紫外-可见吸收光谱法
紫外-可见吸收光谱法
精选ppt
9.1.2 无机化合物的紫外-可见吸收光谱
• 与某些有机化合物相似,许多无机络合物也有电
荷转移跃迁产生的电荷转移吸收光谱。
M n+L b - h M ( n L- -1() b + -1)
[ F3e+ S- C2+N h] [ F2e+ S2C+ N ]
电 子 接 受 电体 子 给 予 体
溶剂 正庚烷 正庚烷 乙醇 水 正己烷 乙醇 异辛酯 乙醚
二氧杂环己烷
/nm 177 178 204 214 186 339,665 280 300,665 270
max
13000 10000 41 60 1000 150000 22 100 12
跃迁类型
* * n* n*
n*,n*
n*, n* n* n*
它实际上是一些具有不饱和键和含有孤对电子的
基团。
精选ppt
同一个化合物的数个 生色团,若不共轭, 则吸收光谱包含这些 生色团原有的吸收带, 且位置及强度相互影 响不大。
若彼此共轭体系,原 来各自生色团的吸收 带消失,同时出现新 的吸收带,位置在较 长的波长处,且吸收 强度显著增加,这一 现象称为生色团的共 轭效应。
双键的环数,R环外为有环外双键的环数。
精选ppt
9.3.1.2 最大吸收波长计算法
精选ppt
9.3.1.2 最大吸收波长计算法
• 3.Scott经验规则
精选ppt
9.3.1.2 最大吸收波长计算法
精选ppt
9.3.2 结构分析
• 9.3.2.1 顺反异构体的判别 • 一般来说,顺式异构体的max比反式异构体的小。
• 由此可见,只要测定同一化合物在不同极性溶剂中n*
紫外-可见吸收光谱法
9.3.3 定量分析 定量依据:Lambert-Beer定律。 9.3.3.1 单组分定量方法
9.3.3.2 多组分定量方法
不重叠
单向重叠
双向重叠
9.3.3.3 导数分光光度法
9.3.4 纯度检查 目标化合物无吸收峰+杂质有强吸收峰; 目标化合物有强吸收峰,可利用ε检查纯度。
9.3.4 氢键强度的测定
8. B带
芳香族化合物 ππ* 跃迁产生的特征精细结 构吸收带。
特点: 230~270nm 呈一宽峰,中心为 255nm 左右, 且具有精细结构;(用于识别芳香族化合 物) ε~200 L· mol-1· cm-1; 于极性溶剂中可能消失。
9. E带 也是芳香族化合物ππ*跃迁产生的特征吸 收带。可分为E1和E2带。 特点: E1带约为180nm(ε> 104 L· mol-1· cm-1 ); E2带约为200nm(ε~ 7000L· mol-1· cm-1 )。
表9-1 常见生色团的吸光特性
2. 助色团(auxochrome) 本身不产生吸收峰,但可使生色团的吸收 峰向长波方向移动,并且增加其吸收强度的基 团。如-OH,-OR,-NH2,-SH,-Cl, -Br, -I等。 如 CH3OH , 吸 收 峰 位 于 177nm 处 , ε 为 200 L· mol-1· cm-1; CH3CH2CH2Br ,吸收峰位于 208nm , ε 为 300 L· mol-1· cm-1。
M为取代烷基数; n为共轭双键数; R环内为有环内双键的环数; R环外为有环外双键的环数。
3. Scott经验规则 芳香族羰基衍生物
281
254
9.3.2 结构分析 9.3.2.1 顺反异构体的判别 一般来说,顺式异构体的max比反式异构体的 小。
5.紫外-可见吸收光谱法
•双波长分光光度计
双波长分光光度计的优点:是可以在有 背景干忧或共存组分吸收干忧的情况下 对某组分进行定量测定。 岛津UV-2700双光束双波长的
5.4 分析条件的选择 (一)显色反应的选择及类型 选择显色反应时应考虑的因素:
灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波 长处无明显吸收,两种有色物最大吸收波长之差:“对比 度”,要求△ > 60nm。
吸光度A与显色剂用量CR 的关系会出现如图所示的几种 情况。选择曲线变化平坦处。
2.反应体系的酸度
在相同实验条件下,分别测定不同pH值条件 下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且 恒定的平坦区所对应的pH范围。
3.显色时间与温度
由实验确定。
4.溶剂
一般尽量采用水相测定。
(三) 波长的选择
一般根据待测组分的吸收光谱,选择最大 吸收波长作为测定波长。
收物质最大限度的吸光能力,也反映了光度法测定该物质可 能达到的最大灵敏度。 (5)εmax越大表明该物质的吸光能力越强,用光度法测定该 物质的灵敏度越高。 ε>105:超高灵敏; ε=(6~10)×104 :高灵敏;
ε<2×104 :不灵敏。
3. 吸光度A与透光度T的关系
透过光的强度It与入射光的强度Io之比称 为透光度或透光率,用T表示。 T = I t / I0
⑶ π→π*跃迁
所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近 紫外区,摩尔吸光系数εmax一般在104 L· mol-1· cm-1以上,属于
