紫外-可见分子吸收光谱法.ppt

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1、紫外-可见分子吸收光谱法 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望概述通过测定分子对紫外-可见光的吸收对物质进行定性和定量分析。 ：190750nm一、紫外-可见吸收光谱最大吸收峰最大吸收峰 吸收光谱又称吸收曲线，是以入射光的波长为横坐标，以吸光度A为纵坐标所绘制的A-曲线。1、有机化合物的紫外-可见吸收光谱 从化学键的性质看，与紫外-可见吸收光谱有关的价电子主要有三种： 电子 ， 电子 ， n 电子（孤对电子）。 根据分子轨道理论，这三种电子的能级高低为

2、： n * 104 L mol-1 cm-1 ，为强吸收带。例如：含有电子的基团： （3） n *跃迁： 近紫外-可见光区， 104 L mol-1 cm-1 2、无机化合物的紫外-可见吸收光谱（1） 电荷转移跃迁：许多无机络合物也有电荷转移跃迁M-中心离子：电子接受体 L-配体：电子给予体Mn+Lb-M(n-1) +L(b-1) -h 不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的络合物以及吸收许多水合无机离子，均可产生电荷转移跃迁。例如： 一些具有d10电子结构的过渡元素所形成的卤化物及硫化物，如AgBr、PbI2、HgS等，也可产生荷移光谱。FeSCN2+电荷转移吸收光谱图 荷移光谱的波长

3、位置，取决于电子给予体和电子接受体相应的电子轨道的能量差。中心离子氧化能力越强， 或配体的还原能力越强，则电荷转移跃迁时所需的能量越小，吸收光谱波长红移。 电荷转移吸收光谱的摩尔吸光系数较大， 一般 max 104 L mol-1 cm-1 （2） 配位场跃迁： 元素周期表中第4、第5 周期过渡元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系分别含有4f和5f轨道。这些轨道的能量通常是相等的。 但在络合物中，由于配体的影响，过渡元素的d轨道，及镧系和锕系元素的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道及f轨道。如果轨道是未充满的，当它们的吸收光能后，可产生d-d跃迁和f-f跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位

4、场的作用下才有可能产生，因此又称配位场跃迁。摩尔吸光系数小， max 100 L mol-1 cm-1 ，光谱一般位于可见光区3、常用术语（1） 生色团 生色团是指分子中能吸收紫外或可见光的基团，它实际上是一些具有不饱和键和含有孤对电子的基团。例如： 如化合物分子含有数个生色团，但它们之间无共轭作用，那么吸收光谱将包含这些个别生色团原有的吸收带。 如两个生色团彼此相邻形成共轭体系，那么原来各自生色团的吸收带就会消失，同时会出现新的吸收带。（2） 助色团 助色团是指本身不产生吸收峰，但与生色团相连时，能使生色团的吸收峰向长波方向移动，并使其吸收强度增强的基团。例如：NH2 、OH 、OR 、SH

5、 、SR 、Cl 、Br等（3） 红移和蓝移 在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长 发生移动。max向长波方向移动称为红移max向短波方向移动称为蓝移max（4） 增色效应和减色效应最大吸收带的max增加，称为增色效应最大吸收带的max减小，称为减色效应（5） 强带和弱带（6） R带 含杂原子的生色团的跃迁所产生的吸收带。例如：特点：强度弱，一般 100 L mol-1 cm-1 ；吸收峰通常位于200400nm之间。（7） K带 由共轭体系的跃迁产生的吸收带。特点：强度大，一般 104 L mol-1 cm-1 ；吸收峰一般处于217280nm范围内；K带

6、的波长及强度与共轭体系的数目、位置、取代基的种类有关。 共轭体系加长，增加，强度增加。（8） B带 由芳香族化合物的跃迁而产生的精细结构吸收带。例如：苯的B带：摩尔吸光系数：200 L mol-1 cm-1 吸收峰的位置：230270nm之间（9） E带 芳香族化合物的跃迁所产生的吸收带，也是芳香族的特征吸收峰。苯的紫外吸收光谱4、影响紫外-可见吸收光谱的因素分子中价电子的能级跃迁；分子的内部结构；外部环境。（1） 共轭效应共轭不饱和键越多红移越明显吸收强度增强 共轭效应使共轭体系形成大键，结果使各能级间的能量差减小，从而跃迁所需能量减小，使吸收波长产生红移。（2） 溶剂效应溶剂极性对光谱精细

7、结构的影响溶剂极性增加溶剂与溶质之相互作用增强溶质分子的振动受到限制振动引起的精细结构消失 /nmHCN NN NCH对称四嗪水中环己烷中蒸汽中500555对称四嗪的吸收光谱溶剂极性对跃迁谱带的影响 溶剂极性增大时，由跃迁产生的吸收带发生红移。溶剂极性对跃迁谱带的影响 溶剂极性增大，由跃迁产生的吸收谱带发生蓝移。max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)*230238237243n*329315309305跃迁类型溶剂极性对异丙叉丙酮的*和n*跃迁谱带的影响溶剂的选择尽量选用非极性溶剂或低极性溶剂；能很好的溶解被测物，且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；溶剂在试样的吸收光谱

