第1节光度法基本原理优秀课件.ppt
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1、第1节光度法基本原理第1页,本讲稿共43页光分析法光分析法光谱分析法光谱分析法非光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱折折射射法法圆圆二二色色性性法法X射射线线衍衍射射法法干干涉涉法法旋旋光光法法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法基于电磁辐射能量与待测物质相基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的质
2、组成及结构关系所建立起来的分析方法分析方法基于物质与辐射能作用时,基于物质与辐射能作用时,分子发生能级跃迁而产生的分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长强发射、吸收或散射的波长强度进行分析的方法度进行分析的方法不涉及能级跃迁,物质与不涉及能级跃迁,物质与辐射作用时,仅改变传播辐射作用时,仅改变传播方向等物理性质方向等物理性质第2页,本讲稿共43页(1)分子吸收光谱的产生)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 能级:电子能级、振动能级、转动能级能级:电子能级、振动能级、转动能级 跃迁:电子受激发,从低能级转移到高跃迁:电子受激发,从低能级转移到高 能级的过程能级的过程一
3、、一、有机化合物紫外吸收光谱的产生有机化合物紫外吸收光谱的产生1.产生原因产生原因第3页,本讲稿共43页第4页,本讲稿共43页(2)分子吸收光谱的分类:)分子吸收光谱的分类:分子内运动涉及三种跃迁能级,所需能量大小顺序:分子内运动涉及三种跃迁能级,所需能量大小顺序:电子能级间跃迁的同时,总伴随有振动和转动能级间的电子能级间跃迁的同时,总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。所以紫外生的若干谱线而呈现宽谱带。所以紫外-可见吸收光谱是带可见吸收光谱是带状光谱。状光谱。第5页,本讲稿共
4、43页光光谱谱区区波波长长范范围围原子或分子的运原子或分子的运动动形式形式X射射线线0.01-10 nm原子内原子内层电层电子的子的跃跃迁迁远远紫外紫外10-200 nm分子中原子外分子中原子外层电层电子的子的跃跃迁迁紫外紫外200-380 nm分子中原子外分子中原子外层电层电子的子的跃跃迁迁可可见见光光380-780 nm分子中原子外分子中原子外层电层电子的子的跃跃迁迁近近红红外外780 nm-2.5 m分子中涉及分子中涉及氢氢原子的振原子的振动动红红外外2.5-50 m分子中原子的振分子中原子的振动动及分子及分子转动转动远红远红外外50-300 m分子的分子的转动转动微波微波0.3 mm-
5、1 m分子的分子的转动转动无无线电线电波波1-1000 m核磁共振核磁共振电磁波谱电磁波谱第6页,本讲稿共43页 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱,是其分子中外层价可见吸收光谱,是其分子中外层价电子跃迁的结果(三种):电子跃迁的结果(三种):形成单键的形成单键的电子;电子;形成双形成双键的键的电子;电子;未成键的未成键的n电子。电子。分子轨道理论分子轨道理论:一个成一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态,即成键于分子轨道的基态,即成键轨道上。轨道上。外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态外层电子
6、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:大小顺序为:n n n n 2.电子跃迁形式电子跃迁形式第7页,本讲稿共43页(1)跃迁跃迁 所需能量最大,吸收远紫外光的能量才能发生跃迁,只所需能量最大,吸收远紫外光的能量才能发生跃迁,只能被真空紫外分光光度计检测到。能被真空紫外分光光度计检测到。远紫外区吸收波长:远紫外区吸收波长:200nm。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 跃迁。如:丙酮跃迁。如:丙酮n 跃迁的跃迁的为为275nm,max为为22 Lmol-1 cm-1(溶剂环己
7、烷溶剂环己烷)。特点:摩尔吸光系数一般为特点:摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1,吸收谱带强度较弱吸收谱带强度较弱。第9页,本讲稿共43页 一般说来:未成键的孤对电子较易激发。成键电子一般说来:未成键的孤对电子较易激发。成键电子能级低,反键电子相反,能级低,反键电子相反,n n*跃迁需要能最低。所产跃迁需要能最低。所产生的吸收波长最长。生的吸收波长最长。n n*,*次之,次之,*出出现在远紫外区,吸收波长现在远紫外区,吸收波长200nm200nm的光),但当它们与生色团相连时,增的光),但当它们与生色团相连时,增强生色团的生色能力,强生色团的生色能力,能使生色基的吸收谱带明显