强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁 。如:乙烯π→π*跃迁的λmax为162 nm,εmax为1×104 L·mol1· cm-1。
在波长200-750nm内,基于分子内电子跃迁的吸收 光谱来确定物质的组成、含量,推测物质结构的一种 分析方法,又称为紫外-可见分光光度法。它属于分子 吸收光谱法。
紫外可见吸收光谱法
H
H
CC
H
H
助色基团取代 p p*发生红移。
取代基
-SR
红移距离/nm 45
-NR2 -OR
40
30
-Cl 5
-CH3 5
试样室: 吸收池(比色皿)+池架附件。 吸收池:石英池,玻璃池。 在紫外区须采用石英池,可见区 一般用玻璃池。
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 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。
分光光度计的类型
第三章 紫外-可见吸收光谱法
紫外-可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收 200~800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。 这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电 子在电子能级间的跃迁,广泛用于有机和无机物质 的定性和定量测定。
包括比色法和紫外-可见光分光光度法
2020/5/9
概述
波长范围:100 ~ 800 nm。 远紫外区: 100 ~ 200 nm; 近紫外区: 200 ~ 400 nm; 可见光区: 400 ~ 800 nm。
08:10:40
(2)极性溶剂对π→π*跃迁的影响
规律:使π→π*吸收带发生红移,κmax略有降低。
原因:C=C基态时,两个π电子位 于 π 成 键 轨 道 上 , 无 极 性 ; π→π* 跃迁后,分别在成键π和反键π*轨 道上,C+=C-,极性,与极性溶剂 作用强,能量。
紫外可见吸收光谱法
紫外可见吸收光谱法
一、基本原理
紫外可见吸收光谱(UV-VIS)是电子光谱,是材料在吸收10~800nm光波波长范围的光子所引起分子中外层电子在电子能级间跃迁时产生的吸收光谱,低于200nm的吸收光谱属于真空紫外光谱(即远紫外光谱,由于远紫外光被空气所吸收,故称为真空紫外光),通常讲的紫外光谱的波长范围是200~400nm,常用紫外可见光谱仪测试范围为400~800nm的可见光区,紫外可见吸收光谱分析法常称为紫外可见分光光度法。
1.吸收的一般规律
设有一块厚度为x的平板材料,入射光的强度设为I0,通过此材料后光强度变为I。
选取其中一薄层,并认为光通过此薄层的吸收损失-dI正比于在此处的光强度I和薄层的厚度dx,即-dI=α·I·dx,则可得到光强度随厚度呈指数衰减的规律,即朗伯特定律
I = I0 · e -αx(1)式中:α为物质对光的吸收系数,其单位为cm-1。
α的大小取决于材料的性质和光的波长。
对于相同波长的光波,α越大,光被吸收的越多,能透过的光强度就越小。
α随入射光波长(或频率)变化的曲线,叫做吸收光谱。
2.
2.4 紫外-可见光分光光度计系统
(3) 吸收池
吸收池也就是样品室,也称为比色皿。
它是由无色透明、能耐腐蚀的光学玻璃或石英制成的,能透过所需光谱范围内的光线。
玻璃——由于吸收紫外光,仅适用于可见光区;
石英——适用于紫外和可见光区。
(4) 探测器:将光信号转变为电信号的装置,现今使用的分光光度计主要采用光电管或光电倍增管作为探测器。
第五章 紫外可见吸收光谱法
Mn+____Lb-
M(n-1)+____L(b-1)-
电子接受体
电子给予体
Cl- ____(H2O)n Fe3+____OH[Fe3+____SCN-]2+
hv hv hv
Cl ____(H2O)n Fe2+____OH [Fe2+____SCN]2+
吸收谱带较宽、吸收强度大、max≥104,是强吸收带。
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。
5-2 有机化合物的紫外-可见吸收光谱
紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。 因此,分子中价电子的分布和结合情况决定了这种光谱。 与紫外-可见吸收光谱相关的价电子有: ①形成单键的电子;
n
反键轨道
n
n非键轨道
成键轨道 成键轨道
可能的跃迁类型:*;n*;*;n*。
1. 饱和有机化合物
(1)
*
一般发生在远紫外线区,饱和烃类C-C键 甲烷:max=122 nm 乙烷: max=135 nm 因此该类化合物的紫外-可见吸收光谱应用价值很小。 常用作溶剂。
A
1
4 2 3 λ
350 400 nm
(3) 可见光区: 400~800nm
250
300
远紫外区(真空紫外区)的光谱能被大气吸收,不易利 用,所以紫外-可见光谱研究的谱线范围为200~800nm。
电子跃迁的同时,伴随着振动转动能级的跃迁,带状光谱。
A
最大吸收峰 末端吸收 肩峰
max
紫外-可见分光 光度法的定量关系 为A= bc,如何提 高方法的灵敏度?
