紫外吸收和熒光光譜法

紫外吸收和熒光光譜法第一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三原子光譜分子光譜原子發(fā)射光譜法原子吸收光譜法原子熒光光譜法紫外吸收和熒光光譜法紅外吸收光譜法光學(xué)分析法第二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三紫外可見分光光度法紫外吸收光譜的產(chǎn)生有機化合物的紫外吸收光譜無機化合物的紫外吸收光譜紫外-可見分光光度計分析條件的選擇紫外-可見分光光度的應(yīng)用第三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三紫外吸收光譜：分子價電子能級躍遷。波長范圍：100-750nm.(1)遠紫外光區(qū):

100-200nm(2)近紫外光區(qū):

200-400nm(3)可見光區(qū):400-750nm250300350400nm1234eλ可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。電子躍遷的同時，伴隨著振動轉(zhuǎn)動能級的躍遷;帶狀光譜。第一節(jié).紫外吸收光譜的產(chǎn)生1.概述第四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三分子內(nèi)能量總和:E分子=E電+E振+E轉(zhuǎn)E電>E振>E轉(zhuǎn)分子光譜1.概述第五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三2.物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線E=E2－E1=h量子化；選擇性吸收吸收曲線與最大吸收波長maxM+熱M+熒光或磷光M+

h

→M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1（△E）E2第六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三吸收曲線的討論：①同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax②不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同③吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。④不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。第七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三3.紫外可見光譜的特點

1.靈敏度高通常，待測物質(zhì)的含量1～10-5％時，能夠用分光光度法準確測定。所以它主要用于測定微量組分。

2.應(yīng)用廣泛

幾乎所有的無機離子和許多有機化合物可以用分光光度法進行測定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、動物體液中各種微量元素的測定。3.操作簡便、迅速、儀器設(shè)備不太復(fù)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。第八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié).有機化合物紫外－可見吸收光譜

有機化合物中的單鍵電子稱為σ鍵電子，雙鍵電子稱為

π鍵電子，孤對電子稱為n電子。它們吸收能量后躍遷到反鍵軌道或非鍵軌道上。即有四種軌道躍遷：

σ→σ*

n→σ*n→π*π→π*第九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三1.σ→σ＊躍遷所需能量最大；σ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λ<200nm；例：甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。

只能被真空紫外分光光度計檢測到；通常作為溶劑使用；sp*s*RKE,BnpE第十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三2.n→σ＊躍遷所需能量較大

吸收波長為150～250nm，大部分在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。第十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三3.π→π＊躍遷所需能量較小，吸收波長處于遠紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，εmax一般在104L·mol-1·cm-1以上，屬于強吸收。助色基團取代π→π*（K帶)發(fā)生紅移（1）不飽和烴π→π*躍遷乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，εmax:1×104L·mol-1·cm-1K帶——共軛非封閉體系的π→π*躍遷第十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三165nm217nm

?

?

?

(HOMOLVMO)

max

（2）共軛烯烴中的→*根據(jù)分子軌道理論，共軛效應(yīng)使π電子進一步離域，在整個共軛體系內(nèi)流動。這種離域效應(yīng)使軌道具有更大的成鍵性，從而降低了能量，使π電子易激發(fā)，吸收帶最大波長向長波方向移動，顏色加深（紅移），摩爾吸光系數(shù)增大（εmax一般在104L·mol-1·cm-1）3.π→π＊躍遷第十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三（3）羰基化合物共軛烯烴中的→*①Y=H,R

n→*

180-190nm→*

150-160nm

n→*

275-295nm②Y=

-NH2–OH-OR

等助色基團K帶紅移，R帶藍移；R帶max=205nm；10-100K

K

R

R

n

n

165nm

n

③不飽和醛酮K帶紅移：165250nmR帶藍移：290310nm

3.π→π＊躍遷第十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三（4）芳香烴3.π→π＊躍遷苯在λmax185nm處有一強吸收帶，稱為E1吸收帶（εmax50000）；在λmax204nm處，有一較強吸收帶，稱為E2吸收帶（εmax7000）；在230~270nm處還有一個較弱的吸收帶（λmax254nm；εmax200）稱為精細結(jié)構(gòu)吸收帶，也稱B吸收帶（德文，Benzenoid苯的），它是由π→π*躍遷與苯環(huán)的振動重疊引起的，常用來鑒別芳香族化合物。第十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三含有雜原子的雙鍵化合物（如-C=O，-C=N）中雜原子上的n電子躍遷到π*軌道，即分子中含有孤對電子的原子和π鍵同時存在時，會發(fā)生此躍遷，所需的能量小，吸收波長λ＞200nm，但吸收峰的摩爾吸收系數(shù)ε很小，一般為10~100L·mol-1·cm-1。4.n→π＊躍遷5.吸收帶n→π＊躍遷：R吸收帶

