分析化学课件：第11章 紫外-可见分光光度法.ppt

第11章 紫外-可见分光光度法Ultraviolet and Visible Spectrophotometry,可见光的色散与互补,白光由一系列不同颜色（波长）的光组成 两种适当颜色（波长）的光按一定强度比例混合可获得白光物体的颜色是如何产生的？,物体所呈现出的是不同结构的物质对白光选择性吸收后透过（透明物体）或反射（不透明物体）的互补光的颜色 物质结构决定可吸收波长及能力定性及结构分析基础 物质含量决定颜色的深浅定量基础 基于物质对光的选择性吸收现象即可建立起相应的分析测定的方法：如UV-Vis光谱法、IR等紫外-可见分光光度法（UV-Vis）,分子光谱方法，利用的是分子对外来辐射的吸收特性； 涉及分子外层电子的能级跃迁；光谱区在200800 nm； UV-Vis主要用于分子的定量分析，亦可作为化合物（尤其是有机化合物）定性鉴定的辅助手段（有机四大波谱之一）；还可用来研究物质间相互作用（结合比、结合常数的测定等）；是高效液相色谱法（HPLC）的常规检测器（80%的有机化合物具有UV吸收）11-1 紫外-可见吸收光谱概述（1）,UV-Vis光谱的形成（本章以透射光谱为主） 运动分子的外层电子吸收某波长的外来辐射产生电子能级跃迁外来辐射的强度减小分子吸收光谱。

记录吸光度A随波长变化的曲线即得到相应紫外可见吸收光谱激发态分子不稳定，当其返回基态时能量如何释放？,光源,单色器,样品分子,检测器,读出装置,激发态分子,典型的UV-Vis光谱图,末端吸收,最强峰,肩峰,峰谷,次强峰,11-1 紫外-可见吸收光谱概述（2）,定量分析基础,420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640,1.0 0.5 0,标准曲线 标准加入,样品池,任意波长下，吸光度A与待测试样浓度c均存在正比关系，应该如何选择测定波长？,11-1 紫外-可见吸收光谱概述（3）,定性/结构分析基础,Uv-Vis的吸收峰数目、位置及强度、谱带形状与物质分子内部结构密切相关，可用物质的定性及结构分析但Uv-Vis谱图简单，特征性不强，多为辅助手段,UV-Vis光谱与官能团之间的关系,（a）胆甾醇 （b）异丫丙基丙酮,UV-Vis所反映的是官能团的信息,饮料中防腐剂的定性分析,11-2 基本原理,11-2-1 带状光谱的成因（自学） 11-2-2 有机化合物的紫外可见光谱 11-2-3 无机化合物的紫外可见光谱（自学） 11-2-4 常用术语 11-2-5 影响紫外可见光谱的因素,11-2-1 带状光谱的成因（1）,UV-Vis分子光谱呈现出较宽的谱线轮廓？,分子内部存在三种量子化能级：电子能级Ee，振动能级Ev，转动能级Er，其能量可表示为：,e, v, r分别为电子能级、振动能级和转动能级的量子数，其数值取0（基态），1（第一激发态），n（正整数）,11-2-1 带状光谱的成因（2）,分子内部各量子化间隔如下：,Ee最大：1-20 eV Ev次之：0.05-1 eV Er最小：0.05 eV,外层电子处于基态的分子，其振动、转动能级可能处于各种状态： 外层电子处于第一激发态的分子，其振动、转动能级亦可能处于各种状态：,只要入射光的能量等于： 即可被分子吸收，并发生电子能级的跃迁。

11-2-1 带状光谱的成因（3）,固定值,可变值,可见：能够被分子吸收并引起外层电子跃迁的并不是单一波长的辐射，而是一系列能量差为Er的辐射，对应得将产生间隔很近（对应UV区约0.2 nm）的一系列吸收谱线，其中心波长max所对应的能量由Ee决定此外：溶液中相邻分子间的碰撞导致分子各种能级的细微变化，也会引起谱带的进一步加宽和汇合，从而使得分子光谱通常呈现为一定宽度的带状光谱11-2-2 有机化和物的UV-Vis光谱（1）,有机化合物的UV-Vis光谱取决于分子结构及其价电子的性质，其特征性可用max和max表示 价电子类型（以HCHO为例）,成键轨道： 、 反键轨道： *、* 非键轨道 ： n,11-2-2 有机化和物的UV-Vis光谱（2）,各轨道能级高低顺序： n * * * * *n * * n *,非键轨道,成键轨道,反键轨道, (nm),禁阻跃迁且能量间隔较高（远紫外区），通常不考虑,不含共轭体系的分子（1）,饱和碳氢化合物 仅能发生能级差很大的跃迁，吸收波长属远紫外区，如CH4和CH3-CH3的max分别为125和135 nm 含饱和杂原子的化合物 还能发生n跃迁，但能级差也较大，除溴化物、碘化物、胺、硫醚、硫醇、二硫化物（R-S-S-R）在近紫外区有弱吸收外，大部分该类化合物在近紫外区无明显吸收。