8、区无明显吸收。（3） pH的影响 如果化合物在不同的pH下存在的型体不同，则其吸收峰的位置会随pH的改变而改变。苯胺：苯酚：二、紫外-可见分光光度计1、仪器的基本构造由光源、单色器、吸收池、检测器、信号处理和读出装置五部分构成2、仪器类型主要有：单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计和多通道分光光度计（1）单光束分光光度计光源单色器参比池检测器试样池（2）双光束分光光度计光源单色器参比池检测器试样池斩光器（3）双波长分光光度计)()(221121babaAAAAAAAbcAAAaaaa)(212121bbAA只与待测物有关光源单色器1检测器试样池单色器2斩光器12（4）多通道分光

9、光度计以光二极管阵列作检测器光源透镜试样池光栅光二极管阵列三、光吸收定律1、朗伯-比尔定律bcIITA0lglgabcIITA0lglg或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，则该溶液对波长光的总吸光度 等于溶液中每一成分的吸光度之和，即吸光度具有加和性。可用下式表示：bccccAAAAAnnn)(332211321总总A当吸收池的厚度b恒定时，以吸光度对浓度作图应得到一条通过原点的直线。但在实际工作中，测得的吸光度和浓度之间的线性关系常出现偏差，即不再遵守比尔定律。3、比尔定律的局限性引起偏离比尔定律的原因 严格的说，比尔定律只适用于稀溶液（c0

10、.01mol/L时，将引起吸收组分间的平均距离减小，以至于每个粒子都可影响其相邻粒子的电荷分布，导致它们的摩尔吸收系数发生改变，从而吸收给定波长的能力发生变化。由于相互作用的程度与其浓度相关，故使吸光度和浓度间的线性关系偏离了比尔定律。（1）比尔定律本身的局限性 （2）化学偏离分析物与溶剂发生缔合、解离、溶剂化反应，产生的生成物与分析物具有不同的吸收光谱，出现化学偏离。这些反应的进行，会使吸光物质的浓度与溶液的示值浓度不成比例变化，因而测量结果将偏离比尔定律。例如：未加缓冲剂的重铬酸钾溶液2442272222CrOHHCrOOHOCr引起偏离比尔定律的原因（3）仪器偏离是由单色光不纯引起的偏离

11、引起偏离比尔定律的原因四、紫外-可见吸收光谱法的应用定性分析结构分析定量分析物理化学常数的测定分子量络合比，稳定常数酸碱解离常数1、定性分析 无机元素： 应用较少原子发射光谱X射线荧光光谱ICP-MS经典的化学分析方法 有机化合物： 应用有一定的局限性 简单，特征性不强 大多数简单官能团只有微弱吸收或无吸收主要适用于不饱和有机物，特别是共轭体系的鉴定（1） 比较法（2） 最大吸收波长计算法鉴定依据：吸收光谱曲线形状吸收峰数目最大吸收波长相应摩尔吸光系数maxmax用经验规则计算最大吸收波长max2、结构分析顺反异构体的判别互变异构体的判别构象的判别 可以确定一些化合物的构型和构象3、定量分析（

12、1） 单组分定量方法Amax吸收曲线AC工作曲线（2） 多组分定量方法x、y吸收光谱不重叠x、y吸收光谱单向重叠x、y吸收光谱双向重叠yyxxyxbcbcA222yyxxyxbcbcA111yyxxyxbcbcA222 双组分混合物中某一组分的测定，可选择两个双组分混合物中某一组分的测定，可选择两个适当的波长，在这两个波长处干扰组分具有相等的适当的波长，在这两个波长处干扰组分具有相等的吸光度，因而可达到消除干扰的效果。吸光度，因而可达到消除干扰的效果。 若若 , 则则111baAAA222baAAA)()(212121bbaaAAAAAAA21bbAA 21aaAAA（3） 双波长分光光度法基

13、本条件：基本条件：（1）干扰组分在这两个波长应具有相同的干扰组分在这两个波长应具有相同的吸光度吸光度（2）待测组分在这两个波长的吸收差值应待测组分在这两个波长的吸收差值应足够大，足够大， A足够大足够大 例例1：2,4,6-三氯苯酚存在下苯酚的测定三氯苯酚存在下苯酚的测定 1270 nm 2286 or 325 nm221 应用等吸收法时，其前提是干扰成分应用等吸收法时，其前提是干扰成分A 1 A 2，然而对某些试样的定量测定，由于干扰组分的吸收然而对某些试样的定量测定，由于干扰组分的吸收曲线只呈陡坡而没有吸收峰，因而在波长选择上受曲线只呈陡坡而没有吸收峰，因而在波长选择上受到限制，如到限制，

14、如P35页图。页图。 双波长分光光度计的改进双波长分光光度计的改进 差示信号差示信号： SK1A1K2A2 A1a1b2 A2a2b2 SK1(a1b2) K2( a2b2) (K1a1K2a2)+(K1b1K2b2) 若测定混合物中的若测定混合物中的A A，消除消除B B的干扰的干扰， 调节仪器的信号放大器调节仪器的信号放大器，使使 K1b1K2b20S K1a1K2a2（3） 三波长光度分析法 基本概念312 净A2和分析成份浓度的关系222()netAAMNN33MNANPP3NPnmnPR3P MNP又P13N33 3nAMNm n12mANmn3123122()namanAmAnet