π→π＊躍遷K帶：共軛非封閉體系的π→π*躍遷E1帶：苯在λmax185nm處有一強吸收帶E2帶：苯在λmax204nm處，有一較強吸收帶

B帶：苯在230~270nm處還有一個較弱的，精細結(jié)構(gòu)吸收帶

第十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三發(fā)色團與助色團發(fā)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—C≡N等。助色團：

有一些含有n電子的基團(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當它們與生色團相連時，就會發(fā)生n—π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。第十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三紅移與藍移

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ㄩLλmax和吸收強度發(fā)生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移(或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)第十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三飽和烴只有σ鍵電子，發(fā)生σ→σ*躍遷，吸收波長在遠紫外區(qū)（10-200nm）。由于小于160nm紫外光被氧氣吸收，需要在高真空中進行，因此應(yīng)用不多。但是H被O、X、N、S取代后，發(fā)生n→σ*，吸收波長向長方向移動，即紅移。使吸收波長向長波長方向移動的雜原子基團稱為助色基團，例如－NH2-、－OH、－OR等。飽和烴CH3ClCH3BrCH3In→σ*躍遷173nm204nm258nmCH3ICH2I2

CHI3

n→σ*躍遷259nm292nm349nm第十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三不飽和烴含π鍵，產(chǎn)生躍遷π→π*。不飽和基團是使化合物的最大吸收峰波長移動到紫外可見區(qū)域，因此被稱為生色團。例如C=O、－COOH等，生色團可發(fā)生n→π*、π→π*躍遷。共軛烯烴各能級間距離較近，電子容易激發(fā)，生色作用大為增強。共軛雙鍵中π→π*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶叫做K吸收帶。強度大，摩爾吸光系數(shù)在>104。不飽和烴C2H4（孤立單鍵）CH2=CH-CH=CH2π→π*躍遷λmax=165nm，εmax=1.553×104λmax=217nm，εmax=2.1×104第二十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三芳香烴及其雜環(huán)化合物

苯：E1帶180184nm

=47000E2帶200204nm=7000

苯環(huán)上三個共扼雙鍵的→*躍遷特征吸收帶；B帶230~270nm

=200

→*與苯環(huán)振動引起；含取代基時，B帶簡化，紅移。第二十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三電荷遷移躍遷配位場躍遷

d－d、f－f躍遷。ε較小，較少應(yīng)用于分析。第三節(jié).無機化合物紫外－可見吸收光譜第二十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三常用溶劑例如己烷、庚烷、環(huán)己烷、二氧六環(huán)、水、乙醇等。部分溶劑，特別是極性溶劑，由于氫鍵或本身的偶極距，使得溶質(zhì)極性增強。引起：n→π*、

π→π*吸收帶遷移。引起精細結(jié)構(gòu)的變化。溶劑選用：－滿足溶解下要求極性盡量?。軇┑奈辗秶荒芘c實驗重疊第四節(jié).影響紫外－可見吸收光譜的因素第二十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三1.溶劑極性對最大吸收波長λmax的影響n→*躍遷：藍移；；

