第四章紫外可见分光光度法-课件

紫外可见分光光度法了解光学分析基本概述熟悉物质对光的选择性吸收掌握紫外-可见一可见分光光法特点掌握分光光度计的构造及原理熟悉显色反应及显色条件的选择掌握紫外-可见分光光度法的测定原理本章要点第一节 分子吸收光谱吸收光谱分析、发射光谱分析在光(或能量)作用下,通过测定物质产生(发射、吸收或散射)光的波长与强度来进行定性、定量分析的方法。内部能级变化、光谱分析法或光谱法分子光谱分析、原子光谱分析按电磁辐射的本质:按辐射能的传递方式:按波长不同分:红外、可见光、紫外光谱法等1 1、概述按波长不同排列起来就形成电磁波谱。电磁波谱:紫外光区:远紫外区10-10-190 nm(190 nm(真空紫外区)近紫外区:190-400 nm 190-400 nm 可见光区:400-:400-800 nm800 nm光谱 物质与辐射相互作用时,依照能级跃起迁所产生的辐射能强度随波长变化所得的图谱称光谱。光谱图物质对光的选择性吸收物质的颜色由物质与光的相互作用方式决定。单色光:单一波长的光(由具有相同能量的光子组成)。复合光:由不同波长的光组合而成的光,如白光。让白光通过棱镜,能色散出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各色光。光的互补:若两种不同颜色的单色光按一定比例混合得到白光,称这两种单色光为互补色光,这种现象称为光的互补。物质的颜色物质的颜色物质的颜色:是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。即物质的颜色是它所吸收光的互补色。即物质的颜色是它所吸收光的互补色。无色溶液:透过所有颜色的光有色溶液:透过光的颜色黑色:吸收所有颜色的光白色:反射所有颜色的光物质的本色完全吸收完全透过吸收黄光光谱示意表观现象示意复合光蓝光无色黑色物质的颜色与光的关系2 2、紫外 可见分子吸收光谱与电子跃迁 物质分子内部三种运动形式:(1)电子相关于原子核的运动 (2)原子核在其平衡位置附近的相对振动 (3)分子本身绕其重心的转动 分子具有三种不同能级:电子能级、振动能级与转动能级 三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量 分子的内能:电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er 即 EEe+Ev+Er evr 能级跃迁 紫外-可见光谱属于电子跃迁光谱。电子能级间跃迁的同时总伴随有振动与转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级与转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。讨论:1(1)(1)转动能级间的能量差EEr r:0:0、0050050 0、050050eV,eV,跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱;1(2)(2)振动能级的能量差E Ev v约为:0:0、0505eV,eV,跃迁产生的吸收光谱位于红外区,红外光谱或分子振动光谱;1(3)(3)电子能级的能量差EEe e较大,1,12020eVeV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外 可见光区,紫外 可见光谱或分子的电子光谱。讨论:1 (4)(4)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定,反映了分子内部能级分布状况,是物质定性的依据。1(5)(5)吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关,也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为定性的依据。不同物质的max有时估计相同,但max不一定相同;1(6)(6)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,定量分析的依据。(一)有机物的电子跃迁 有机化合物的紫外可见吸收光谱,是其分子中外层价电子跃迁的结果(三种):电子、电子、n电子(P 电子)。分子轨道理论:一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态,即成键轨道或非键轨道上。外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为:n n n n 第二节 紫外可见吸收光谱跃迁 所需能量最大,电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱与烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁,摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1,吸收谱带强度较弱。