紫外可见光谱与紫外可见光谱仪.ppt
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1、4.2 紫外紫外-可见光谱可见光谱与紫外与紫外-可见光谱仪可见光谱仪内容提要内容提要一、紫外可见光谱概述一、紫外可见光谱概述二、各类化合物的紫外吸收二、各类化合物的紫外吸收三、紫外谱图的解析三、紫外谱图的解析四、紫外光谱应用举例四、紫外光谱应用举例五、紫外及可见分光光度计五、紫外及可见分光光度计六、六、紫外可见分光光度法的应用紫外可见分光光度法的应用1 1。紫外紫外-可见光区的划分可见光区的划分可见光部分:可见光部分:360-760nm360-760nm近紫外:近紫外:200-360nm200-360nm远紫外:远紫外:10-200nm10-200nm 由于远紫外的吸收测量必须在真空条件下进行
2、,故使用由于远紫外的吸收测量必须在真空条件下进行,故使用受到限制;通常紫外受到限制;通常紫外-可见光区域指的是可见光区域指的是200-800nm200-800nm的范围。的范围。一、紫外可见光谱概述一、紫外可见光谱概述赤色赤色橙色橙色红色红色绿色绿色青色青色蓝色蓝色紫色紫色物质颜色物质颜色吸收光吸收光颜色颜色波长波长/nm黄绿黄绿紫紫400-450黄黄蓝蓝450-480橙橙绿蓝绿蓝480-490红红蓝绿蓝绿490-500紫红紫红绿绿500-560紫紫黄绿黄绿560-580蓝蓝黄黄580-600绿蓝绿蓝橙橙600-650蓝绿蓝绿红红650-7502 2。分子的紫外。分子的紫外可见吸收光谱是基于物
3、质分子吸收可见吸收光谱是基于物质分子吸收紫外辐射或可见光,其外层电子跃迁而成,又称分子紫外辐射或可见光,其外层电子跃迁而成,又称分子的电子跃迁光谱。的电子跃迁光谱。与有机物分子紫外与有机物分子紫外-可见吸收光谱有关的电子是:形成可见吸收光谱有关的电子是:形成单键的单键的 电子,形成双键的电子,形成双键的 电子以及未共享的或称为非键电子以及未共享的或称为非键的的n n电子。电子。3。各种电子的能级高低次序。各种电子的能级高低次序 *n n 跃迁跃迁类型类型吸收吸收带带特征特征 maxmax*远紫远紫外区外区远紫外区测定远紫外区测定n n*端吸端吸收收紫外区短波长端至远紫外区的紫外区短波长端至远紫
4、外区的强吸收强吸收*E E1 1芳香环的双键吸收芳香环的双键吸收200200K K(E(E2 2)共轭多稀、共轭多稀、-C=C-C=O-C=C-C=O-等的吸等的吸收收1000010000B B芳香环、芳香杂环合物的吸收,芳香环、芳香杂环合物的吸收,具有精细结构具有精细结构100100n n*R R同时存在杂原子和双键同时存在杂原子和双键 电子电子100-N(CH-N(CH3 3)2 2-NH-NH2 2-OH-OCH-OH-OCH3 3-NHCOCH-NHCOCH3 3-OCOCH-OCOCH3 3-CHCH2 2CHCH2 2COOH-H COOH-H 取代苯取代苯K-K-吸收带吸收带B-
5、B-吸收带吸收带 maxmax(nm)(nm)maxmax maxmax(nm)(nm)maxmaxC C6 6H H5 5-H-H20420474007400254254204204C C6 6H H5 5-CH-CH3 320720770007000261261225225C C6 6H H5 5-OH-OH2112116200620027027014501450C C6 6H H5 5-NH-NH2 22302308600860028028014301430取代苯取代苯K-K-吸收带吸收带B-B-吸收带吸收带 maxmax(nm)(nm)maxmax maxmax(nm)(nm)maxm
6、axC C6 6H H5 5-H-H20420474007400254254204204C C6 6H H5 5-NO-NO2 2268268C C6 6H H5 5-COCH-COCH3 3278.5278.5C C6 6H H5 5-N(CH-N(CH3 3)2 229829821002100 吸电子基使苯环的吸电子基使苯环的B B带往长波长方向移动,吸电子作用带往长波长方向移动,吸电子作用越强,移动越小;吸电子基的作用强度顺序是:越强,移动越小;吸电子基的作用强度顺序是:-N-N+(CH(CH3 3)3 3-NO-NO2 2-SO-SO3 3H-COH-COOH-COH-COO-COOH
