紫外分光光度法

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,*,第七章 紫外-可见光分光光度法,Ultraviolet and Visible spectrophotometry UV-Vis,10,-2,nm 10 nm 10,2,nm 10,4,nm 0.1 cm 10cm 10,3,cm 10,5,cm,射线,x,射线,紫外光,红外光,微波,无线电波,可 见 光,1 光谱概述,光是一种电磁波，具有波粒二象性。,粒子性:,波动性:,（Planck常数,：,h,=6.626,10,-34,J,S),光的波长越短（频率越高），其能量越大。,白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光,单色光:单波长的光(由具有相同能量的光子组成),一.光的基本性质,1.光的,波粒二象性,物质的粒子性由,能量,E 和,动量,p 刻划，,波的特征则由电磁波,频率,和其,波长,表达，这两组物理量的比例因子,由,普朗克常数,h（h=6.626*10-34Js）所联系。,2.光谱的划分,波谱区,-射线,波长,5140 pm,跃迁类型,核能级,X-射线,远紫外光,10,-3,10nm,10200nm,原子内层电子,近紫外光,可见光,200400nm,400750nm,原子外层电子/分子成键电子,波谱区,近红外光,中红外光,波长,0.752.5,m,2.550,m,跃迁类型,分子振动,远红外光,微波,射频,501990,m,0.1100cm,1100 m,分子转动,电子、核自旋,3.光学分析法的分类,光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法.,非光谱法：以光辐射的某些性质特征信号的仪器分 析方法,吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法,折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法,4表征光波特性的参数,可以用波长、频率、速度c、波数、能量等来表示其特性.,波长()：表示相邻两个光波各相应点间的直线 距离。,波数()：指在单位长度内波的数目。,频率()：指在1秒时间内经过某点的波数（即每 秒内振动的次数）。,能量(E)：光子所具有的能量。,光的能量与光的波长及频率之间的关系为：,=h=hc/,式中:,为光的能量；,为频率；,为波长；,h为普朗克常数，6.625610,-27,尔格秒；,c为光速。,2,紫外-可见光分光光度法,基于物质的分子对可见和紫外区域辐射的吸收而进行分析的方法,广泛用于无机物和有机化合物的定性、定量分析。,紫外-可见吸收光谱波长范围,远紫外光区,(,真空紫外区,):,100-200,nm,近紫外光区:200-400,nm,可见光区:400-800,nm,2.1 分子吸收光谱的产生,1.物质分子内部三种运动形式：,（1）电子相对于原子核的运动；,（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。,2.对应三种能级：,电子能级,、,振动能级,和,转动能级,能量:,电子能量,E,e,、,振动能量,E,v,、,转动能量,E,r,而且:,e,v,r,分子能量:,E,E,e+,E,v+,E,r,（1）,电子能级:,电子的跃迁能约为1-20 eV，比分子振动能级差要大几十倍，所吸收光的波长约为12.5-0.06,m，主要在真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为,电子光谱或紫外、可见吸收光谱,(2）,振动能级,:,分子的振动能级差一般在0.05-1 eV，,需吸收波长约为25-1.25,m的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱中，包括转动光谱，故常称为,振-转光谱,。,讨论：,（3）,转动能级,:,转动能级间的能量差,r：0.005 0.050eV，产生此能级的跃迁，需吸收波长约为250-25,m的远红外光,吸收光谱位于远红外区。形成的光谱称为,远红外光谱或分子转动光谱,；,2.2 电子跃迁类型,根据分子轨道理论，有机分子的分子轨道按能级不同，分为成键、非键和反键轨道；成键轨道或反键轨道又有键和键之分。各级轨道能级如图所示：,*,*,P,x,P,y,P,z,P,x,P,y,P,z,*,*,n,*,n,*,*,*,n,（1）,*跃迁 指处于成键轨道上的,电子吸收光子后被激发跃迁到,*反键轨道,饱和烃类C-C键,（2）,n,*跃迁 指分子中处于非键轨道上的,n,电子吸收能量后向,*反键轨道的跃迁,含杂原子饱和基团,（-OH，-NH,2,）,（3）,*跃迁 指不饱和键中的,电子吸收光波能量后跃迁到,*反键轨道。,不饱和基团,（CC，C O）,（4）,n,*跃迁 指分子中处于非键轨道上的,n,电子吸收 能量后向,*反键轨道的跃迁。,含杂原子不饱和基团,（-CN，CO),图 电子跃迁所处的波长范围,吸收能量的次序为：,*,n,*,*,n,*,2.3 基本概念,（1）,生色团:,分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统叫做生色团或色基。象C=C、C=O、CC等都是生色团。,（2）,助色团:,有些原子或基团，本身不能吸收波长大于200nm的光波，但它与一定的发色团相连时，,发生,p,共轭,作用，,则可使发色团所产生的吸收峰向长波长方向移动。并使吸收强度增加，这样的原子或基团叫做助色团。,特点：,助色团一般是带有p电子(非键电子对)的基团,。,例如：,（3）,长移和短移(红移和蓝移),长移:,某些有机化合物因反应引入含有非键电子对的基,团使吸收峰向长波长移动的现象称为,长移或红移,（red shift），这些基团称为向红基团；,短移:,使吸收峰向短波长移动的现象称为,短移或蓝移,（blue shift），引起蓝移效应的基团称为向蓝基,团。,2.4,分子结构与紫外吸收光谱,1.饱和烃化合物,饱和烃类化合物只含有单键（,键），只能产生,*跃迁，由于电子由,被跃迁至,*反键所需的能量高，吸收带位于真空紫外区，如甲烷和乙烷的吸收带分别在125nm和135nm。,2.