仪器分析ppt课件-3紫外.ppt
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1、青岛农业大学青岛农业大学第三章第三章 紫外可见光谱法紫外可见光谱法 基于物质对基于物质对200-800nm200-800nm光谱区辐射的吸收特性光谱区辐射的吸收特性而建立起来的分析测定方法称为紫外而建立起来的分析测定方法称为紫外-可见吸收光可见吸收光谱法(谱法(UV-VisUV-Vis)或紫外)或紫外-可见分光光度法。它属于可见分光光度法。它属于分子光谱法,是由于分子内电子跃迁而产生的光谱。分子光谱法,是由于分子内电子跃迁而产生的光谱。特点:特点:1 1)灵敏度高)灵敏度高 2 2)准确度较高)准确度较高 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 4 4)应用范围广)
2、应用范围广青岛农业大学第一节第一节 紫外可见光谱法的基本原理紫外可见光谱法的基本原理一、紫外-可见吸收光谱由分子中价电子能级跃迁产生。分子具有三种不同能级:电子能级、由分子中价电子能级跃迁产生。分子具有三种不同能级: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。价能量。价电子跃迁的同时,伴随着核振动、分子自身转动能级的跃电子跃迁的同时,伴随着核振动、分子自身转动能级的跃迁(迁(带状光谱带状光谱)。)。波长范围:波长范围:100800nm.(1)远紫外光区远紫外光区:100200nm(2)近紫外光区近紫外光区:
3、200400nm(3)可见光区可见光区:400800nm250300350400nm1234A可用于可用于结构鉴定结构鉴定和和定量分析定量分析。青岛农业大学物质对光的选择性吸收及吸收曲线物质对光的选择性吸收及吸收曲线M +热M +荧光或磷光 E=E2E1=h 量子化;选择性吸收用不同波长的单色光照射,测吸光度;以A 作图,可得吸收曲线。M+h M*基态基态激发态激发态 E1(E)E2青岛农业大学吸收曲线的讨论:吸收曲线的讨论:同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处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对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max同一种物质的不同
4、浓度,其吸收曲线同一种物质的不同浓度,其吸收曲线形状相同形状相同max不变。不变。在在maxmax处吸光度随浓度变化的幅度最大,所以测定最灵敏。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选择入射光波长的重要依据。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。而对于而对于不同物质不同物质,它们的吸收曲线形状和,它们的吸收曲线形状和max则不同。则不同。青岛农业大学相邻两峰的最低点吸收最大的峰吸收次于最大吸收峰青岛农业大学青岛农业大学青岛农业大学二、紫外二、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v由电子对组成的共价键可分为由电子对组成的共价键可分为键
5、键和和键,一个成键轨道一定有一个键,一个成键轨道一定有一个相应的具有较高能量的反键轨道。相应的具有较高能量的反键轨道。分子中没有参加成键的电子处于分子中没有参加成键的电子处于n n非键轨道中。非键轨道中。有机化合物的紫外有机化合物的紫外-可见吸收光谱取决于分子中价电子分布和结可见吸收光谱取决于分子中价电子分布和结合情况。合情况。1 1、有机化合物的紫外可见吸收光谱、有机化合物的紫外可见吸收光谱 基态有机化合物的价电子:电子、电子、n 电子COHn H分子轨道理论分子轨道理论:成键轨道反键轨道青岛农业大学有机分子能级跃迁有机分子能级跃迁可能的跃迁类型可能的跃迁类型有机分子包括有机分子包括:成键轨
6、道成键轨道、;反键轨道反键轨道*、*非键轨道非键轨道n例如例如 H2O分子的轨道:分子的轨道:CHHOoooo=o=n青岛农业大学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。主要涉及两种类型的电子跃迁:1)成键轨道和反键轨道间的跃迁;2)非键电子激发到反键轨道的跃迁。*n E可能的跃迁类型:可能的跃迁类型:-*;-*;-*;n-*;-*;n-*各轨道能级高低顺序:各轨道能级高低顺序:n*(分子轨道理论计算结果);(分子轨道理论计算结果);青岛农业大学 跃迁跃迁所需能量最大;所需能量最大;电子只有吸收远紫外光电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁;饱和烷烃的分子吸收光谱出现