紫外可见吸收光谱法
-C-C- 如:乙烷: max=135nm C-H 如: 甲烷: max= 125nm
2) n * 跃迁
分子中未共用n电子跃迁到* 轨道
化合物种类:凡含有n电子的杂原子的饱和化合物
特点:跃迁所需要的能量较高
位置:远紫外光区和近紫外光区
150-250nm
ε=100 ~ 1000 L·cm-1 ·mol-1
Mn+-Lb- M(n+1)+-L(b+1)- (hν) [Fe3+-SCN-]2+ [Fe2+-SCN]2+ (这就是配合物λmax=490nm为血红色原因)
金属配合物的电荷转移吸收光谱,有三种类型:
1. 电子从配体到金属离子: 相当于金属的还原; 2. 电子从金属离子到配体; 产生这种跃迁的必要条件是金属离子容易被氧化
白炽光源: 热辐射光源:可见光区,340-2 500nm,影响因素:灯电压
如 钨丝灯和卤钨灯; 气体放电光源: 气体放电发光光源:紫外光
否相同。 在进行紫外光谱法分析时,必须正确选择溶剂。
三、紫外-可见分光光度计
光源 λ1、 λ2、 λ3、 …、 λn
分光系统
λmax
调制放大 记录系统→显示A
检测系统 光→电
I0→样品池→ It
紫外-可见分光光度计主要组成部件
光源
分光系统
样品池
检测系统
记录系统
1、光源
1.光源:提供入射光的元件。
3.电子从金属到金属
配合物中含有两种不同氧化态的金属时,电子可在其间转移,
这类配合物有很深的颜色,如普鲁士蓝 (磷、砷)钼蓝 H8 [SiMo2O5(Mo2O7)5 ]
第三章 紫外-可见吸收光谱法
3-1 概述
3-1 概述
紫外光
波长为10-400nm的电磁辐射,分为远紫外光 的电磁辐射, 波长为 的电磁辐射 (10-200nm)和近紫外光(200-400nm)。 )和近紫外光( )。 远紫外光可被大气中的水气、 远紫外光可被大气中的水气、氮、氧和二氧化 碳所吸收,只能在真空中研究, 碳所吸收,只能在真空中研究,故又称真空紫 外光。我们讨论近紫外光谱。 外光。我们讨论近紫外光谱。
紫外-可见吸收光谱法 第三章 紫外 可见吸收光谱法
UltravioletUltraviolet-Visible Absorption Spectrometry UV-Vis UV-
章节内容
第一节 概述 紫外-可见吸收光谱 第二节 紫外 可见吸收光谱 第三节 紫外-可见分光光度计 紫外 可见分光光度计 紫外-可见吸收光谱法的应用 第四节 紫外 可见吸收光谱法的应用
(5)出射狭缝 紫外-可见分光光度计使用石英棱镜。 棱镜单色器的缺点在于色散率随波长变 化,得到的光谱呈非均匀排列,而且传递 光的效率较低。 光栅单色器在整个光学光谱区具有良好 的几乎相同的色散能力。因此现代紫外-可 见分光光度计 多采用光栅单色器。 (三)吸收池 (四)检测器 (五)信号显示器
二、分光光度计的构造类型
的配位体强度小于NH 如:H2O的配位体强度小于 3的, 的配位体强度小于 所以, ( 所以,Cu(H2O)6呈浅蓝色,吸收峰 ) 呈浅蓝色, 794nm;Cu(NH3)6深蓝色,吸收峰 深蓝色, ; ( 663nm。 。 一些常见配位体配位场强弱顺序: 一些常见配位体配位场强弱顺序: I-<Br-<Cl-<F-<OH-<C2O4-=H2O<SCN-< 吡啶=NH3<乙二胺 联吡啶 邻二氮菲 乙二胺<联吡啶 吡啶 乙二胺 联吡啶<邻二氮菲 <NO2-<CN-
紫外可见吸收光谱法
np*所需能量最低,在近紫外区,有时在可见区。但 pp*跃
迁几率大,是强吸收带;而np*跃迁几率小,是弱吸收带,一般 emax500 。许多化合物既有 p电子又有 n 电子,在外来辐射作用下,既有
pp*又有np*跃迁。
如 -CO OR 基团 , p p * 跃 迁 l m a x =1 65 nm , e m a x = 4000 ; 而 n p * 跃迁 lmax=205nm,emax=50。pp* 和n p* 跃迁都要求有机化合物分子中含有
式中D与A分别代表电子给体与受体。下面三例是能产生 电荷转移吸收带的一些化合物。
Fe2+是电子给体,H2O是电子受体
-NR2是电子给体,苯环是电子受体
苯环是电子给体,氧是电子受体
电荷转移吸收带的一个特点是吸收强度大,emax >104l/mol· cm,因此含有这类结构的分子测定灵敏度高,该 原理已被广泛应用于分子识别的主体分子设计中
s s*跃迁所需能量最大,lmax170
ns*跃迁。含有未共享电子对的取代基都可能发ns*跃
迁 ,含有S,N,O,Cl,Br,I等杂原子的饱和烃衍生物都出现 一个ns*跃迁产生的吸收谱带。ns*跃迁也是高能量跃迁,一般 lmax200 nm,落在远紫外区。但跃迁所需能量与n电子所属原子 的性质关系很大。杂原子的电负性越小,电子越易被激发,激 发波长越长。有时也落在近紫外区。如甲胺,lmax =213 nm
从图中观察分子的三种能级跃迁,结合已有知识比较三种光 谱出现的区域。
线光谱
带光谱
2、紫外-可见光谱曲线示意图
3、有机物分子紫外可见光谱
从化学键性质考虑,与有机物分子紫外-可见吸收光 谱有关的电子是:形成单键的s电子,形成双键的p电子