远紫外区属于真空紫外区，常规UV-Vis光度计无法测定（即使能测定无法提供可用信息），因此饱和有机化合物不能用UV光谱法进行分析，但常作为溶剂使用不含共轭体系的分子（2）,含非共轭烯、炔基团的化合物 含电子，可发生*跃迁，能级差较跃迁小，但也处在远紫外区，如乙烯和乙炔的max分别为165和173 nm，如无助色团作用，在近紫外区仍无吸收 含不饱和杂原子的化合物（C=O、C=N、N=N等） 这类化合物4种跃迁均可发生，但仅n*跃迁的吸收波长处在近紫外区虽然强度较低（禁阻跃迁），但在紫外鉴定中仍不容忽视 n*跃迁通常被称为R带不含共轭体系的分子（3）,不含共轭体系的有机分子不能直接采用UV-Vis定量，但若含n*跃迁，可提供一定的定性信息含共轭体系的分子,随着共轭体系的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波长移动（通常称为K带），吸收强度也随之增强（10000） 共轭的醛、酮、酸、酯、腈、酰胺等化合物同上,芳香族化合物,E1带,E2带,B带,苯在异辛烷中UV-Vis光谱,气态或非极性溶剂中，苯及其同系物的B带有许多精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子跃迁上的叠加可用于鉴别芳香族化合物芳杂环（呋喃、吡咯、噻吩、吡啶）等的UV-Vis与苯环有一定类似,11-2-3 无机化和物的UV-Vis光谱（1）,电荷转移吸收光谱：分子同时具有电子给体部分和电子受体，能强烈吸收外来的UV或Vis光，使电子从给体向受体相应轨道上跃迁。

