紫外可见吸收光谱课件.ppt

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1、紫外可见吸收光谱第1页，此课件共44页哦一分子吸收光谱的产生一分子吸收光谱的产生由能级间的跃迁引起由能级间的跃迁引起分子光谱：带光谱分子光谱：带光谱分子光谱：带光谱分子光谱：带光谱8-1概述概述第2页，此课件共44页哦 在在光光谱谱分分析析中中，依依据据物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建建立立起起来来的的分分析析方方法称为吸光光度法法称为吸光光度法,主要有主要有:紫紫外外吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围200200 400 400 nmnm（近紫外区）（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。，可用于结构鉴定和定量分析。可可见见吸吸收收光光谱谱

2、：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围400400 750 750 nmnm ，主主要用于有色物质的定量分析。要用于有色物质的定量分析。红红外外吸吸收收光光谱谱：分分子子振振动动光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围2.52.5 1000 1000 m m ,主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。二、二、分子吸收光谱的分类分子吸收光谱的分类第3页，此课件共44页哦按分析方法分：按分析方法分：比色法（目视比色，光电比色），分光光度法比色法（目视比色，光电比色），分光光度法光的互补：蓝光的互补：蓝黄黄目视比色目视比色:眼睛眼睛光电比色光电比色:滤光片光电检测器滤

3、光片光电检测器分光光度法：单色器光电检测器分光光度法：单色器光电检测器第4页，此课件共44页哦8-2基本原理基本原理1.1.吸收曲线吸收曲线第5页，此课件共44页哦吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：同一种物质对不同波长光的同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长应的波长称为最大吸收波长maxmax不同浓度的同一种物质，其不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似吸收曲线形状相似maxmax不变。不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和形状和maxmax则不同。则不同。第6页，此课件共44页哦吸收曲线可以提供

4、物质的结构信息，并作为物质吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定定性分析性分析的依据之一。的依据之一。不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A A 有差异，在有差异，在maxmax处吸光度处吸光度A A 的差异最大。此特性可的差异最大。此特性可作为物质作为物质定量分析定量分析的依据。的依据。在在maxmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光选择入射光波长波长的重要依据。的重要依据。第7页，此课件共44页哦二、光的吸收定律二、光的吸收定

5、律 1.1.朗伯朗伯比耳定律比耳定律 布格布格(Bouguer)Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年阐年阐明了光的明了光的吸收程度和吸收层厚度吸收程度和吸收层厚度的关系。的关系。A Ab b 18521852年比耳年比耳(Beer)Beer)又提出了光的又提出了光的吸收程度和吸收物浓度吸收程度和吸收物浓度之之间也具有类似的关系。间也具有类似的关系。A cA c 二者的结合称为二者的结合称为朗伯朗伯比耳定律比耳定律，其数学表达式为：，其数学表达式为：A A lglgT T lglg（I It t/I I0 0)=)=

6、b c b c 第8页，此课件共44页哦2.摩尔吸光系数摩尔吸光系数 A A-lg-lgT T b c b c 吸光物质的特征常数吸光物质的特征常数吸光物质的特征常数吸光物质的特征常数()；在最大吸收波长在最大吸收波长在最大吸收波长在最大吸收波长maxmaxmaxmax处，常以处，常以处，常以处，常以maxmaxmaxmax表示表示表示表示 。在温度和介质条件一定时，在温度和介质条件一定时，仅与吸光物质的结构与性质有关，仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；可作为定性鉴定的参数；不随浓度不随浓度不随浓度不随浓度c c c c 和光程长度和光程长度和光程长度和光程长度b b b b

7、 的改变而改变：的改变而改变：的改变而改变：的改变而改变：bcbc/A A。第9页，此课件共44页哦吸光能力与测定灵敏度的度量；吸光能力与测定灵敏度的度量；maxmax越大表明该物质越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。10105 5：超高灵敏；超高灵敏；C=A/b=0.01/105=10-7mol/L =104 ：高灵敏；：高灵敏；C=A/b=0.01/5104=210-7mol/L 10104 4 ：不灵敏。：不灵敏。C=A/b=0.01/104=10-6mol/L在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 1mol/L、液层厚度为、液层厚度为1 1