15、AAabcmnmn 三波长光度法分析的应用例： Sc氨基酸偶氮膦 La氨基酸偶氮膦 测La。(4) 导数吸收光谱分析 （Derivative Spectroscopy) 导数吸收光谱理论 在双波长光度计上，如使用的两波长1和2很接近，进行同时扫描，并保持两波长差不变，便可获得一阶导数光谱。AA1A2 导数光谱即吸光度随波长变化率对波长的曲线。 对n阶导数而言 导数光谱nnd Ad 导数吸收光谱分析的优点:（1）导数光谱较原吸收光谱谱带变窄，故其减少了与干扰谱带交叠的可能性，减小干扰。（2）吸收光谱分析的背景光都为斜线，斜线一阶导数为常数的，二阶导数为0，故可消除背景干扰。001/A=-lg(I

16、/I )0.4343ln(/)nnnnd A dd IdII、和的对应关系lnAKI当I0为常数0.4343dAdIK dIdIdI d 吸收曲线峰值处2222d AK d IdI d222222222()()d AK d IdIKdIdI ddIdK d IKdII dId 0ddI332233322322323322322()()32()d AK d Id IK dIK dIKdI d IdI ddIdIdIddK d IK dI d IK dII dI ddId3333d AK d IdI d当 时以此类推nnnnd AK d IdId对上式再求导，得：0ddI 导数信号与被测物浓度c的

17、关系02.3030lgabcIAabcIIIe2.30302.3030( 2.303)( 2.303)2.303abcabcdII edabcI ebcdaIbcdaI0为常数2.303dIdaIbcdd 0.4343dAdIdabcdIdd 222222222.303 ()2.303(2.303 )()dId ada dIbc Iddddd adabcIbc Idd2222 222220.43432.303()d Ad Id adabcb cdIddd二阶导数方程式的推导：当 时，上式为：2222220.4343d Ad Id abcdIdd 三阶导数方程式的推导：由：2222222.303

18、(2.303 )()dId adabcIbc Iddd得：3322332332.3033(2.303)(2.303)()d Id adad abcIbcIdddddabcId 0ddav光强对波长的二阶和三阶导数与浓度成线性关系。v推广到n阶：333222333320.43436.9095.304()d Ad Id ad adabcb cdIdddd 2.303( )nnnnnnnnd Id abcIddAbcad Ad abcdd当 时3333330.4343d Ad Id abcdIdd0dda 导数光谱的获得 1、 电子学方法 （1）电子微分法 用RC微分电路将仪器的输出信号(I)对时间

19、(t)微分得到(dI/dt)/dIdI dddtdt/dIdIkddt令波长扫描速度d/dt为常数k（2）数值微分法 将谱线数据以数值形式表达并用电子计算机进行原始数据的平滑、平均和微分等数值处理，然后输出导数信号。2、光学方法（1）双波长分光光度法 在波长间隔足够少dIIdkdIId在扫描时保持为k（2）波长调制 是目前最广泛应用于获得导数光谱的技术，最常见的是正弦调制。 在吸收光谱中，透过光强度是波长的函数，若在给定波长0处用泰勒收敛展开，则有：22(1)(2)0000sin ()(, )()() sin()()2!dtItIIdtI2(1)(2)00000()( )()()()()2!I

20、III0sin()dt当表示为时间函数，即以 式中d为振幅，为调制频率，写成正弦和余弦的倍角形式得：2(2)0003(1)(3)0024(2)(4)0035(3)(5)0046(4)(6)00(, ) ()()4()()sin()8()()cos(2)448()()sin(3)24384()()cos(4)1923840dItIIdIdItddIItddIItddIIt 即22(1)(2)(2)00000(, )()() sin()()()cos(2)44ddItIIdtIIt 在sin(t)的振幅中包含I(0)的n阶导数项（n为奇数），当d值很小时，In(0)以外，d的其它高次方项可以忽略。

21、此时sin(t)的振幅与I(1)(0)成正比。同样，cos(2t)的振幅与I(2)(0)成正比依次类推。同时只需将透过光中所含的sin(t)，cos(2t)等的信频成份进行检波，即可得到相应的一阶，二阶等导数信号。 调制方法 使波长呈周期性变化，使波长振荡 导数曲线的波型特征1、奇阶导数2、偶阶导数3、导数阶数的增加，谱带越加变锐，带宽变窄4、谱带的极值随导数的阶数增加而增大图图 吸收光谱曲线（吸收光谱曲线（a）及其及其1阶至阶至4阶导数曲线（阶导数曲线（be）四、导数的光谱求值方法1、峰谷法2、基线法（或正切法） 3、峰零法图图 导数光谱的图解测定法导数光谱的图解测定法 导数光谱的分析应用1、白蛋白的分析2、工业废水中苯胺和苯酚的同时测定第九章课后习题 p258-259