分子内氧化还原）,hv,DA,DA-,D: e给予体 A: e接受体,许多无机配合物能产生这种光谱 有机化合物或配合物亦可能产生该光谱,电荷转移吸收光谱的强度大（104）且谱带宽，适于定量分析11-2-3 无机化和物的UV-Vis光谱（2）,配位体场跃迁（dd*, ff*）,能级差小（可见区）；吸收弱：100较少用于定量分析，但可用于配合物结构及键合理论方面的研究11-2-4 UV-Vis中常用术语（1）,生色团 含非键或键电子，能吸收外来辐射引发n-* 和-*跃迁的结构单元称为生色团（如：-C=C-、-C=N、-C=O等） 助色团 含有非键电子对，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团FCH3ClBrOHOCH3NH2NHCH3 N(CH3)2 NHC6H5O-,助色原因：n-共轭或超共轭（烷基，弱）,11-2-4 UV-Vis中常用术语（2）,11-2-5 影响UV-Vis光谱的因素,共轭效应（核心因素） 空间效应 pH的影响 溶剂的影响,共轭效应（1）,形成共轭体系后，原生色团的吸收带消失，形成新的吸收带，并伴随红移及增色现象共轭效应（2）,共轭效应（3）,脂肪醛的 * n *,2-丁烯醛的 2 *3 n *3,空间效应,A-H；B-CH3；C-CH2CH3；D-CH2CH2CH3；E-CH2CH2CH2CH3；F-2,4,6-三丁基,H的影响（1）,苯胺 pKb= 9.3,苯酚 pKa= 9.95,A,200,250,300,230,280,中性,酸性,苯胺UV吸收光谱图,H的影响（2）,酸碱条件改变导致物质结构发生变化,溶剂的影响（1）,1. 蒸气状态 2. 环己烷中 3. 水中,溶剂极性增大，溶质分子吸收峰的振动精细结构逐渐消失,吸光度,溶剂的影响（2）,溶剂极性对n*和*跃迁能量的影响,能 量,溶剂极性对异丙叉丙酮跃迁谱带的影响,如何估算氢键的强度？,UV-Vis光谱法中溶剂的选择,基本要求 对溶剂有很好的溶解性；自身稳定，对溶质惰性；在样品的吸收光谱区无明显吸收；低极性（定性分析）,常用溶剂的光学透明区,11-3 Lambert-Beer定律（1）,透射比和吸光度 透射比T（透光度、透过率） 吸光度A（光密度D or O.D.，消光度E ） A与T的关系,（0T%100）,（0A）,11-3 Lambert-Beer定律（2）,前提：入射光为单色光 Lambert定律（1760）：吸光物质浓度不变 Beer定律（1852年）：光程不变 L-B定律,k、k、k：比例系数，与溶液性质、入射光波长及温度有关 l：光程 c：吸光物质浓度,11-3 Lambert-Beer定律（3）,比例系数k的几种表达方式 摩尔吸光系数 吸光系数a 比吸光系数,A：无量纲；l：cm c ：molL-1； ：Lmol-1cm-1,c ：gL-1；a ：Lg-1cm-1,c：%； ：100cm-1,摩尔吸光系数,数值上等于吸光物质浓度为1 molL-1，光程为1 cm时的吸光度（测定该值需用稀的标准溶液） 由吸光物质本身性质决定，当测定条件如入射光波长，溶剂等条件确定时，该值可作为吸光物质的一个特征参数（定性） 可用作吸光能力和测定方法灵敏度的度量 5105（高） 与吸光系数和比吸光系数的换算,M为吸光物质的分子量,11-3 Lambert-Beer定律（4）,吸光度的加和性 溶液中存在多个吸光物质，且它们彼此之间没有相互作用时，L-B定律可用下式表示：,多组分同时测定和示差法的理论基础,11-3 Lambert-Beer定律（5）,L-B定律存在局限性： 待测样品必须是均匀体系！（样品一般为液、气状态） Lambert定律总是成立的，即c固定时，A=kl Beer定律有时会发生偏离！即l一定时，A与c并不总是成正比！引起Beer定律偏离的因素主要分为样品性质和仪器因素两类。

1. 无偏离 2. 正偏离 3. 负偏离,样品性质影响,浓度过高，吸光质点间距变小而相互影响，以致对特定辐射的吸收能力（）发生变化稀溶液：c0.01 molL-1） 溶液必须使均相体系！胶体、乳胶、悬浮物、沉淀等非均相体系产生的光散射会引起对Beer定律的偏离 待测组分的离解、缔合、逐级配位、互变异构、光化学反应以及与溶剂的相互作用都可能引起对Beer定律的偏离 离子强度过大或样品在待测波长处发射荧光、磷光亦可能引起对Beer定律的偏离形成二聚体,仪器因素（稳定性和非单色光）,假设入射光“带宽”内仅含测量波长x和干扰波长i，则吸光度A可用下式表示：,仅当i=x时上式成立，否则产生对Beer定律的偏离！,max处测定，灵敏度高，对Beer定律符合程度好! 应根据实际情况调节适当“带宽”,应尽量使入射光“带宽”内的保持一致！,L-B定律适用的基本条件,入射光为单色平行光（或入射光带宽内基本一致）; 待测样品为均匀澄清的稀溶液、气体等，无溶质及悬浊物引起的散射11-3 Lambert-Beer定律（6）,吸光度A的测定,选择适当参比溶液是准确测定吸光度的关键 试样的基体组成通常是未知的，但方法自身的选择性往往可消除基体的影响，因此多数情况下可采用由溶剂和所用试剂组成的试剂参比。

测定时，参比和试液通常使用不同比色皿，因此需事先验证所用比色皿的匹配性（T0.5%）例：分光光度法测定亚铁-邻菲罗啉配合物溶液已知该溶液中铁的含量为1.6 mgL-1，在波长510 nm处，用1 cm吸收池测得透过率为47.9%试计算（1）该溶液的吸光度；（2）该配合物的摩尔吸光系数；（3）若浓度稀释至原浓度一半，则透过率变为多少？（4）保持原浓度不变，改用3 cm吸收池，则透过率为多少？,解：,11-4 紫外-可见分光光度计（1）,基本部件,光源,单。