10章紫外光谱法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1、分子轨道及类型,：,第一节 紫外可见分光光度法的基本原理和概念,一、电子跃迁类型,第十章 紫外可见分光光度法,轨道、轨道、n轨道。,电子、,电子、,n,电子。,轨道能量高低为：,n,3、电子跃迁类型,*,n,*,*,n,*,电荷迁移跃迁：用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向接受体相联系的轨道上跃迁，这种跃迁实质是一个内氧化还原过程。而相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。,配位场跃迁：在配体存在下过渡元素五个能量相等的d轨道和镧、锕元素七个能量相等的f轨道分别裂分成几组能量不能的d轨道及f轨道，当它们吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁到高能态轨道上去，由于这种跃迁必须在配体配位场作用下才有可能产生，因此称为配位场跃迁。,电子、,电子、,n,电子。,二、紫外可见吸收光谱的有关概念,或lg,200 300 400,nm,6,1 5,4,3,紫外光谱图,1,5为最大吸收峰；2,4为肩峰；,3为最小吸收峰；6为未端吸收,1、紫外可见吸收光谱（吸收曲线）:,2、吸收峰与吸收谷:,3、曲折或肩峰:,4、未端吸收:,2,5、吸收强带及弱带:,6、发色团：,7、助色团：,9、增色效应与减色效应:,8、红移、蓝移:,如：,max=261nm,max=225,max=280nm,max=1450,max=254nm,max=205,CH,3,NH,2,红移、蓝移、增色效应与减色效应图示：,吸收带位置移动的术语说明,R,带 基团,n,*,跃迁产生的；,300nm,100,三、吸收带及其与分子结构的关系,(2)K带 共轭双键,*跃迁产生；,10,4,B,带 苯的,*,跃迁；,230,270nm,，中心波长,256nm,200.,(4)E带(E,1,和E,2,),苯环中,*跃迁产生。,E,1,180nm,10,4,.,E,2,203nm,7000,三、吸收带及其与分子结构的关系,(6)配位体场吸收带,(5)电荷转移吸收带,有些无机物与有些有机物混合而得的分子配合物，在外来辐射激发下强烈地吸收紫外可见光，而产生的吸收带。,过渡金属离子水合离子与显色剂所形成的配合物，吸收适当波长的紫外可见光，而产生的吸收带。,3、溶剂效应,溶剂效应不但改变吸收峰的位置，而且还可以改变吸收峰的强度和形状。,当溶剂的极性增加时，吸收峰的精细结构变得不明显，甚至消失。,在测定光谱时要注意溶剂的影响。,苯酚在乙醇和己烷中的UV光谱,乙醇,己烷,A,nm,240 260 280,(1),n,*,(),*,用能级图解释:,(1),n,*,在分子中，各轨道极性次序为：n,*,（）,*,4、体系pH的影响,OH O,max 2105nm,270nm,max 235nm E,2,287nm B,OH,-,-,H+,NH,2,H+,OH,-,NH,3,+,max 230nm,280nm,max 203nm E,2,254nm B,结论：可根据溶液PH变化规律推测有机化合物结构中,的酸碱基团。,UV常用的溶剂：烷烃（己烷、庚烷、环己烷）、H,2,O、甲醇、乙醇等。UV测定非极性化合物多用环己烷作溶剂，而测定极性化合物多用 H,2,O、甲醇、乙醇作溶剂。,5、溶剂的选择,五、朗伯-比尔定律,dS=kdn,dS/S=kdn/S,-dI,x,/I,x,=kdn/S,积分整理得光通过厚度为l的物体时，被吸收的分数：,-lg(I/I,0,)=Ecl,-lg(I/I,0,)=-lgT=A=Ecl,1、摩尔吸光系数,2、百分吸光系数,3、吸光度加和性：A,总,=A,1,+A,2,+A,3,光被吸收的几率：,吸光质点占据的面积：,光被吸收的分数：,六、偏离比尔定律的因素,（一）化学因素引起的偏离,溶液中溶质可因浓度改变而有离解、缔合、与溶剂间的作用等原因而发生偏离Beer定律的现象。,化学因素引起的偏离，有时可控制溶液条件设法减免。