8、cm时该溶液时该溶液在某一波长下的吸光度。在某一波长下的吸光度。第10页，此课件共44页哦3、偏离、偏离Beer定律的因素定律的因素（1）光学因素）光学因素（2）化学因素）化学因素A A-lg-lgT T b c b c 第11页，此课件共44页哦（1）光学因素）光学因素 非单色光的影响：非单色光的影响：BeerBeer定律应用的重要前提定律应用的重要前提入射光为单色光入射光为单色光 照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光选选maxmax作为测定波长作为测定波长第12页，此课件共44页哦杂散光的影响：杂散光的影响：杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染

9、造成。杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值。杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值。反射光和散色光的影响：反射光和散色光的影响：反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光。反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光。散射和反射使散射和反射使T，A，吸收光谱变形。，吸收光谱变形。注：一般可用空白对比校正消除。注：一般可用空白对比校正消除。非平行光的影响非平行光的影响：使光程使光程，A，吸收光谱变形。，吸收光谱变形。第13页，此课件共44页哦（2 2）化学性因素化学性因素朗伯朗伯比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液朗朗比耳定律的假定：比耳定律的假定：所有的吸光

10、质点之间不发生相互作用所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液假定只有在稀溶液(c10c10 c 10 2 2 mol/L mol/L 时，吸光质点间可能时，吸光质点间可能发生缔合发生缔合等相互作用，直接影响了对等相互作用，直接影响了对光的吸收。光的吸收。溶液中存在着溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。影响吸光度。第14页，此课件共44页哦一、电子跃迁的类型一、电子跃迁的类型 有机化合物的紫外有机化合物的紫外 可见吸收光可见吸收光谱，是其分子中谱，是

11、其分子中外层价电子跃迁外层价电子跃迁的的结果：结果：电子、电子、电子、电子、n n电子电子。分子轨道理论分子轨道理论：一个成键轨道必：一个成键轨道必定有一个相对应的反键轨道。通常外层定有一个相对应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。道或非键轨道上。8-3紫外紫外可见吸收光谱与分子结构的关系可见吸收光谱与分子结构的关系第15页，此课件共44页哦 当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反反键轨道键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量跃迁。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为：大

12、小顺序为：nn第16页，此课件共44页哦跃迁跃迁 所需所需能量最大能量最大，电子只有吸收电子只有吸收远紫外远紫外光的能量才能发生跃迁。光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长吸收波长 200nm200nm200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为，摩尔吸光系数一般为10100Lmol1cm1，吸收，吸收谱带谱带强度较弱强度较弱。分子中孤对电子和分子中孤对电子和键同时存在时发生键同时存在时发生n n 跃迁。跃迁。丙酮丙酮n n跃迁的跃迁的maxmax为为275nm 275nm m

13、axmax为为22 22 Lmol1cm1（溶剂环己烷（溶剂环己烷)。n n跃迁跃迁第20页，此课件共44页哦二二.生色团与助色团生色团与助色团生色团生色团：最有用的紫外光谱是由：最有用的紫外光谱是由和和n n跃迁产生的。这两跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团含有不饱和基团。这类。这类含有含有键的不饱和基键的不饱和基团称为生色团。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、偶氮基基、亚硝基、偶氮基N NNN、乙炔基、腈基、乙炔基、腈基C CN N等。等。助色团助色团：有一些：有

14、一些含有含有n n电子的基团电子的基团(如如OHOH、OROR、NHNH、NHRNHR、XX等等)，它们本身没有生色功能，它们本身没有生色功能(不能吸收不能吸收200nm200nm的光的光)，但当它们与，但当它们与生色团相连时，就会发生生色团相连时，就会发生n n共轭作用，共轭作用，增强生色团的生色能力增强生色团的生色能力(吸吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。第21页，此课件共44页哦红移与蓝移红移与蓝移红移与蓝移红移与蓝移 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有机化合物的吸收谱带常常

15、因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长波长maxmax和吸收强度发生变化和吸收强度发生变化:maxmax向长波方向移动称为红移向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移向短波方向移动称为蓝移(或紫或紫移移)。吸收强度吸收强度即摩尔吸光系数即摩尔吸光系数增大或减小增大或减小的现象分别称为的现象分别称为增色效应增色效应或减色效应或减色效应，如图所示。，如图所示。第22页，此课件共44页哦三三、吸收带类型和影响因素、吸收带类型和影响因素1R带：由含杂原子的不饱和基团的带：由含杂原子的不饱和基团的n*跃迁产生跃迁产生CO；CN；NNmax250400nm，max200nm，max104共轭体系增长，