7、在远的能量才能发生跃迁;饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区;吸收波长紫外区;吸收波长200 nm200 nm;例如例如甲烷的甲烷的maxmax125 125 nmnm,乙烷的,乙烷的maxmax135nm135nm。只能被真空紫外分光光度计检。只能被真空紫外分光光度计检测到,因此常作为溶剂用。测到,因此常作为溶剂用。在紫外在紫外-可见吸收光谱分析中,有机化合物的吸收光谱主可见吸收光谱分析中,有机化合物的吸收光谱主要由要由n n ,及电荷转移跃迁产生。及电荷转移跃迁产生。-*和和-*跃迁:尽管所需能量比上述跃迁:尽管所需能量比上述-*跃迁能量小,跃迁能量小,但波长仍处于真空紫外区;但波长仍处于
8、真空紫外区;跃迁跃迁跃迁类型跃迁类型青岛农业大学 n跃迁跃迁所需能量较大。吸收波长为所需能量较大。吸收波长为150260nm,大部分大部分在远紫外区,近紫外区仍不易观察到。在远紫外区,近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素和卤素等杂原子)均呈现等杂原子)均呈现n*跃迁。跃迁。600215CH3NH2365258CH3I200173CH3Cl150184CH3OH1480167H2O max max(nm)化合物青岛农业大学跃迁跃迁 它需要的能量低于它需要的能量低于*跃迁,吸收峰一般处于近紫外光跃迁,吸收峰一般处于近紫外光区,在区,在200
9、nm左右,其特征是摩尔吸光系数大,一般左右,其特征是摩尔吸光系数大,一般 max 104,为强吸收带。如乙烯(蒸气)的最大吸收波长,为强吸收带。如乙烯(蒸气)的最大吸收波长 max为为162nm。含有。含有电子的基团,如双键、叁键、羰基等电子的基团,如双键、叁键、羰基等都可发生都可发生跃迁。跃迁。n跃迁跃迁 这类跃迁发生在近紫外光区。它是简单的生色团如羰基、这类跃迁发生在近紫外光区。它是简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强度弱,硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强度弱,摩尔吸光系数小,通常小于摩尔吸光系数小,通常小于100。青岛农业大学电荷转移跃迁电
10、荷转移跃迁某些分子同时具有电子给予体和电子接受体,它们在外来某些分子同时具有电子给予体和电子接受体,它们在外来辐射的照射下会强烈吸收紫外光或可见光,使电子给予体辐射的照射下会强烈吸收紫外光或可见光,使电子给予体轨道向接受体轨道跃迁,这种跃迁称为电荷转移跃迁。轨道向接受体轨道跃迁,这种跃迁称为电荷转移跃迁。电荷转移跃迁产生的吸收光谱称电荷转移吸收光谱。电荷转移跃迁产生的吸收光谱称电荷转移吸收光谱。电荷转移吸收带的特点是谱带较宽,吸收强度大,摩尔吸电荷转移吸收带的特点是谱带较宽,吸收强度大,摩尔吸光系数可大于光系数可大于104Lmol-1com-1。青岛农业大学2 2、常用术语、常用术语生色团:生
11、色团:最有用的紫外可见光谱是由最有用的紫外可见光谱是由和和n跃迁产生的。这跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类可以吸这类可以吸收光子而产生跃迁的原子基团称为生色团收光子而产生跃迁的原子基团称为生色团。简单的生色团由。简单的生色团由双键或叁键体系组成,如乙烯基、偶氮基双键或叁键体系组成,如乙烯基、偶氮基NN、羰基、羰基、乙炔基、腈基乙炔基、腈基CN等。等。助色团:助色团:有一些含有一些含有n电子的基团电子的基团(如如OH、OR、NH、X等等),它们本身没有生色功能,但当它们与生色团相连时,就会它们本身没有生色功能,但当它们与生色团
12、相连时,就会发生发生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(最大吸收波长最大吸收波长向长波方向移动,且吸收强度增加向长波方向移动,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。青岛农业大学R带带:R带相当于带相当于n*跃迁所产生的吸收带。含有跃迁所产生的吸收带。含有杂原子的不饱和基团,如杂原子的不饱和基团,如-C=O、-N=N-、-NO、-NO2特点:特点:(1)吸收较弱;)吸收较弱;(2)波长较长,)波长较长,200-400nm。K带带:由于共轭双键中由于共轭双键中*跃迁所产生的吸收带跃迁所产生的吸收带称为称为K带。带。特点:特点:(1)吸收强度大,
13、摩尔吸光系数大()吸收强度大,摩尔吸光系数大(104-105之间)。之间)。(2)波长在)波长在217-280nm之间。之间。(3)利用紫外吸收光谱是否有)利用紫外吸收光谱是否有K吸收带,作为吸收带,作为判断共轭体系的重要依据。判断共轭体系的重要依据。Absorption band 吸收带吸收带青岛农业大学E E带和带和B B带带 -芳香烃及其杂环化合物芳香烃及其杂环化合物的吸收光谱的吸收光谱苯的吸收光谱:苯的吸收光谱:E1带带:180180 184 184 nm nm =4700047000E2带带:200200 204 204 nm nm =70007000苯环上三个共扼双键的苯环上三个共