2.2_紫外-可见吸收光谱法
εmax偏低:200<ε<3000
(苯的ε为215);
② E1带特强,(εmax <10000) ; E2带中等强度,(2000<εmax <10000) ③ 苯环上引入取代基时,E2红移,但一般不超过 210nm。如果E2带红移超过210nm,将衍变为K带。
有机化合物的紫外-可见吸收光谱
饱和烃 饱和单键碳氢化合物只有 键, 因而只能产生→* 跃迁。由于 键电子最不易激发,需要吸收很大的能 量,这类化合物在200nm以上无吸收,常作溶剂。 当饱和单键碳氢化合物中的氢被氧、氮、卤素、 硫等取代时,这类化合物既有 电子,又有n电子,可 以实现→*和n→*跃迁,使电子跃迁所需能量降低, 其吸收峰向长波方向移动,出现“深色移动”现象, 即红移,吸收峰落在远紫外区和近紫外区。 甲醇:177nm,乙醇186nm。
溶剂 正己烷 n-*跃迁lmax 329nm 三氯甲*跃迁时,其激发态的极性比基态强,则 极性溶剂使其激发态能量降低,而使 -*跃迁更容 易,引起吸收带红移。
(2)对光谱精细结构和吸收强度的影响
当物质处于气态时,分子间的作用很小,其振 动和转动光谱也能表现出来,因而具有非常清晰的 精细结构,当它溶于非极性溶剂时,由于溶剂化作 用,限制了分子的自由转动,则转动光谱不能表现 出来,随着溶剂极性的增大,分子振动也受到限制 精细结构逐渐消失,呈现一宽而低的吸收带。
各种跃迁所需的能量也不同。
* *
E
远UV区 6 5 4 lg3
近UV区
Vis区
n → * → *
n→* →*
→ *
→* n→* n→*
100 200 300 400 500 600 700
n
电子跃迁能级示意图
n→*
紫外-可见吸收光谱法.
分子轨道理论:成键轨道—反键轨道。
s
当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Δ Ε 大小顺序为:
n→π * < π →π * < n→σ * < σ →σ *
03:33:40
1. σ→σ*跃迁
所需能量最大;σ 电子只有吸收远紫外光的能量才能发
生跃迁;
立体结构和互变结构的影响
03:33:40
三、无机化合物的吸收光谱
1. 金属离子d-d 配位场跃迁和 f – f 配位场跃迁
在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨
道裂分,吸收辐射后,产生d一d、 f 一f 跃迁;
必须在配体的配位场作用下才可能产生也称配位场跃迁; 摩尔吸收系数ε 很小,对定量分析意义不大。
子)均呈现n→σ * 跃迁。
化合物 H2O
CH3OH CH3CL
CH3I CH3NH2
max(nm) 167 184 173 258 215
max 1480 150 200 365 600
03:33:40
3. π→π*跃迁
所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近 紫外区,ε max一般在104L·mol-1·cm-1以上,属于强吸收。 (1) 不饱和烃π →π *跃迁
Mn+—Lb- h M(n-1) +—L(b-1) -
h
[Fe3+CNS-]2+
[Fe2+CNS]2+
电子给予体 电子接受体
分子内氧化还原反应; > 104 Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光 谱属于此。
03:33:40
H C
第9章-紫外可见吸收光谱法
第九章紫外可见吸收光谱法§9-1 概述利用紫外可见分光光度计测量物质对紫外可见光的吸收程度〔吸光度〕和紫外可见吸收光谱来确定物质的组成、含量,推测物质结构的分析方法,称为紫外可见吸收光谱法或紫外可见分光光度法〔ultraviolet and visible spectrophotometry,UV-VIS〕。
它具有如下特点:〔1〕灵敏度高适于微量组分的测定,一般可测定10-6g级的物质,其摩尔吸收系数可以到达104~105数量级。
(2) 准确度较高其相对误差一般在1%~5%之。
(3) 方法简便操作容易、分析速度快。
(4) 应用广泛不仅用于无机化合物的分析,更重要的是用于有机化合物的鉴定与结构分析〔鉴定有机化合物中的官能团〕。
可对同分异构体进展鉴别。
此外,还可用于配合物的组成和稳定常数的测定。
紫外可见吸收光谱法也有一定的局限性,有些有机化合物在紫外可见光区没有吸收谱带,有的仅有较简单而宽阔的吸收光谱,更有个别的紫外可见吸收光谱大体相似。
例如,甲苯和乙苯的紫外吸收光谱根本一样。
因此,单根据紫外可见吸收光谱不能完全决定这些物质的分子结构,只有与红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱等方法配合起来,得出的结论才会更可靠。
§9-2 紫外可见吸收光谱法的根本原理当一束紫外可见光〔波长围200~760nm〕通过一透明的物质时,具有某种能量的光子被吸收,而另一些能量的光子那么不被吸收,光子是否被物质所吸收既决定于物质的部结构,也决定于光子的能量。