→*躍遷：紅移；；第二十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三溶劑的極性會影響π→π*和n→π*躍遷。當物質(zhì)溶解在溶劑中時，溶劑分子將該溶質(zhì)分子包圍，即溶劑化，從而限制了溶質(zhì)分子的自由轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)動光譜消失。溶劑的極性大，使溶質(zhì)分子的振動受到限制，由振動引起的精細結(jié)構(gòu)也不出現(xiàn)。當物質(zhì)溶解在非極性溶劑中時，其光譜與該物質(zhì)的氣態(tài)光譜相似，可以觀測到孤立分子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動-振動的精細結(jié)構(gòu)。2.溶劑的極性影響吸收光譜的精細結(jié)構(gòu)第二十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三第五節(jié).紫外-可見分光光度計紫外-可見分光光度計基本構(gòu)造儀器類型第二十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三紫外-可見分光光度計基本構(gòu)造光源吸收池檢測器信號顯示系統(tǒng)單色器第二十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三1.光源作用：提供能量激發(fā)被測物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子譜帶要求：發(fā)射足夠強的連續(xù)光譜，有良好的穩(wěn)定性及足夠的適用壽命類型：可見與近紅外區(qū)：鎢燈400～1100nm紫外區(qū)：氫燈或氘燈180～400nm第二十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三2.單色器作用：從連續(xù)光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束常用的元件：棱鏡、光柵第二十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三3.吸收池功能：用于盛放試樣，完成樣品中待測試樣對光的吸收常用的吸收池：石英（紫外區(qū)）玻璃（可見區(qū)）吸收池光程：1cm、2cm、3cm等第三十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三4.檢測系統(tǒng)作用：接受、記錄信號組成：檢測器、放大器、讀數(shù)和記錄系統(tǒng)常用檢測器：光電管藍敏光電管210～625nm

紅敏光電管625～1000nm光電倍增管第三十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三5.儀器類型第三十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三單光束分光光度計優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜缺點：受光源影響波動大第三十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三雙光束分光光度計優(yōu)點：可直接讀數(shù)；可進行掃描測量；可進行自動測量；消除了儀器光強變化帶來的誤差光源試樣溶液IS參比溶液IR單色器I0試樣溶液的吸光度第三十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三雙光束分光光度計動畫示意圖第三十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三雙波長分光光度計優(yōu)點

不用參比溶液，只用一個待測試液，直接而完全地扣除背景，從而提高了靈敏度，適合于微量組分的測量?？蛇M行雙組分同時測定而無需解方程第三十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三雙波長分光光度計示意圖第三十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三第六節(jié).紫外可見分光光度法應(yīng)用光譜定性分析基礎(chǔ)：吸收曲線的形狀和最大吸收波長用于有機化合物的結(jié)構(gòu)鑒定；同分異構(gòu)體的鑒別、物質(zhì)結(jié)構(gòu)測定。光譜定量分析的基礎(chǔ)：某一波長下測得的吸光度與物質(zhì)濃度關(guān)系的工作曲線，一般以max處的吸光度與物質(zhì)濃度之間的關(guān)系作工作曲線第三十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三定性分析有機化合物的定性分析立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)的影響純度檢查第三十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三1.有機化合物的定性分析在200~800nm范圍內(nèi)無吸收峰，該有機化合物可能是鏈狀或環(huán)狀的脂肪族化合物，或是它的簡單的衍生物，如醇、胺、氯代烷及不含雙鍵的共軛體系。在210~250nm范圍內(nèi)有強吸收帶（ε=2×104~1×104），可能含有兩個共軛雙鍵。在210~300nm有強吸收帶，可能含有3~5個共軛雙鍵。在250~300nm有吸收峰，表示有羰基存在；有中強吸收峰且有振動結(jié)構(gòu)時，表示有苯環(huán)?？色@得的結(jié)構(gòu)信息第四十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三(1)確認max，并算出㏒ε，初步估計屬于何種吸收帶；(2)觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系；(3)乙?；灰艬帶：262nm(ε302)274nm(ε2040)261nm(ε300)(4)pH值的影響加NaOH紅移→酚類化合物，烯醇。加HCl藍移→苯胺類化合物。光譜解析注意事項第四十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三2.立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)的影響順反異構(gòu)：

順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互變異構(gòu)：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=243nm

第四十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三3.純度檢查第四十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三定量分析透射比和吸光度Lambert-Beer定律偏離Lambert-Beer定律的因素實驗條件的選擇多組分的定量分析方法第四十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三1.透光率和吸光度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在吸光光譜分析中，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

透光率或透光度:透過光的強度It與入射光的強度Io之比，用T表示。

T＝It/Io吸光度A：單色光通過溶液時被吸收的程度，其定義為入射光的強度Io與透射光的強度It之比

A＝lg(I

/It)

=

lg(1/T)第四十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三2.Lambert-Beer定律Lambert指出，當用適當波長的單色光照射一固定濃度的溶液時，其吸光度與光透過的液層厚度（b）成正比

A＝k’bBeer指出當用一適當波長的單色光照射厚度一定的均勻溶液時，吸光度與溶液濃度成正比，即：A＝k’’c當溶液的濃度（c）和液層的厚度（l）均可變時，它們都會影響吸光度的數(shù)值，合并兩式，得到Lambert-Beer定律，數(shù)學(xué)表達式為：A＝kbc第四十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三吸收系數(shù)