7、-COCH-COOH-COCH3 3-Cl-Cl-Br-I Br-I f f、杂芳环化合物、杂芳环化合物 五员杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序紫外吸收波长五员杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序紫外吸收波长逐渐增大。由于硫的电子较氮、氧能更好地和二烯的逐渐增大。由于硫的电子较氮、氧能更好地和二烯的电电子共轭。子共轭。g.溶剂的影响溶剂的影响 溶剂极性增大,导致:溶剂极性增大,导致:*跃迁,能量跃迁,能量减少,所以,吸收带减少,所以,吸收带红移红移,n n*跃迁,能量跃迁,能量增大,所以,吸收带增大,所以,吸收带蓝移蓝移。如:如:N-N-亚硝基二甲胺在不同溶剂中的紫外吸收光谱图亚硝基二甲胺在不同溶剂
8、中的紫外吸收光谱图 溶剂极性增溶剂极性增大,吸收峰大,吸收峰呈规律性蓝呈规律性蓝移移 化合物在化合物在220220800nm800nm内内无紫外吸收无紫外吸收,说,说明该化合物是明该化合物是脂肪烃脂肪烃或它们的简单或它们的简单衍生物衍生物(氯化物、醇、醚、羧酸等氯化物、醇、醚、羧酸等),甚至可能是非,甚至可能是非共轭的烯。共轭的烯。220220250nm250nm内显示内显示强的吸收强的吸收(近近1000010000或更大或更大),这表明,这表明K K带带的存在。即存在共扼的的存在。即存在共扼的两个不饱和键两个不饱和键(共轭二烯或共轭二烯或,不饱和不饱和醛、酮醛、酮)。3 3。紫外谱图提供的结
9、构信息小结。紫外谱图提供的结构信息小结 250250290nm290nm内显示内显示中等强度吸收中等强度吸收,且常显,且常显示不同程度的示不同程度的精细结构精细结构,说明有,说明有苯环苯环或某些或某些杂杂芳环芳环的存在。的存在。250250350nm350nm内显示内显示中、低强度的吸收中、低强度的吸收,说,说明明羰基羰基或或共轭羰基共轭羰基的存在。的存在。300nm300nm以上的以上的高强度高强度吸收,说明该化合物具吸收,说明该化合物具有较大的有较大的共轭体系共轭体系。若高强度吸收具有明显的。若高强度吸收具有明显的精细结构精细结构。说明。说明稠环芳烃稠环芳烃、稠环杂芳烃或其衍、稠环杂芳烃或
10、其衍生物的存在。生物的存在。两者具有相似的紫外两者具有相似的紫外吸收峰吸收峰,是因为,两分是因为,两分子中有相同的子中有相同的O=C-C=CO=C-C=C共轭结构共轭结构。例例1 1:胆甾酮(:胆甾酮(a a)与异亚丙基丙酮()与异亚丙基丙酮(b b)的紫外光谱图)的紫外光谱图 *电子跃迁电子跃迁n n*电子跃迁电子跃迁 例例2 2:烷基取代硝基苯烷基取代硝基苯的紫外光谱图的紫外光谱图 与硝基苯相比,与硝基苯相比,2,4,6-2,4,6-三丁基硝基苯在三丁基硝基苯在255nm255nm附近附近的吸收峰已经消失;可以的吸收峰已经消失;可以清楚地看到清楚地看到空间阻碍空间阻碍对分对分子吸收光谱的影
11、响。子吸收光谱的影响。例例3:3:偶氮苯顺反异构体的紫外吸收谱图偶氮苯顺反异构体的紫外吸收谱图 顺式偶氮苯顺式偶氮苯反式偶氮苯反式偶氮苯 反式偶氮苯的摩尔吸光反式偶氮苯的摩尔吸光系数则远远大于顺式,且系数则远远大于顺式,且吸收峰位红移。因为,反吸收峰位红移。因为,反式偶氮苯的空间位阻小。式偶氮苯的空间位阻小。三、紫外光谱的定析方法三、紫外光谱的定析方法 1.1.比较未知物比较未知物与已知标准物质与已知标准物质的紫外光的紫外光谱图,若两者的谱图相同,则可认为待测样谱图,若两者的谱图相同,则可认为待测样品与已知物质具有相同的生色团。品与已知物质具有相同的生色团。2.2.紫外吸收光谱相同,两种化合物