含有杂原子不饱与基团如=C=O、=C=S、-N=N-等,分子中孤对电子与键同时存在时发生n 跃迁。丙酮n 跃迁的为275nm max为22 Lmol-1 cm-1(溶剂环己烷)。生色团与助色团生色团:最有用的紫外可见光谱是由与n跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱与基团。这类含有键的不饱与基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成,如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基CN等。助色团:有一些含有n n电子的基团(如 OH、OR、NH、NHR、X等),它们本身没有生色功能(不能吸收200nm200nm的光),),但当它们与生色团相连时,就会发生n n共轭作用,增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动,且吸收强度增加),),如此的基团称为助色团。红移与蓝移 有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长maxmax与吸收强度发生变化:maxmax向长波方向移动称为红移,或长移。向短波方向移动称为蓝移(或紫移)或短移。吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应,如图所示。强带(strong band):(strong band):maxmax10104 4弱带(weak band):(weak band):maxmax10104,弱带:max103特征值 同一物质的吸收光谱特征值相同,(每一波长处吸光系数相同)。同一物质相同浓度的吸收曲线重合。同一物质不同浓度,其吸收曲线形状相似,max相同。(定量)不同物质相同浓度,其吸收曲线形状,max不同。(定性)定性、定量分析:在吸收曲线max 处测吸光度A。0.575第四节 紫外-可见分光光度计依据朗伯-比尔定律,测定待测液吸光度A的仪器。(选择不同波长单色光、浓度)光源单色器吸收池检测器信号处理及显示分光光度计外观光源单色器吸收池检测器信号处理显示器721型可见分光光度计754c可见分光光度计使用一、主要部件1、光源:2、单色器:包括狭缝、准直镜、色散元件钨灯或卤钨灯氢灯或氘灯可见光源 3501000nm紫外光源 200360nm色散元件棱镜光栅对不同波长的光折射率不同衍射与干涉,不同波长的投射方向不同玻璃棱镜:适用于可见区石英棱镜:适用于紫外区高度抛光的玻璃上刻有等宽、等距平行条痕狭缝:进出光狭缝。准直镜:复合光平行光色散后聚集狭缝最佳宽度:减小狭缝宽度而溶液吸光度不变。3、吸收池:比色皿、比色杯,装样品溶液。有玻璃、石英杯两种4、检测器:光电,光电池(硒,硅),光电管(红,紫),光电倍增管。5、信号处理显示器:放大较弱的电信号,并在检流计上显示出来。光源氘灯紫外卤钨灯-可见单色器光路图吸收池光比色槽比色杯检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号,常用的有光电池、光电管、光电倍增管或光二极管阵列。二、光学性能1、波长范围:2、波长准确度:一般误差为0、5nm可见光 4001000nm紫外-可见光 190360nm3、波长重现性:波长准确度的1/2左右。4、狭缝与谱带宽:单色光纯度指标。最小谱带宽度可达0、10、5nm5、分辨率:数值越小越好。中等仪器0、5nm,高级仪器0、1nm6、杂散光:所含杂散光强度百分比作指标。中等仪器0、5%,高 级 仪 器 0、001%7、透光率测量范围:中档仪器为0%150%8、吸光度测量范围:中档仪器为-0、1730+2、009、测光准确度:中档仪器误差为 0、5%10、测光重现性:测光准确度误差范围的1/2左右。三、分析条件的选择(一)测量条件的选择 1、吸光度的范围:T 20%65%,A 0、20、7之间吸收最大的波长为入射光,干扰最小(二)显色反应条件的选择 显色反应:将试样组分转变成有较强吸收的有色化合物的反应。显色剂:与被测组分化合生成有色物质的试剂。1、显色反应的条件:(1)定量反应、选择性要好;干扰少。(2)灵敏度要高,摩尔吸光系数大。(3)有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定。(4)有色化合物与显色剂的最大吸收波长之差60nm。(5)显色反应的条件要易于控制。