,（二）光学因素引起的偏离,1、非单色光引起的偏离,采用单色器分离出来的光同时包含了所需波长的光和附近波长的光，即是具有一定波长范围的光，这一宽度称为谱带宽度。常用半峰宽表示。,1、非单色光引起的偏离,=,T=,I,1,+I,2,I,01,+I,02,I,01,.10,-E,1,cl,+I,02,.10,-E,2,cl,I,01,+I,02,=,I,01,+I,02,.10,(,E,1,-E,2,),cl,I,01,+I,02,10,-E,1,cl,.,A=-lgT=,E,1,cl-lg,I,01,+I,02,.10,(,E,1,-E,2,),cl,I,01,+I,02,是一些不在谱带范围内的与所需波长相隔较远的光。,吸光质点对入射光有散射作用，入射光在吸收池内外界面之间通过时又有反射作用。,2、杂散光,3、散射光和反射光,4、非平行光,利用空白实验可以加以校正。,通过吸收池的光一般都不是直正的平行光，倾斜光通过吸收池的实际光程将比垂直照射的平行光的光程长，使厚度l增大而影响测量值。,透光率的测量误差,T是测量中的随机误差，来自仪器的噪声,。（与光讯号无关的暗噪声，随光讯号强弱而变化的散粒噪声）,（三）透光率测量误差,-lgT=Ecl,d（-lgT）=El dc,-dT/Tln10=El dc,-0.434dT/T=El dc,dc/c=0.434dT/TlgT,是由光电检测器或热检测器与放大电路等各部件的不确定引起的。,T可视为常数。,1、暗噪声,（,c/c）=（0.434T/TlgT）,=（T/TlnT）,=-T.(1+lnT)/(TlnT),2,=0,lnT=-1,T=0.386;A=0.4343,测量的最适宜范围：A=0.20.7,c/c=0.434,T,/TlgT,由于光敏元件测量光照射的强度的不确定性，而产生的测量误差。,讯号噪声与被测光强的方根成正比。,2、讯号噪声也称讯号散粒噪声,c/c=(0.434K/lgT).,(1/T)+1,一、主要部件,第二节 紫外-可见分光光度计,1、光源：,钨灯和卤钨灯,氢灯或氘灯,单色器由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。,色散元件有棱镜、光栅、全息光栅。,2、单色器,3、吸收池,光学玻璃吸收池,熔融石英吸收池,常用光电效应检测器，它是将接收到的辐射功率变成电流的转换器。,4、检测器,1、光电池：光电池是一种光敏半导体。,2、光电管：是由一个阳极和一个光敏阴极组成的真空二极管。阴极表面镀有碱金属等光敏材料，当它被足够能量的光照时，能发射出电子在两极产生电流。,3、光电倍增管：在光电管的阴极和阳极间加有几个倍增级。,4、二级管阵列检测器：在晶体硅上紧密排列一系列光二极管每一个二极管相当于一个单色仪的出口狭缝。,5、讯号处理与显示器,二、分光光度计的类型和光学性能,（一）几种光路类型,4、光多道二极管阵列检测的分光光度计,2、双光束分光光度计,3、双波长分光光度计,1、单光束分光光度计,5、光纤探头式分光光度计,（二）光学性能,4、透光率测量范围,2、波长准确度,3、波长重现性,1、波长范围,5、吸光度测量范围,6、光度准确度,7、光度重复性,8、分辩率,9、杂散光,（三）仪器校正,1、波长校正,2、吸光度的校正,3、吸收池的校正（配对）,第三节紫外可见分光光度分析方法,依据各有机化合物具有吸收光谱特征，如光谱形状、吸收峰数目、各吸收峰的波长位置、强度和相应的吸光系数值等。即峰强、峰位、峰形三要素。一般采用对比法。,一、定性分析,1、对比吸收光谱特征数据,2、对比吸光度（或吸光系数）的比值,3、对比吸收光谱的一致性,二、纯度检查,1、杂质检查,2、杂质限量检查,杂质在某波长处有无吸收，吸收系数的差别，光谱形状变化。,在某波长下，A不得超过限值。,A,峰,/A,谷,比值不得小于限值。