14、扼双键的 *跃迁特征吸收带;跃迁特征吸收带;有助色团有助色团,E,E2 2向长波移动向长波移动,有生色团有生色团,E E2 2与与 K K合并合并,红移红移B带带:230-270 230-270 nm,nm,=200 200 *与与苯环振动引起苯环振动引起是芳香族化合物的特征吸收,在极性溶剂中消失或变得是芳香族化合物的特征吸收,在极性溶剂中消失或变得不明显不明显 。青岛农业大学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)。吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分
15、别称为增色效应或减色效应,如图所示。青岛农业大学1.1.饱和有机化合物饱和有机化合物2.2.不饱和烃及共轭烯烃不饱和烃及共轭烯烃3.3.羰基化合物羰基化合物4.4.芳香族化合物芳香族化合物 三、有机化合物的紫外三、有机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱乙烷乙烷碘乙烷碘乙烷丙酮丙酮丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯苯乙酮苯乙酮青岛农业大学四、影响紫外四、影响紫外-可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素1)共轭效应)共轭效应u 共轭效应使各级能量的能级间的能量差减小,跃迁时共轭效应使各级能量的能级间的能量差减小,跃迁时所需能量也相应减小,使吸收波长产生红移,吸收强度所需能量也相应减小,使吸收波长产生红移,
16、吸收强度增加。增加。u 共轭不饱合度越多,红移越明显,吸收强度也随之增强共轭不饱合度越多,红移越明显,吸收强度也随之增强。CH2CH2max165nm15000CH2CHCHCH2max21721000CH2CHCHCHCHCH2max25735000青岛农业大学3)超共轭效应)超共轭效应 烷基上的烷基上的 电子与共轭体系中的电子与共轭体系中的 电子共轭,使吸收峰向电子共轭,使吸收峰向长波方向移动,吸收强度增强,这种长波方向移动,吸收强度增强,这种 键与键与 键共轭引起现键共轭引起现象称为超共轭。超共轭效应的影响比共轭效应小得多。象称为超共轭。超共轭效应的影响比共轭效应小得多。2)助色效应)助
17、色效应 当助色团与发色团相连时,助色团的当助色团与发色团相连时,助色团的n n电子发色团的电子发色团的 电子电子共轭,使吸收峰向长波方向,吸收强度增强共轭,使吸收峰向长波方向,吸收强度增强CH2CHCHCH2 1,3-丁二烯丁二烯max217nm CH3 CHCHCHCH2 1,3-戊二烯戊二烯 max222nm青岛农业大学4)溶剂效应溶剂效应 n*跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,形成氢键的能跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,形成氢键的能力增加,发生蓝移;力增加,发生蓝移;由由 *跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,发生红移。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
18、变得平滑,精细结构消失。随溶剂极性增加,吸收光谱变得平滑,精细结构消失。1:乙醚2:水12250300苯酰丙酮 青岛农业大学5 5)空间效应)空间效应 由于空间障碍,妨碍两个发色团处于同一个平面,共轭程由于空间障碍,妨碍两个发色团处于同一个平面,共轭程度降低,使吸收峰向短波方向,吸收强度减弱。度降低,使吸收峰向短波方向,吸收强度减弱。二苯乙烯二苯乙烯顺式:顺式:max=280nmmax=280nm;max=10500max=10500反式:反式:max=295.5 nmmax=295.5 nm;max=29000max=29000青岛农业大学第二节第二节 紫外可见光谱仪紫外可见光谱仪青岛农业大
19、学青岛农业大学一、基本构成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,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。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:钨灯作为可见光区:钨灯作为光源,其辐射波长范围光源,其辐射波长范围在在3602500nm。紫外区:氢、氘灯。紫外区:氢、氘灯。发射发射190400nm的连的连续光谱。续光谱。动画动画青岛农业大学 2.单色器单色器 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。波长单色光的光学系统。入射狭缝:光
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