当光子的能量等于电子能级的能量差时〔即ΔE电 = h f〕,那么此能量的光子被吸收,并使电子由基态跃迁到激发态。
物质对光的吸收特征,可用吸收曲线来描述。
以波长λ为横坐标,吸光度A为纵坐标作图,得到的A-λ曲线即为紫外可见吸收光谱〔或紫外可见吸收曲线〕。
它能更清楚地描述物质对光的吸收情况〔图9-1〕。
从图9-1中可以看出:物质在某一波长处对光的吸收最强,称为最大吸收峰,对应的波长称为最大吸收波长〔λmax〕;低于高吸收峰的峰称为次峰;吸收峰旁边的一个小的曲折称为肩峰;曲线中的低谷称为波谷其所对应的波长称为最小吸〕;在吸收曲线波长最短的一端,吸收强度相当大,但不成峰形的收波长〔λmin局部,称为末端吸收。
紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)
max 一般 10
增大
A 1103 7 1 Cmin 1 10 mol L b 1104 1 1107 100 1108 g mL1 1000
3 ~104;灵敏
的 >104;个别的可达 105 106
若λ1= λ2
dA b dC
ε 1 = ε2= ε 在一定的浓度范围内 A= εbC
若λ1≠ λ2
2.303 f1 f 2b 2 ( λ1 λ 2 ) 210 ( λ1 λ 2 )bc d2A 0 λ 1bc λ 2bc 2 2 dC ( f110 f 210 )
1) 液气固介质均适用 2)入射光是单色光,平行光 3)稀溶液
朗伯-比尔定律
A = Kbc
(二)朗伯-比尔定律推导
Ix dIx S I0 db b It
-dIx ∝ Ix adn dn = csdb
-dIx∝ IxaCsdb -dIx/Ix=k Cdb
b dI x I0 I x k 0 cdb It
0
0
C
A = 0.434
(四)吸光系数
1. a ( L · g –1 · cm-1) 2.ε ( L · mol–1 · cm-1)
max
A KCb
A aCb A Cb
C: g / L C: mol/ L
吸光物质结构的特征参数;
吸光物质定量分析的灵敏度参数
3. 检出限与摩尔吸光系数 若可测量的吸光度为0.001
It ln kcb I0 It kcb lg Kcb I 0 2.303
A lg T Kbc
吸光度 与透射率
紫外可见吸收光谱法
M +热
基态
激发态
M + 荧光或磷光
E1 (△E) E2
E = E2 - E1 = h :量子化 ;选择性吸收 吸收曲线与最大吸收波长 max
用不同波长的单色光照射,测吸光度
光的互补:蓝 黄
吸收曲线的讨论:
①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λmax
1.5.5 稠环芳烃及杂环化合物
稠环芳烃,如奈、蒽、芘等,均显示 苯的三个吸收带,但是与苯本身相比较, 这三个吸收带均发生红移,且强度增加。 随着苯环数目的增多,吸收波长红移越多, 吸收强度也相应增加。
当芳环上的-CH基团被氮原子取代后,则相 应的氮杂环化合物(如吡啶、喹啉)的吸收光 谱,与相应的碳化合物极为相似,即吡啶与苯 相似,喹啉与奈相似。此外,由于引入含有n 电子的N原子的,这类杂环化合物还可能产生 n*吸收带。
摩尔吸光系数ε在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度
为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度;
吸光系数a(L·g-1·cm-1)相当于浓度为1 g/L、液层厚度
为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。
1.8.2 摩尔吸光系数ε
吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数;不随
浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条 件一定时,ε仅与吸收物质本身的性质有关;可作为 定性鉴定的参数;同一吸收物质在不同波长下的ε值
(2)在溶解度允许的范围内,尽量选择极 性较小的溶剂。
(3)溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸 收。
1.8 光的吸收定律
1.8.1 朗伯—比耳定律
• 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和
紫外-可见分子吸收光谱法
NN
溶剂与溶质之相互作用增强 C H
溶质分子的振动受到限制
水中 环己烷中
振动引起的精细结构消失
蒸汽中
500
555
对称四嗪的吸收光谱
/nm
b. 溶剂极性对π →π*跃迁谱带的影响
➢ 溶剂极性增大时,由π →π*跃迁产生的吸收 带发生红移。
c. 溶剂极性对n →π*跃迁谱带的影响
➢ 溶剂极性增大,由n →π*跃迁产生的吸收谱 带发生蓝移。
(4)多通道分光光度计