16、共轭体系增长，max红移，红移，max溶剂极性溶剂极性，对于，对于(CHCH)nmax不变不变对于对于CHCCOmax红移红移第23页，此课件共44页哦3B带：由带：由*跃迁产生跃迁产生芳香族化合物的主要特征吸收带芳香族化合物的主要特征吸收带max=254nm，宽带，具有精细结构；，宽带，具有精细结构；max=200极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失4E带：由苯环环形共轭系统的带：由苯环环形共轭系统的*跃迁产生跃迁产生芳香族化合物的特征吸收带芳香族化合物的特征吸收带E1180nmmax104（常观察不到）（常观察不到）E2200nmmax=

17、7000强吸收强吸收苯环有发色团取代且与苯环共轭时，苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与带与K带合并带合并一起红移（长移）一起红移（长移）第24页，此课件共44页哦第25页，此课件共44页哦四四.有机化合物紫外有机化合物紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱1.1.饱和烃及其取代衍生物饱和烃及其取代衍生物 饱和烃类分子中只含有饱和烃类分子中只含有 键，因此只能产生键，因此只能产生*跃迁跃迁，即，即 电子从成键轨道（电子从成键轨道（）跃迁到反键轨道（）跃迁到反键轨道（*）。饱和烃的）。饱和烃的最大最大吸收峰一般小于吸收峰一般小于150nm150nm，已超出紫外、可见分光光度计的测量范围。已超出紫外、

18、可见分光光度计的测量范围。第26页，此课件共44页哦 饱和烃的取代衍生物如卤代烃，饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在其卤素原子上存在n n电子，可电子，可产生产生n n*的跃迁。的跃迁。n n*的能量低于的能量低于*。例如，例如，CHCH3 3ClCl、CHCH3 3BrBr和和CHCH3 3I I的的n n*跃迁分别出现在跃迁分别出现在173173、204204和和258nm258nm处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了的吸收波长发生了红移，红移，显示了助色团的显示了助色团的助色助色作用。作用。直接

19、用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。良好溶剂。第27页，此课件共44页哦 2.2.不饱和烃及共轭烯烃不饱和烃及共轭烯烃 在不饱和烃类分子中，除含有在不饱和烃类分子中，除含有 键外，还含有键外，还含有 键，它们可以产键，它们可以产生生*和和*两种跃迁两种跃迁。*跃迁的能量小于跃迁的能量小于 *跃迁。跃迁。例如，在乙烯分子中，例如，在乙烯分子中，*跃迁最大吸收波长为跃迁最大吸收波长为180nm180nm 在在不饱和烃类分子中，

20、当有两个以上的不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭双键共轭时，随着共轭时，随着共轭系统的延长，系统的延长，*跃迁的吸收带跃迁的吸收带 将明显向将明显向长波方向移动，长波方向移动，吸收吸收强度强度也随之也随之增强增强。在。在共轭体系中，共轭体系中，*跃迁产生的吸收带又称为跃迁产生的吸收带又称为K K带。带。第28页，此课件共44页哦第29页，此课件共44页哦3.3.羰基化合物羰基化合物 羰基化合物含有羰基化合物含有 C=OC=O基团。基团。C=OC=O基团主要可产生基团主要可产生*、n n*、n n*三个吸收带，三个吸收带，n n*吸收带又称吸收带又称R R带，落于近紫外或紫带，落于近紫外或

21、紫外光区。外光区。羧酸及羧酸的衍生物虽然也有羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n n*吸收带吸收带，但是，羧酸及羧酸的，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子衍生物的羰基上的碳原子直接连结直接连结含有未共用电子对的含有未共用电子对的助色团助色团，如，如-OH-OH、-Cl-Cl、-OR-OR等，由于这些助色团上的等，由于这些助色团上的n n电子与羰基双键的电子与羰基双键的 电子产生电子产生n n共轭，导致共轭，导致*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变n n轨道的能级，因此实现轨道的能级，因此实现n n*跃迁所需的能量变大，使跃迁所需的能量变大，使

22、n n*吸收带蓝吸收带蓝移至移至210nm210nm左右左右。第30页，此课件共44页哦4.4.苯及其衍生物苯及其衍生物 苯有三个吸收带，它们都是由苯有三个吸收带，它们都是由*跃迁引起的。跃迁引起的。E E1 1带出带出现在现在180nm（MAX=60，000）；）；E E2 2带出现在带出现在204nm（MAX=8，000）；）；B B带出现在带出现在255nm（MAX=200）。在气态或非极性在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的溶剂中，苯及其许多同系物的B B谱带有许多的精细结构，这是由于谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，振动跃迁在