简单的不饱和化合物,不饱和化合物由于含有,键而具有,*,跃迁，,*跃迁能量比,*小，但对于非共轭的简单不饱和化合物跃迁能量仍然较高，位于真空紫外区。最简单的乙烯化合物，在165nm处有一个强的吸收带。,当烯烃双键上引入助色基团时，,*吸收将发生红移，甚至移到紫外光区。原因是助色基团中的,n,电子可以产生,p-,共轭，使,*跃迁能量降低，烷基可产生超共轭效应，也可使吸收红移，不过这种助色作用很弱。,3.共轭双烯,在,不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键,共轭,时，随着共轭系统的,延长,，,*跃迁的吸收带 将,明显,向,长波,方向,移动,，吸收强度也随之,增强,。共轭双键,愈多,，红移,愈显著,，甚至产生颜色。,羰基化合物含有,C=O基团。,C=O基团主要可产生,*,、n,*、,n,*,三个吸收带，落于近紫外或紫外光区.,醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有,羰基,。由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们,n,*吸收带,的光区稍有不同。,4.，-不饱和羰基化合物,5.芳香族化合物,芳香族化合物在近紫外区显示特征的吸收光谱，图2.25是苯在异辛烷中的紫外光谱，吸收带为：184nm,203.5nm和254nm.,2.5 紫外-可见吸收曲线,紫外吸收光谱以波长（nm）为横坐标，以吸光度,A,或吸收系数,为纵坐标。见下图，,光谱曲线中最大吸收峰所对应的波长相当于跃迁时所吸收光线的波长称为,max,.,紫外可见吸收曲线,吸收曲线的讨论：,定性依据:同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸 光度最大处对应的波长称为,最大吸收波长,max,定量依据:不同浓度的,同一,种物质，其吸收曲线,形状相似,max不变。而对于,不同,物质，它们的吸收曲线 形状和,max则,不同。,一.,定性分析,通过比较未知物与已知标准物的光谱图,若两者最大吸收波长相同,吸光系数也相同,则可初步认定两者是同一种物质.,二.,化合物的鉴定,利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系，如CCCC、CCCO、苯环等。利用紫外光谱鉴定有机化合物远不如利用红外光谱有效.,2.6 紫外可见光度法的应用,分子不饱和度的计算,定义:,不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。,如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。,计算：,若分子中仅含一，二，三，四价元素(H，O，N，C)，则可按下式进行不饱和度的计算：,=（2+2,n,4,+,n,3,n,1,）/2,n,4,，,n,3,，,n,1,分别为分子中四价、三价、一价元素数目。,作用,：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。,例：C,9,H,8,O,2,=（2+29,8）/2=6,1.Lambert-Beer 定律,当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度,A,与其浓度和液层厚度成正比，即,k 为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。,当浓度以,g/L,表示时，称,a,为吸光系数,当浓度以,mol/L,表示时，称,为摩尔吸光系数,三.定量检测,2.,透光率与吸光度,透光率(透射比）,T,（,Transmittance）,A,=lg(,I,0,/,I,t,)=lg(1/,T,)=,lg,T =Kbc,吸光度,A,(Absorbance）,I,0,I,t,入射光,透过光,吸光度,A,、透射比,T,与浓度,c,的关系,A,T,(%),c,A,=,kbc,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,100,80,60,40,20,用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在,T,%=2065%,(吸光度,A,=0.700.20)。,(0.80.2),3.最佳读数范围,1)光源,对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。,钨及碘钨灯：,340-2500 nm,，多用在可见光区；,氢灯和氘灯：,160-375nm,，多用在紫外区。,3 紫外-可见分光光度计,3.1 紫外可见光度计仪器组成,光源,单色器,吸收池,检测器,2)单色器,单色器由色散元件和狭缝组成，常用的色散元件有棱镜和光栅两类。,单色器作用：获得半宽度5-10nm的单色光。,吸收池放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。,在紫外区须采用石英比色皿，可见区一般用,石英比色皿和,玻璃池比色皿。,3)吸收池(样品池),(Cell，Container),：,4)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，常用的有硒光电池、光电管或光电倍增管。,5)结果显示记录系统,检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理.,3.2 分光光度计的类型,1.单波长单光束,721、722、752型等,简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。,2.单波长双光束,国产730、UV-240型等,自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。,3.双波长,两波长处测得的吸光度差值,A,与待测组分浓度成正比。,1,和,2,分别表示待测组分在,1,和,2,处的摩尔吸光系数。,将不同波长的两束单色光(,1,、,2,)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。,A,A,2,A,1,(,2,1,),b c,作业:P284 1,2,3,4,5,9,