,三、单组分的定量方法,1、吸光系数法:,2、工作曲线法:,c=A/,.l,A,s,/A,x,=c,s,/c,x,3、对照法:,4、测定弱酸弱碱的离解常数和配合平衡常数,及配合物组成:,4、测定弱酸弱碱的离解常数和配合平衡常数及配合物组成:,A,HA,=,HA,.,c,A,A-,=,A-,.,c,A=,HA,.HA+,A-,A,-,=,HA,c,H,+,K,a,+H,+,+,A-,c,K,a,K,a,+H,+,K,a,=().H,+,A,HA,-A,A-A,A-,HA ,H,+,+,A,-,A=,HA,.HA+,A-,A,-,浓度为c，测定波长为,四、同时测定多组分的定量方法-,计算分光光度法,(2):A,2,a+b,=A,2,a,+A,2,b,=E,2,a,.c,a,l+E,2,b,.c,b,l,c,b,=1/E,2,b,l(A,2,a+b,-E,2,a,.c,a,l,),A,2,a+b,=A,2,a,+A,2,b,=E,2,a,.c,a,+E,2,b,.c,b,(3):A,1,a+b,=A,1,a,+A,1,b,=E,1,a,.c,a,+E,1,b,.c,b,c,a,=,A,1,a+b,E,2,b,-A,2,a+b,E,1,b,E,1,a,E,2,b,E,2,a,E,1,b,c,b,=,A,1,a+b,E,1,a,-A,2,a+b,E,2,a,E,1,a,E,2,b,E,2,a,E,1,b,(一)双波长法,双波长选择原则：,吸收光谱重叠的a、b两组分混合物中，若要消除b的干扰以测定a，可从b的吸收光谱上选择两个吸光度相等的波长,1,和,2,，测定混合物的吸光度差值，然后根据,A值来计算a的含量。,干扰组分b在这两个波长应具有相同的吸光度。,A,b,=A,1,b,-A,2,b,=0,被测组分a在这两个波长处的吸光度差值,A应足够大。,(一)双波长法,A,2,=A,2,a,+A,2,b,A,1,=A,1,a,+A,1,b,A,2,b,=A,1,b,A,=A,1,-A,2,=A,1,a,-A,2,a,=(E,1,a,-E,2,a,)c,a,.,l,(二)导数光谱法,紫外光谱线：A=cE=cf(,)。,1、导数光谱的波型和特点：,零级导数的极大在奇数阶的导,数中相应于零，而在偶数阶的导数中，相应于一个极值。光谱的波型和特点：,零级光谱上的拐点，在奇数阶中产生极值，在偶数阶导数中为零。,随导数阶数量增加，极值数目增加（极值数=导数阶数+1）。谱带宽度变小，分辩能力增高，可分离和检测两个或两个以上重叠的谱带。,2、导数光谱的定量原理：,在任一波长处，导数光谱的数值与浓度成正比。导数曲线的斜率越大，灵敏度越高。这是导数光谱用作定量的理论依据。,A,=,cl,d,n,A,d,n,=,d,n,d,n,.c.l,3、导数光谱法对干扰吸收的消除：,A,干,=a,0,+a,1,+a,2,2,+a,3,3,+a,n,n,d,n,A,干,d,n,=n!.a,n,A,干,=a,1,+2a,2,+3a,3,2,+na,n,n-1,上式表明：干扰组分的n阶导数值为一常数，即干扰吸收被消除。,4、导数光谱法定量数据的测量,（3）峰零法：利用极值到零线之间的距离z，作为定量信息。,（1）基线法（或正切法）：对两个邻近的极大峰或极小谷作公切线，然后测量中间极值至切线的距离d，为定量依据。,（2）峰谷法：测量两相邻峰、谷之间的距离p（p,2,或p,1,）,作为定量测定值。,导数光谱定量方法：采用标准曲线法，利用回归方程计算。,几何法是采用导数光谱上适宜的振幅作为定量信息的方法。,五、紫外吸收光谱用于有机化合物分子结构研究,（一）有机化合物的紫外吸收光谱,1.饱和碳氢化合物,CC，CH 只产生,*,跃迁，,max,150 nm，在近紫外区无吸收。因而饱和烷烃可用作紫外吸收测定的溶剂。,2、,含孤立助色团饱和化合物,（饱和烃上H被杂原子O、N、S、X取代）,*,红移，并产生n,*,跃迁；这种跃迁为禁阻跃迁，吸收弱。吸收仍在远紫外区内。,含Br、I、N、S（电负性小）的饱和化合物在近紫外有吸收；,含F、CL、O（电负性大）的饱和化合物在近紫外无吸收；,3、含孤立生色团化合物：,C=CH-CH-C-C,*,、,n,*、n*,、,*,4、共轭烯烃：,C=C-C-C=C,C-C=C-C=C,5、,，不饱和酮、醛、酸和酯,C-C=C-C-CO-R,孤立的,*,、,n,*,C-C-C=C-CO-R,共轭的,*,、,n,*,C-C-C=C-COO-R（H）,共轭的,*,、,n,*,(200-260 310-350),长移 短移,6、芳香族化合物紫外光谱,苯的紫外光谱,具有环状共轭体系，,由,*,产生三个吸收带：,E,1,184 nm 4.710,4,E,2,203 nm 7.910,3,B 255-230 nm,B带是由于,*,跃迁和苯,环的振动重叠引起，也称为,精细结构吸收带。