炔基、腈基—