23、基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。这些精细结构消失。当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是带都会发生显著的变化，其中影响较大的是E E2 2带和带和B B谱带。谱带。第31页，此课件共44页哦 5.5.稠环芳烃及杂环化合物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是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移红移，且强度增加。随，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

24、也相应增加。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。当芳环上的当芳环上的-CH-CH基团被氮原子取代后，则相应的氮基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物杂环化合物（如（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，苯相似，喹啉与奈相似。此外，由于引入含有由于引入含有n n电子电子的的N N原子的，这原子的，这类杂环化合物还类杂环化合物还可能产生可能产生n n*吸收带。吸收带。第32页，此课件共44页哦 8-4紫外分光光度计紫外分光光度计第33页，此课件共44页哦一、基本组成一、

25、基本组成第34页，此课件共44页哦1.1.光源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。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，可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在其辐射波长范围在3203202500 2500 nmnm。紫外区：氢、氘灯。紫外区：氢、氘灯。发射发射185185400 400 nmnm的连续光谱。的连续光谱。第35页，此课件共44页哦 2.2.单色器单色器入射狭缝：入射狭缝：准光装置：准光装置：色散元件：色散元件：棱镜或光栅；棱镜或光栅；聚焦

26、装置：聚焦装置：出射狭缝。出射狭缝。将光源发射的复合光分解成单色光将光源发射的复合光分解成单色光第36页，此课件共44页哦3.3.样品室样品室4.4.检测器检测器 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。光电池、光电管或光电倍增管。5.5.结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。第37页，此课件共44页哦二、分光光度

27、计的类型二、分光光度计的类型1.1.单光束单光束：简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，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。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。2.2.双光束双光束：自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检自动记录，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，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。价格较高。第38页，此课件共44页哦第39页，此课件共44页哦 3.3.双波长双波长：将不同波

28、长的两束单色光：将不同波长的两束单色光(1 1、2 2)快速交替通过快速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。同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。=1 12nm2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。两波长同时扫描即可获得导数光谱。第40页，此课件共44页哦8-5应用（测量条件的选择）应用（测量条件的选择）1.1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择一般应该选择maxmax为入射光波长。但如果为入射光波长。但如果maxmax处有共存组处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干

29、扰的入射光波长。第41页，此课件共44页哦 2.2.选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水纯溶剂（水)作参比溶液；作参比溶液；若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用身无吸收，用“试剂空白试剂空白”(不加试样溶液不加试样溶液)作参比溶液；作参比溶液；若若待待测测试试液液在在测测定定波波长长处处有有吸吸收收，而而显显色色剂剂等等无无吸吸收收，则则可可用用“试样空白试样空

30、白”(不加显色剂不加显色剂)作参比溶液；作参比溶液；若若显显色色剂剂、试试液液中中其其它它组组分分在在测测量量波波长长处处有有吸吸收收，则则可可在在试试液液中中加加入入适适当当掩掩蔽蔽剂剂将将待待测测组组分分掩掩蔽蔽后后再再加加显显色色剂剂，作作为为参参比比溶溶液。液。第42页，此课件共44页哦3.3.控制适宜的吸光度（读数范围）控制适宜的吸光度（读数范围）不同的透光度读数，产生的误差大小不同：不同的透光度读数，产生的误差大小不同：lgT=bc微分微分：dlgT0.434dlnT=-0.434T-1dT=bdc两式相除得：两式相除得：dc/c=（0.434/TlgT）dT 以有限值表示可得：以有限值表示可得：c/c=（0.434/TlgT）T 第43页，此课件共44页哦最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值 设：设：T T=1%=1%，则可绘出溶液浓度相对误差，则可绘出溶液浓度相对误差c c/c c与其透光度与其透光度T T 的的关系曲线。如图所示：关系曲线。如图所示：当：当：T=1%，T T在在20%65%之间时，浓度相对误差较小，最佳之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围读数范围。(吸光度吸光度A A=0.70=0.700.200.20)。浓度相对误差较小浓度相对误差较小：Tmin36.8%,Amin0.434第44页，此课件共44页哦