2、测定波长的选择:M 十 R MR(被测物)(显色剂)(有色配合物)2、溶液酸度 3、显色温度及 显色时间 T1()T2()t(min)A用量通过实验来确定只能用于定性1、显色剂用量:(三)参比溶液(空白溶液)的选择 用于调节100%T,若选择不适当,对测量读数的影响较大。主要是消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响。1、溶剂参比液 当试液、试剂、显色剂均无色时,用溶剂(通常是蒸馏水)作参比液;3、试剂参比液 假如显色剂或其他试剂略有吸收,可用不含待测组分的试剂溶液作参比溶液。2、试样参比液 假如试样中的其他组分也有吸收,但不与显色剂反应,则当显色剂无吸收时,可用试样溶液作参比溶液。4、平等操作参比液 用不含待测组分的溶液,在相同条件下与待测试样同时进行处理,此为平行操作参比溶液。第五节 定性与定量分析紫外-可见分光光度法主要用于有机物分析。定性分析:比较吸收光谱特征能够对纯物质进行鉴定及杂质检查;定量分析:利用光吸收定律进行分析(一)定性鉴别:一、定性分析 对比法:比较样品化合物的吸收光谱特征与标准化合物的吸收光谱特征;或与文献所载的化合物的标准谱图进行核对。同一物质有相同吸收光谱图,反之不一定是同一物质。2、对比吸光度(或吸光系数)相同条件下,同一物质吸光度比值是吸光系数的比值。(二)纯度检查 1、杂质检查:有杂质时,吸收光谱变形。2、杂质限量检查:以某一波长吸光度值表示;以峰谷吸光度比值表示。3、对比吸收光谱的一致性将试样与已知标准样品用同一溶剂配制成相同浓度的溶液,在同一条件下分别扫描吸收光谱,核对其一致性。1、对比吸收光谱特征数据:max、min、sh不同基团化合物估计有相同的max值,但max有明显差别;有相同吸光基团同系物,其max、max值接近,但分子量不同,E1%1cm差别大。A1/A2=E1/E2 了解共轭程度、空间效应、氢键等;可对饱与与不饱与化合物、异构体及构象进行判别。紫外 可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是:若在200200750750nmnm波长范围内无吸收峰,则估计是直链烷烃、环烷烃、饱与脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。若在270350nm波长范围内有低强度吸收峰(10100Lmol-1cm-1),(n跃迁),则估计含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团,如羰基。(三)结构鉴定 若在20300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则估计含苯环。若在210250nm波长范围内有强吸收峰,则估计含有2个共轭双键;若在260300nm波长范围内有强吸收峰,则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。若该有机物的吸收峰延伸至可见光区,则该有机物估计是长链共轭或稠环化合物。二、定量分析(一)单组分的定量分析1、标准曲线(工作曲线)法:配制一系列不同浓度的标准溶液,在同一条件下分别测定吸光度,然后以吸光度A为纵坐标,浓度C为横坐标绘制A-C关系曲线。符合朗-伯定律,则得到一条通过原点的直线。依照测得样品吸光度,从标准曲线中求得样品溶液浓度,最后计算含量。原理:依照朗伯-比尔定律,选择合适测A,求出浓度。2、标准对比法 以该物质吸收光谱图中 max为入射光,配制一个与被测溶液浓度相近的标准溶液cS,测其AS,再将样品溶液推入光路,测其AX,则试样溶液的浓度cX为:3、吸光系数法:依照朗-比定律,从已知的吸光系数K与液层厚度L,依照测得的吸光度值,求出溶液浓度与含量。此法适于非经常性的分析工作,准确度不如标准曲线法。(二)多组分的定量分析法 在含有多种组分的溶液中,假如要测定多个组分,能够依照情况的不同,采纳不同的方法来进行测定。测量依据吸光度的加与性:(a)(b)(c)(1)图计算法-两组分吸收光谱不重叠(互不干扰)(a)图中a,b 组份最大吸收波长max不重迭,相互不干扰,能够按两个单一组份处理。(2)图计算法-两组分吸收光谱部分重叠(b)图中a、b两组分的吸收光谱部分重叠,此时1处按单组分测定a组分浓度,b组分此处无干扰。在2处测得混合溶液的总吸光度A2a+b,依照加与性计算cb,假设液层厚度为1cm,则:A2a+b=A2a+A2b=E2a ca+E2b cb(3)图计算法-两组分吸收光谱完全重叠-混合样品测定 (c)图中,a,b 吸收光谱双向重迭,互相干扰,在最大波长处互相吸收。处理方法如下:1、解线性方程组法过程:2、等吸收双波长法注:须满足两个基本条件选定的两个波长下干扰组分具有等吸收点选定的两个波长下待测物的吸光度差值应足够大感谢您的聆听！