以光二极管阵列作检测器
光源
透镜
光二极管阵列
试样池
光栅
三、光吸收定律
1、朗伯-比尔定律
A lg T lg I0 bc 或 A lg T lg I0 abc
I
I
2、吸光度的加和性
当溶液中含有多种对光产生吸收的物质,且各组分之
间不存在相互作用时,则该溶液对波长λ光的总吸光度A总
➢ 根据分子轨道理论,这三种电子的能级高 低为: σ<π<n <π*<σ*
三种价电子可能产生六种形式电子跃迁:
σ→ σ*, σ→ π*, π→ σ*对应的吸收光谱处于 远紫外区,研究少。
(1) n → σ* 跃迁:
➢ 吸收光谱出现在远紫外光区和近紫外光区 ➢ 某些含有氧、氮、硫、卤素等杂原子的基 团(如—NH2、—OH、—SH、—X等)的 有机物可产生n → σ* 跃迁。 例如:CH3OH:λmax=183 nm 、CH3NH2:λmax=213 nm
② 吸收峰通常位于200~400nm之间。
(7) K带
➢ 由共轭体系的π →π*跃迁产生的吸收带。
特点:
ε ① 强度大,一般 > 104 L ·mol-1 ·cm-1 ;
紫外-可见吸收光谱法
7. 溶剂效应
跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,形成氢键的能力增加, n-π* 跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,形成氢键的能力增加, 发生蓝移; 跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,发生红移。 发生蓝移;由 π-π* 跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,发生红移。随 溶剂极性增加,吸收光谱变得平滑,精细结构消失。 溶剂极性增加,吸收光谱变得平滑,精细结构消失。
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λ 吸收波长 max和吸收强度发生变 化:λmax向长波方向移动称为红 移,向短波方向移动称为蓝移 (或紫移)。吸收强度即摩尔吸光 或紫移) 系数ε增大或减小的现象分别称 为增色效应或减色效应, 为增色效应或减色效应,如图所 示。
第三章
紫外紫外-可见吸收光谱法
(Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, UV-Vis)
第一节
•
概
述
紫外吸收光谱:分子价电子能级跃迁。 紫外吸收光谱:分子价电子能级跃迁。
• 波长范围:100-800 nm. 波长范围:100- 远紫外光区:100-200nm 1. 远紫外光区:100-200nm 2. 近紫外光区:200-400nm 近紫外光区:200-400nm 可见光区:400-800nm 3. 可见光区:400-800nm 可用于结构鉴定和定量分析。 可用于结构鉴定和定量分析。 电子跃迁的同时,伴随着振动转动能级的跃迁;带状光谱。 电子跃迁的同时,伴随着振动转动能级的跃迁;带状光谱。
分子的内能: 分子的内能:电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er。 即:
E = Ee + Ev + Er
∆Ee > ∆Ev > ∆E r
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第二章紫外-可见吸收光谱法本章地位:本章是仪器分析课程中光分析方法的第一章,光分析方法中的一些基本理论、基本概念、基本专业术语,在本章中首次出现并应用,对光分析方法起着建立基本框架、引导学习思路的作用。
紫外-可见吸收光谱法历史较久远,应用十分广泛,与其它各种仪器分析方法相比,紫外-可见吸收光谱法所用的仪器简单、价廉,分析操作也比较简单,而且分析速率较快。
在有机化合物的定性、定量分析方面,例如化合物的鉴定、结构分析和纯度检查以及在药物、天然产物化学中应用较多。
本章内容:本章主要讨论了紫外-可见吸收光谱的产生、紫外-可见分光光度计仪器原理和结构以及紫外-可见吸收光谱法在有机定性及结构分析中的应用。
讲解思路:让学生首先了解:不同物质具有不同的分子结构,对不同波长的光会产生选择性吸收,因而具有不同的吸收光谱。
而各种化合物,无机化合物或有机化合物吸收光谱的产生在本质上是相同的,都是外层电子跃迁的结果,但二者在电子跃迁类型上有一定区别。
电子跃迁类型是本章的难点。
最后了解利用紫外-可见分光光度计可使物质产生吸收光谱并对其进行检测。
鉴定的方法是本章的重点。
学时分配:4学时第一节概述分光光度法是基于物质分子对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。
按物质吸收光的波长不同,可分为可见分光光度法、紫外分光光度法及红外分光光度法。
特点:*灵敏度较高,适用于微量组分的测定。
但相对误差较大。
