第5章 紫外可见光谱分析法PPT讲稿.ppt
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1、第5章紫外可见光谱分析法2022/10/12第1页,共80页,编辑于2022年,星期二特点:特点:1.1.1.1.灵敏度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高待测物质的含量待测物质的含量1010-7-71010-4-4g/mLg/mL时,能够用分光光度法准确时,能够用分光光度法准确测定。所以它主要用于测定微量组分。测定。所以它主要用于测定微量组分。2.2.准确度较高准确度较高准确度较高准确度较高 相对误差在相对误差在相对误差在相对误差在1%-5%1%-5%3.3.仪器价格较低,操作简便、快速仪器价格较低,操作简便、快速仪器价格较低,操作简便、快速仪器价格较低,操作简便、快速4.4.应用广泛应用广泛应用广泛
2、应用广泛 几乎所有的无机离子和许多有机化合物可以用分光光度法进行测几乎所有的无机离子和许多有机化合物可以用分光光度法进行测几乎所有的无机离子和许多有机化合物可以用分光光度法进行测几乎所有的无机离子和许多有机化合物可以用分光光度法进行测定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的测定。定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的测定。定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的测定。定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的测定。2022/10/12第2页,共80页,编辑于2022年,星期二一、紫外吸收光谱的产生一、紫外吸收光谱的产生Format
3、ion of UV1.1.概述概述 紫外可见吸收光谱:分子价电子能级跃迁。波长范围:100-800nm。(1)远紫外光区:100-200nm(2)近紫外光区:200-400nm(3)可见光区:400-800nm 可用于结构鉴定和定量分析。2022/10/12第3页,共80页,编辑于2022年,星期二2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+热M+荧光或磷光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。M+h M*基态基态 激发态激发态E1(E)E2E=E2-E1=h量子化;选择性吸收2022/10/12第4页,共80页,编辑于2022年,星期二吸收曲线的讨论:同一种物质对不同波长
4、光的吸光度不同。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吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长maxmax不同浓度的不同浓度的同一同一种物质,其吸收曲线形状种物质,其吸收曲线形状相似相似maxmax不变。而对于不变。而对于不同不同物质,它们的吸物质,它们的吸收曲线形状和收曲线形状和maxmax则则不同不同。吸收曲线吸收曲线可以提供物质的结构信息,并可以提供物质的结构信息,并作为物质作为物质定性定性分析的依据之一。分析的依据之一。2022/10/12第5页,共80页,编辑于2022年,星期二不同浓度的同一种物质,在某不同浓度的同一种物质,在某一定波长下吸光度一定
5、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。此特的差异最大。此特性可作作为物质性可作作为物质定量定量分析的依据。分析的依据。在在maxmax处吸光度随浓度变化的处吸光度随浓度变化的幅度幅度最最大大,所以测定最,所以测定最灵敏灵敏。吸。吸收曲线是收曲线是定量定量分析中选择入射分析中选择入射光光波波长长的重要的重要依据依据。2022/10/12第6页,共80页,编辑于2022年,星期二3.电子跃迁与分子吸收光谱3.1 3.1 物质分子内部三种运动形式:物质分子内部三种运动形式:(1 1)电子电子相对于原子核的相对于原子核的运动运动;(2 2)原子核在其
6、平衡位置附近的相对)原子核在其平衡位置附近的相对振动振动;(3 3)分子分子本身绕其重心的本身绕其重心的转动转动。分子具有分子具有三种三种不同能级:电子能级、振动能级和转动能级不同能级:电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量。三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量。分子的内能:电子能量分子的内能:电子能量Ee、振动能量振动能量Ev、转动能量、转动能量Er即即:EEe+Ev+Erevr2022/10/12第7页,共80页,编辑于2022年,星期二3.2 3.2 能级跃迁能级跃迁通常,分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时,电子可以从基态激发到激发
7、态的任一振动(或不同的转动)能级上。因此,电子能级跃迁产生的吸收光谱,包括了大量谱线,并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带,这就是为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱,而是带状光谱的原因。又因为绝大多数的分子光谱分析,都是用液体样品,加之仪器的分辨率有限,因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。2022/10/12第8页,共80页,编辑于2022年,星期二3.3 分子吸收光谱(1 1)远远红外光谱或分子转动光红外光谱或分子转动光谱谱 转动能级间的能量差转动能级间的能量差r r:0.0050.0050.0500.050eVeV,产生此能级的跃迁,需吸收波长约为25025m的远红外光,吸收光谱位于吸
8、收光谱位于远红外区远红外区。形成的光谱称为远远红外光谱或分红外光谱或分子转动光谱。子转动光谱。2022/10/12第9页,共80页,编辑于2022年,星期二(2)振)振-转光谱转光谱(红外光谱)(红外光谱)分子的振动能级差一般在0.051eV,需吸收波长约为251.25m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。由于它吸收的能量处于红外区红外区,故又称红外光谱。红外光谱。2022/10/12第10页,共80页,编辑于2022年,星期二(3)电子光谱(紫外、可见)电子光谱(紫外、可见吸收光谱)吸收光谱)电子的跃迁能差
9、约为120eV,比分子振动能级差要大几十倍,所吸收光的波长约为12.50.06m,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2022/10/12第11页,共80页,编辑于2022年,星期二二、有机物吸收光谱与电子跃迁二、有机物吸收光谱与电子跃迁 Ultraviolet spectrometry of organic compounds1 1紫外紫外 可见吸收光谱可见吸收光谱 有机化合物的紫外可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果:电子、电子、n电子。分子轨道理论分子轨道理论:成键轨道,反键轨道,非键轨道。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