在朗伯-比耳公式A＝kbc，k值決定于b，c所用的單位。吸光系數(shù)a：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，單位為L·g-1·cm-1。朗伯－比耳公式可表示為:A＝abc摩爾吸光系數(shù)ε：若c以mol·L-1為單位時，以符號ε表示，其單位為L·mol-1·cm-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第四十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三3.偏離朗伯－比耳定律的原因在實際應(yīng)用時，通常是使液層厚度保持不變，然后測定一系列濃度不同的標準溶液的吸光度，根據(jù)A=kbc=k’c關(guān)系式，以濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，應(yīng)得到一通過原點的直線，稱為標準曲線或工作曲線。但是，在實際工作中，當有色溶液的濃度較高時，往往不成直線，這種現(xiàn)象稱為偏離朗伯－比耳定律。第四十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三引起偏離Lambert-Beer定律的原因(1).與測定樣品溶液有關(guān)的因素溶液中的化學(xué)變化如締合、離解、溶劑化、形成新的化合物、互變異構(gòu)等，使吸光度不隨溶液濃度而成正比地改變，而導(dǎo)致偏離朗伯－比耳定律。

例，重鉛酸鉀在弱酸性介質(zhì)中有如下平衡：Cr2O72-+H2O＝2HCrO4-在450nm波長處測量不同濃度重鉻酸鉀溶液的吸光度。由于在濃度低時重鉻酸根的離解度大，而濃度高時離解度小，同時由于鉻酸氫根離子（HCrO4-）的摩爾吸光系數(shù)比重鉻酸根離子的摩爾吸光系數(shù)要小得多，因此低濃度時重鉻酸根離子的吸光度降低十分顯著，這就使工作曲線偏離朗伯和耳定律。第四十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三

(2).與儀器有關(guān)的因素朗伯－比耳定律只適用于單色光。但實際上單波長的光不能得到。目前各種方法所得到的入射光是具有一定波長范圍的波帶，而非單色光。因而發(fā)生偏離朗伯一比耳定律的現(xiàn)象。單色光的純度愈差，吸光物質(zhì)的濃度愈高，偏離朗伯-比耳定律的程度愈嚴重。在實際工作中，若使用精度較高的分光光度計，可獲得較純的單色光。

引起偏離Lambert-Beer定律的原因第五十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三4.實驗條件的選擇波長通常選擇最強吸收帶的最大吸收波長（max）狹縫寬度合適的狹縫寬度就是在吸光度不減小時的最大狹縫寬度。吸光度值由于光源不穩(wěn)定以及實驗條件的偶然變動等因素對試樣測定結(jié)構(gòu)影響較大，因此要使待測溶液測量的相對誤差小于5%，則待測溶液的透射比選在70%～10%，吸光度為0.15～1.00。參比溶液當試樣組成較簡單時，可采用溶劑作為參比溶液，可以消除溶劑，吸收池等因素的影響。第五十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三5.定量分析方法單一組分分析朗伯比爾定律：A-c標準曲線多組分分析不重疊部分重疊相互重疊選擇適當?shù)牟ㄩL，按單一組分測定在A和B組分的最大吸收波長處1和2，分別測定混合物的吸光度，列式求解第五十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三a不重疊b部分重疊c重疊第五十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三相互重疊的多組分分析在A和B組分的最大吸收波長處1和2，分別測定混合物的吸光度，列式求解第五十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三例

用光程為1cm的吸收池，在兩個測定波長處測定含有K2Cr2O7和KMnO4兩種物質(zhì)溶液的吸光度。混合物在450nm處的吸光度為0.38，在530nm處的吸光度為0.71，求混合物的組成。

已知1.010-3mol/L的K2Cr2O7在450nm處吸光度為0.20，而在530nm處為0.05；1.010-4mol/L的KMnO4在450nm處無吸收，在530nm處吸光度為0.42。第五十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三KMnO4K2Cr2O7450nm530nm530nm第五十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三混合物的吸光度可建立以下方程：450nm530nm代入數(shù)據(jù)后得第五十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三分子熒光光譜法(FluorescenceSpectrometry,FS)第五十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期三基本原理光致發(fā)光（二次發(fā)光）過程：物質(zhì)吸收電磁輻射后受到激發(fā)，受激原