*具有操作方便、仪器设备简单、灵敏度和选择性较好等优点,为常规的仪器分析方法紫外—可见分光光度法的局限性:有些有机化合物在紫外可见光区没有吸收谱带,更有个别的化合物紫外可见吸收光谱图大致相似。
所以但根据紫外可见光谱图不能完全决定这些物质的分子结构。
一.分子吸收光谱在分子中存在着电子的运动,以及组成分子的各原子间的振动和分子作为整体的转动。
分子的总能量可以认为等于这三种运动能量之和。
即:E分子= E电子+ E振动+ E转动如果用△ E电子,△ E振动以及△E转动表示各能级差,则:△ E电子>△ E振动>△E转动由分子中的电子能级、振动能级和转动能级跃迁产生的光谱分别称为电子光谱、振动光谱和转动光谱。
其对应的波谱区范围如下:ΔEe ΔEv ΔEr电子光谱振动光谱转动光谱紫外可见光近红外、中红外区远红外、微波区由于分子选择性的吸收了某些波长的光,所以这些光的能量就会降低,将这些波长的光及其所吸收的能量按一定顺序排列起来,就得到了分子的吸收光谱。
二.有机化合物的紫外—可见吸收光谱与紫外-可见吸收光谱有关的电子有三种,即形成单键的σ电子、形成双键的π电子以及未参与成键的n电子。
•跃迁类型有:σσ*、n σ* 、ππ *、n π * 四种。
1、饱合有机化合物的电子跃迁类型为σ→σ*,跃迁所需的能量最大,吸收峰一般出现在远紫外区,吸收峰低于200nm,实际应用价值不大。
如乙烷的最大吸收峰在135nm处。
2、n→σ* 跃迁,所需的能量比σ→σ*跃迁所需的能量少,吸收光谱的波长一般在150—250nm处。
一般发生在有机化合物中的H被杂原子取代后的产物中,如碘代乙烷的吸收峰在259nm处。
这种能使吸收峰向长波方向移动而产生红移现象的原子团称为助色团。
3、不饱合有机化合物的电子跃迁类型为n→π*,π→π* 跃迁,所需的能量较低,吸收峰一般大于200nm。
这两类跃迁都要求有机化合物的分子中含有不饱和键的官能团,这种含有不饱和键的基团称为生色团。
在以上几种跃迁中,只有π-π*和n-π*两种跃迁的能量小,相应波长出现在近紫外区甚至可见光区,且对光的吸收强烈,是我们研究的重点。
第二节光的吸收定律—Lambert-beer定律光的选择性吸收与物质颜色的关系:1.可见光的颜色和互补色:在可见光范围内,不同波长的光的颜色是不同的。
平常所见的白光(日光、白炽灯光等)是一种复合光,它是由各种颜色的光按一定比例混合而得的。
利用棱镜等分光器可将它分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单色光。
白光除了可由所有波长的可见光复合得到外,还可由适当的两种颜色的光按一定比例复合得到。
能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。
2、物质的颜色与吸收光的关系:当白光照射到物质上时,如果物质对白光中某种颜色的光产生了选择性的吸收,则物质就会显示出一定的颜色。
物质所显示的颜色是吸收光的互补色。
单色光(monochromatic light)混合光 由两种以上波长组成的光。
白光 是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的。
物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的。
一、朗伯—比尔定律当一束平行的单色光照射到有色溶液时,光的一部分将被溶液吸收,一部分透过溶液,还有一部分被器皿表面所反射。
设入射光强度为I 0,透过光强度为I t ,溶液的浓度为c ,液层宽度为b ,经实验表明它们之间有下列关系:透光度、吸光度与溶液浓度及液层宽度的关系) 溶液浓度与宽度的乘积与吸光度成正比,以上两式中k 是比例系数,与入射光波长、溶液的性质及温度有关。
当c 的单位为g ·L-1,b 的单位为cm 时,k 以a 表示,称为吸光系数(absorption coefficient),其单位为L ·g-1·cm-1,此时式(2-2)变为如果浓度c 的单位为mol ·L-1,b 的单位为cm ,这时k 常用 表示。
称为摩尔吸光系abcA =数(molar absorptivity),其单位为L·mol-1·cm-1,值越大,表示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强,故光度测定的灵敏度越高。
值在103以上即可进行分光光度法测定A=εbc如果浓度c的单位为mol·L-1,b的单位为cm,这时k常用表示。
称为摩尔吸光系数(molar absorptivity),其单位为L·mol-1·cm-1,值越大,表示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强,故光度测定的灵敏度越高。
值在103以上即可进行分光光度法测定A=εbc二偏离朗伯一比尔定律的因素定量分析时,通常液层厚度是相同的,按照比尔定律,浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。
但在实际工作中,往往会偏离线性而发生弯曲。