10、。主要有四种四种跃迁,跃迁,所需能量大小顺序大小顺序为:n n n 200 nm。它是简单的生色团如。它是简单的生色团如羰基羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是其特点是谱带强度弱谱带强度弱,摩尔吸光系数,摩尔吸光系数小小,通常小于通常小于100,属于禁阻跃迁。,属于禁阻跃迁。*s s*RKE,Bn E2022/10/12第14页,共80页,编辑于2022年,星期二1.2常用术语(1)生色团)生色团从广义来说,所谓生色团,是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是,人们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。具有不饱和键电子
11、的基团,产生*跃迁,和孤对电子产生n跃迁,跃迁E较低。如:乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基如:乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基、乙炔基、腈基CN等。等。注:当出现几个发色团注:当出现几个发色团共轭共轭,则几个发色团所产生的吸收带将,则几个发色团所产生的吸收带将消失消失,代之出现,代之出现新新的共轭吸收带,其波长将比单个发色团的吸收波长的共轭吸收带,其波长将比单个发色团的吸收波长长长,强度也,强度也增强。增强。2022/10/12第15页,共80页,编辑于2022年,星期二分分子子中中:C为为sp2杂杂化化,分分别别与与C、H形形成成键键,故故分分子子在在同同一一平平面面内内,四四个个
12、碳碳原原子子各各余余下下一一个个p轨轨道道,这这几几个个p轨轨道道都都垂垂直直于于此此平平面面,互互相相平平行行,互互相相重重叠叠,形形成成一一个个离离域域的的大大键键,四四个个p电电子子不不仅仅在在两两原原子子间间运运动动,而而是是在在四四个个原原子子间间运运动动。这这样的共轭也叫做样的共轭也叫做共轭共轭。2022/10/12第16页,共80页,编辑于2022年,星期二下面为某些常见生色团生色团的吸收光谱:2022/10/12第17页,共80页,编辑于2022年,星期二(2)助色团)助色团有一些含有n电子(非键电子非键电子非键电子非键电子oror孤对电子孤对电子孤对电子孤对电子)的单键基团(
13、如如如如-OH-OH、OROR、NHRNHR、SHSH、ClCl、I I等等等等),它们本身没有生色功能(不能吸收200nm的光),但当它们与生色团相连时,就会发生p共轭共轭作用,增强生色团的生色能力(吸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。(3)强带和弱带 maxmax101055强带强带 maxmax101033弱带弱带2022/10/12第18页,共80页,编辑于2022年,星期二(4)红移红移与蓝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max和吸收强度发生变化:max向长波方向移动称为红移红移,向短波方向移动称为蓝移蓝移(或紫移)。(
14、5)增色效应和减色效应增色效应和减色效应增色效应和减色效应增色效应和减色效应 波长不变波长不变增色效应:吸收强度增强的效应减色效应:吸收强度减小的效应2022/10/12第19页,共80页,编辑于2022年,星期二CCH3On;R带a.R带:带:由含杂原子的不饱和基由含杂原子的不饱和基团的团的n*跃迁产生。跃迁产生。CO;CN;NN E 小,小,max250400nm max200nm,max104共轭体系增长,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)n max不变不变 对于对于CHCCO max红移红移2022/10/12第21页,共80页,编辑于202
15、2年,星期二B B带:带:带:带:由由*跃迁产生。跃迁产生。芳香族化合物的主要特征芳香族化合物的主要特征吸收带。吸收带。max=254nm,宽宽带带,吸吸收收峰峰230270nm,具具有有精精细细结构。结构。max=2002022/10/12第22页,共80页,编辑于2022年,星期二 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。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。2022/10/12第23页,共80页,编辑于2022年,星期二2022/10/12第24页,共80页,编辑于2022年,星期二
16、 E E带:带:带:带:由苯环环形共轭系统的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。E1 180nm,max104(常(常观察不到)观察不到)E2 200nm,max=7000 强吸强吸收收 苯环有发色团取代且与苯苯环有发色团取代且与苯环共轭时,环共轭时,E2带与带与K带合并一带合并一起红移(长移)。起红移(长移)。2022/10/12第25页,共80页,编辑于2022年,星期二1.3 各种常见有机化合物紫外各种常见有机化合物紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱(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键,因此只能产生*跃
17、迁,即电子从成键轨道()跃迁到反键轨道(*)。饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm,已超出紫外、可见分光光度计的测量范围,处于真空紫外区。饱和烃的取代衍生物如卤代烃,其卤素原子上存在n电子,可产生n*的跃迁。n*的能量低于*。其相应的吸收波长发生红移。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)可见吸收光谱的良好溶剂。2022/10/12第26页,共80页,编辑于2022年,星期二(2)不饱和烃及共轭烯烃(A)(A)非共轭不饱和烯烃非共轭不饱和烯烃 在不饱和烃类分子中,除含有键外,还含有键,它们可以产生*和*两种跃迁。*跃迁的能量小于*跃迁。例如,在
18、乙烯分子中,*跃迁最大吸收波长为180nm左右。C=C发色基团,但*200nm。max=177nm助色基团取代*发生红移2022/10/12第27页,共80页,编辑于2022年,星期二177nm217nm(HOMOLVMO)max(B)共轭烯烃)共轭烯烃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。在共轭体系中,*跃迁产生的吸收带又称为K带。K带共轭非封闭体系的*跃迁2022/10/12第28页,共80页,编辑于2022年,星期二2022/10/12第29页,共80页,编辑于20
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