12、有时紫外吸收光谱相同,两种化合物有时不一定相同,所以在不一定相同,所以在比较比较maxmax的同时,还的同时,还要比较它们的要比较它们的值值。3.3.紫外可见吸收光谱可用于检出紫外可见吸收光谱可用于检出某些某些官能团官能团。1.Lamber-Beer定律定律吸收光谱法基本定律吸收光谱法基本定律四、紫外光谱的定量分析四、紫外光谱的定量分析它描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓它描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系。度的关系。假设一束平行单色光通过一个均匀的、非散射的吸光假设一束平行单色光通过一个均匀的、非散射的吸光物体,取物体中一极薄层,物体,取物体中一极薄层,lLamb
13、erLamber-Beer-Beer定律的适用条件(前提)定律的适用条件(前提)l入射光为单色光,均匀非散射的稀溶液入射光为单色光,均匀非散射的稀溶液l该定律适用于均匀非散射固体、液体和气体样品该定律适用于均匀非散射固体、液体和气体样品l在在同同一一波波长长下下,各各组组分分吸吸光光度度具具有有加加和和性性 A=AA=A1 1+A+A2 2+A+An n2 2吸光度测量的条件选择:吸光度测量的条件选择:1 1)测量波长的选择)测量波长的选择:maxmaxA Amaxmax,测定灵敏度高测定灵敏度高选选选选A=0.15-1.00A=0.15-1.00A=0.15-1.00A=0.15-1.002
14、 2)吸光度读数范围的选择:)吸光度读数范围的选择:3 3)参比溶液)参比溶液(空白溶液空白溶液)的选择:的选择:解两方程即可求出组份解两方程即可求出组份A A和和B B的浓度。的浓度。也可以利用双波长分光光度法或导数分光光度法等新方也可以利用双波长分光光度法或导数分光光度法等新方法测定。法测定。3 3定量分析的类型定量分析的类型(1 1)单组分分析:标准曲线法或标准比较法)单组分分析:标准曲线法或标准比较法(2 2)多组分的分析:)多组分的分析:当各组分的吸收光谱不重叠时,如单组分测定。当各组分的吸收光谱不重叠时,如单组分测定。若两组分的吸收光谱互相重叠时,可以根据吸光度的若两组分的吸收光谱
15、互相重叠时,可以根据吸光度的加和性,在多个波长下测定吸光度并利用解联立方程方加和性,在多个波长下测定吸光度并利用解联立方程方法求解。即法求解。即(3 3)其它分光光度分析法)其它分光光度分析法双波长分光光度法双波长分光光度法a a双波长等吸收法:当光谱重叠、但两组份的两双波长等吸收法:当光谱重叠、但两组份的两吸收峰在测定波长范围内重叠时,在其光谱中选择吸收峰在测定波长范围内重叠时,在其光谱中选择两波长,在选定的波长处,干扰组分有相同的吸收;两波长,在选定的波长处,干扰组分有相同的吸收;被测组分与干扰组分的吸收有足够大的差别。则两被测组分与干扰组分的吸收有足够大的差别。则两波长处吸光度的差值与被
16、测组份的浓度成正比。波长处吸光度的差值与被测组份的浓度成正比。因为所以可见,在双波长分光光度法中吸光度可见,在双波长分光光度法中吸光度的差值与干扰组份无关。的差值与干扰组份无关。b b比例系数双波长法:当光谱重叠、但干扰组份的吸收比例系数双波长法:当光谱重叠、但干扰组份的吸收峰不在测定波长范围内的两组份共存时,在其光谱中选峰不在测定波长范围内的两组份共存时,在其光谱中选择两波长,在选定的波长处,干扰组分的吸收与测定波择两波长,在选定的波长处,干扰组分的吸收与测定波长处的吸收存在一定比例,长处的吸收存在一定比例,即即 时,时,;被测组分与干扰组;被测组分与干扰组分的吸收有足够大的差别。则两波长处
17、吸光度的差值与分的吸收有足够大的差别。则两波长处吸光度的差值与被测组份的浓度成正比。被测组份的浓度成正比。导数分光光度法导数分光光度法导数分光光度法是利用自动电路对光谱进行求导,导数分光光度法是利用自动电路对光谱进行求导,其导数信号与浓度成正比,即其导数信号与浓度成正比,即 奇数阶导数光谱中的奇数阶导数光谱中的零,偶数阶导数光谱中零,偶数阶导数光谱中的极值(极大或极小),的极值(极大或极小),对应于常规吸收曲线上对应于常规吸收曲线上的最大值。的最大值。随着导数阶数增加,吸随着导数阶数增加,吸收峰的尖锐程度增大,收峰的尖锐程度增大,带宽减小带宽减小,因此有利于因此有利于重叠峰的分离、有利于重叠峰
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