若在弯曲部分进行定量,将产生较大的测定误差(一)非单色光所引起的偏离朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立,但在实际工作中,即使质量较好的分光光度计所得的入射光,仍然具有一定波长范围的波带宽度。
在这种情况下,吸光度与浓度并不完全成直线关系,因而导致了对朗伯一比尔定律的偏离。
所得入射光的波长范围越窄,即“单色光”越纯,则偏离越小。
(二)非吸收作用引起的偏离非吸收作用引起的对朗伯一比尔定律的偏离,主要有散射效应和荧光效应,一般情况下荧光效应对分光光度法产生的影响较小。
散射效应:朗伯一比尔定律只适用于十分均匀的吸收体系。
当待测液的体系不是很均匀时,入射光通过待测液后将产生光的散射而损失,导致吸收体系的透过率减小,造成实测吸光值增加朗伯—比尔定律是建立在均匀、非散射的溶液这个基础上的。
如果介质不均匀,呈胶体、乳浊、悬浮状态,则入射光除了被吸收外,还会有反射、散射的损失,因而实际测得的吸光度增大,导致对朗伯—比尔定律的偏离荧光效应:当入射光通过待测液,若吸光物质分子吸收辐射能后所产生的激发态分子以发射辐射能的方式回到基态而发射荧光,结果必然使待测液的透光率相对增大,造成实测吸光值减小。
(二)化学反应引起的偏离溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。
其中有色化合物的离解是偏离朗伯—比尔定律的主要化学因素。
溶液稀释时,上述平衡向右,离解度增大。
所以当溶液体积增大一倍时,Fe(SCN)3的浓度不止降低一半,故吸光度降低一半以上,导致偏离朗伯—比尔定律。
第三节 紫外-可见分光光度计内容提要:紫外-可见分光光度计主要由光源、单色器、吸收池、检测器及信号显示五部分组成。
需讲解每部分的作用与原理。
光源。
范围氢(氘)灯:提供波长钨灯:适用波长范围种类测物质分子。
nm 375~180nm 2500~320单色器:从连续光谱中获得所需单色光吸收池:用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿检测器:检测光信号。
常用检测器有光电管和光电倍增管信号显示器:是读数装置。
并了解仪器类型及功能,如单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计的工作原理。
重难点:双波长分光光度计原理及构造。
一、基本组成 general process1. 光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱,具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。
可见光区:钨灯作为光源,其辐射波长范围在320~2500 nm。
紫外区:氢、氘灯。
发射180~375 nm的连续光谱。
2.单色器将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。
①入射狭缝:光源的光由此进入单色器;②准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束③色散元件:将复合光分解成单色光;棱镜或光栅④聚焦装置:透镜或凹面反射镜,将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝;⑤出射狭缝。
3.样品室样品室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池,可见区一般用玻璃池。
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三、仪器的主要性能指标1、光度的准确度:是指样品在最大吸收波长处吸光度的测量值与真实值间的偏差,该偏差越小,说明仪器的准确度越高。
国际上通常采用吸光度的准确度来表示仪器的光度准确度,常用酸性重铬酸钾法进行检测。
2、波长准确度:是指仪器指示器上所指示的波长与实际所输入的波长值之间的符合程度,常用波长误差来表示。
波长准确度常用稀土玻璃进行检测。
3、杂散光:是分光光度法测量中的主要误差来源。
4、分辨率:指仪器对相邻两吸收带可分辨的最小波长的间隔能力。
5、光谱带宽:是指从单色器射出的单色光最大强度的1/2处的谱带宽度。
6、基线稳定度与平直度:指仪器在不放置样品时扫描100%T线和0%T线时读数偏离的程度或基线弯曲的程度。
第四节紫外-可见吸收光谱法分析条件的选择一、溶剂选择的原则:1、不与被测组分发生化学反应2、所选溶剂在测定波长范围内无明显吸收3、对被测组分有较好的溶解能力4、被测组分在所选的溶剂中有较好的峰形二、测量条件的选择1、入射波长的选择:通常是根据被测组分的吸收光谱,选择最强吸收带的最大吸收波长为入射波长。
当最强吸收峰的峰形比较尖锐时,往往选用吸收稍低,峰形稍平坦的次强峰进行测定。
2、狭缝宽度的选择:为了选择合适的狭缝宽度,应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增加为准。