B带是芳香族化合物的重要特征吸收带。,（1）苯和取代苯紫外光谱,基本保持苯光谱特征。E,2,、B带略向长波移动，B带精细结构略有变化。,取代苯的光谱：,烷基取代苯的光谱：,助色团取代（带孤对电子的基团取代时）：,p-,共轭，,E,2,红移，B红移、增色，但精细结构简化或消失。此外还可能在270330处,产生R带。常被B带掩盖，,不易观察到。,苯酚及酚盐的光谱特征：,苯胺及胺盐的光谱特征：,生色团取代（具有与苯环共轭的不饱和基团）：,-,共轭体系增大，E,2,，B红移，有时B会被E,2,带淹没,。,带孤对电子的生色团，还可产生R带。因此可看见E、B、R带。若生色团共轭体系大，,E红移大，可使B带完全覆盖,。,（2）芳杂环化合物的紫外光谱,光谱与苯相近，但强度比苯强，同时还出现R吸收带。,六元芳杂环化合物,五元芳杂环化合物,相当于环戊二烯的C,1,被杂原子取代因此光谱与环戊二烯相似.,稠芳杂环化合物,光谱与相应的稠芳环化合物相近。,如：喹啉的光谱与萘相似。203226281308,、从吸收光谱中初步推断基团,（二）有机化合物结构的研究,200-800nm无吸收，饱和烃、胺、醇、醚、腈、氯代烃、氟代烃。,210-250nm有吸收，有二个共轭单位；,260-300nm有强吸收，可能有2-5个共轭单位；,250-300nm有弱吸收，有羰基；,250-300nm有中强吸收，有苯环存在；,化合物有颜色，分子中含有的共轭生色团在五个以上。,2、异构体的推定,松香酸（,）,238nm,=15100,（1）结构异构体,CH,3,COOH,CH,3,COOH,左旋,松香酸（,）,转273nm,=7100,（2）几何异构顺反异构判别,H H H,C=C C=C,H,max 280nm 290nm,max 13500 27000,在顺反异构体中，反式异构体比顺式异构体的波长大。,有机分子的构型不同，其紫外光谱的重要参数（,、,）也不同。,立体障碍共平面差共平面较好,3、化合物骨架的推定,未知物与已知化合物的紫外光谱一致时，可以认为两者具有同样的生色团。,CH,3,O,O,CH,2,CH=CCH,2,(CH,2,CH,2,CHCH,2,),2,CHCH,3,CH,3,CH,3,CH,3,O,O,R,R,化合物(B)2，3-二烷基-1,4-萘醌,维生素K1化合物(A),249nm（lg,4.28)、260（lg4.26)325（lg3.28),250nm（lg,4.6)、330（lg3.8),比色法是对于能吸收可见光的有色溶液的测定方法，通常称为可见分光光度法。,六、比色法,（一）显色反应及条件,1、对显色反应的要求,被测离子与所生成的有色物质间，必须有定量关系。,要有足够的稳定性。,反应产物的颜色与试剂颜色须有明显的差别。,反应产物的摩尔吸光系数足够大。,反应须有较好的选择性，才能减免干扰因素。,萃取比色法，应有足够大的分配比，以保证萃取完全。,2、显色反应的条件,对显色反应影响较大的因素主要有显色剂与溶剂、酸碱度、反应时间及温度。,（1）显色试剂与溶剂,显色剂选择及用量，应控制试剂的浓度。,溶剂的性质可影响物质对光的吸收，使成不同的颜色。溶剂也与显色反应产物的稳定性有关。萃取比色法中，应选分配比高的萃取剂。,（2）酸碱度,许多有色物质的颜色随溶液中的氢离子浓度而改变，同时显色反应的历程也多与溶液的酸碱度有关。有些反应对溶液的酸碱性很敏感，须用缓冲溶液来保持溶液的pH值。,由于反应速度不同，完成反应所需时间常有较大差异。有色产物也会在放置过程中发生变化。,（3）时间,（4）温度及其他。,提高温度可促进反应，但也可产生副反应，须在适当的温度下进行。溶解度也与温度有关。,见光易变质的产物，放置过程中应避光。易受空气中的氧干扰的应密闭放置。,3、反应条件的控制,须通过实验确定显色反应的最适宜条件。,要考查某一条件对显色的影响时，可通过实验描绘吸光度条件曲线，或不同条件下的吸光度浓度曲线，从中选定适宜的条件。,A=K.C,（二）测定方法,制定工作曲,线，建立直线回归方程，确定线性范围。,