8、地向长波移动,而且能使生色基的吸收谱带明显地向长波移动,而且吸收强度也相应的增加,这样的基团称为助色团。吸收强度也相应的增加,这样的基团称为助色团。n由于由于n电子与电子与电子的电子的P-共轭效应导致共轭效应导致*跃迁能量降低,跃迁能量降低,吸收波长向长波吸收波长向长波方向移动,吸收强度增加。方向移动,吸收强度增加。n饱和单键碳氢化合物中,由于助色团中饱和单键碳氢化合物中,由于助色团中n电子较电子较电子易于激发,使电子跃迁电子易于激发,使电子跃迁所需能量降低,产生所需能量降低,产生n*跃迁跃迁,吸收峰向长波方向移动吸收峰向长波方向移动。如如:甲烷甲烷 为为125nm135nm(跃迁跃迁)碘甲烷
9、碘甲烷 为为150nm210nm(跃迁跃迁)及及259nm(n跃迁跃迁)(2)助色团助色团(P275 表表9-2)第12页,本讲稿共43页 有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使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最大吸收波长maxmax和吸收强度发生变化和吸收强度发生变化:umaxmax向向长波方向长波方向移动称为红移(或深色移动),移动称为红移(或深色移动),红移一般红移一般是由于共轭体系延长或增加了助色基引起;是由于共轭体系延长或增加了助色基引起;umaxmax向向短波方向短波方向移动称为蓝移移动称为蓝移(或紫移或紫移);u吸收强度即摩尔吸光系数吸收强度
10、即摩尔吸光系数增大增大 的现象称为增色效应;的现象称为增色效应;u吸收强度即摩尔吸光系数吸收强度即摩尔吸光系数减小减小 的现象称为减色效应。的现象称为减色效应。(3)红移、蓝移、增色效应、减色效应红移、蓝移、增色效应、减色效应第13页,本讲稿共43页紫外光谱谱带有:紫外光谱谱带有:R带带 值值100 B带带 值约值约250 3000 E带带 值约值约2000 10000 K带带 值值100004.谱带分类谱带分类第14页,本讲稿共43页(1)R带带:(Radikalartin德文德文:基团型的基团型的)由由n*跃跃迁迁引引起起的的吸吸收收带带,产产生生该该吸吸收收带带的的发发色色团团是分子中的
11、是分子中的P-*共轭体系,如共轭体系,如-C=O,-NO2,-CHO等。等。特征:强度弱,特征:强度弱,100(log 2),吸收峰一般在,吸收峰一般在270nm以上以上 CH3CHO max 291nm ,11 CH2=CH-CHO max 315nm,14 第15页,本讲稿共43页 CH2=CH-CH=CH-CH=CH2 max 258 (35000)CH2=CH-CH=CH2 max 223 (22600)孤孤立立双双键键的的*跃跃迁迁一一般般l0000,此时亦称为,此时亦称为K带。带。a.E1带带:乙乙烯烯带带(Ethylenic band),max 184nm,log 4。为苯环的特
12、征谱带,吸收强度较大。为苯环的特征谱带,吸收强度较大。当苯环上有助色团时,向长波方向移至当苯环上有助色团时,向长波方向移至200 220nm。E带带:E1和和E2带带第18页,本讲稿共43页二、各类有机化合物的紫外光谱二、各类有机化合物的紫外光谱1.饱和烃饱和烃X饱和单键碳氢化合物只有饱和单键碳氢化合物只有键电子。键电子。键电子最不易激键电子最不易激发。只有吸收很大能量后,才能产生发。只有吸收很大能量后,才能产生*跃迁。仅在跃迁。仅在远紫外区(远紫外区(10200)有吸收带,且)有吸收带,且小。小。紫外吸收光谱中常用作溶剂紫外吸收光谱中常用作溶剂,如如 己烷,庚烷等。己烷,庚烷等。当饱和烃中的
13、氢被当饱和烃中的氢被,取代时,这些原子上存在取代时,这些原子上存在 n电子电子,可产生,可产生n*跃迁。当含有跃迁。当含有S、I、N原子时有可原子时有可 能在能在200nm处有吸收。有时在近紫外区,但处有吸收。有时在近紫外区,但小。小。例如例如 CH4 130 nm CH3Cl 173 nm CH3Br 204 nm CH3I 258 nm氯、溴和碘原子引入甲氯、溴和碘原子引入甲烷后,其相应的吸收波烷后,其相应的吸收波长发生了红移,显示了长发生了红移,显示了助色团的助色作用。助色团的助色作用。第19页,本讲稿共43页2.不饱和脂肪烃不饱和脂肪烃(1)单单烯烯烃烃:-*跃跃迁迁虽虽然然强强度度很
14、很大大,但但落落在在真真空空紫紫外外区,仍然看不见。区,仍然看不见。(2)共共轭轭双双键键体体系系:由由多多个个双双键键组组成成共共轭轭双双键键体体系系,随随着着共共轭轭体体系系的的延延伸伸,生生色色团团加加强强,吸吸收收强强度度增增加加,颜色逐渐变深,吸收光谱发生较大幅度的红移。颜色逐渐变深,吸收光谱发生较大幅度的红移。例如例如:max(nm)lg max H2C=CH2 162 4 CH2=CHCH=CH2 217 4 第20页,本讲稿共43页K吸收带:由共轭双键中吸收带:由共轭双键中*跃迁所产生的吸收带。跃迁所产生的吸收带。特点:强度大特点:强度大 max在在104 20104之间,吸收
15、峰位置在之间,吸收峰位置在 217-280 nm范围内。范围内。K吸收带波长、强度与共轭体系数目、位置、取代种类吸收带波长、强度与共轭体系数目、位置、取代种类有关,即:共轭双键越多,红移越显著。有关,即:共轭双键越多,红移越显著。P277 表表9-4 据此可判断共轭体系存在的情况,这是紫外吸收的据此可判断共轭体系存在的情况,这是紫外吸收的重要应用。重要应用。第21页,本讲稿共43页烯类紫外光谱有下列特点烯类紫外光谱有下列特点:(1)在在双双键键碳碳原原子子上上的的氢氢被被含含氢氢的的烷烷基基取取代代时时,由由于于超超共共轭轭效效应应,吸吸收收峰峰向向长长波波方方向向移移动动。双双键键上上每每增
16、增加加一一个个烃基,吸收峰谱带向长波移动约烃基,吸收峰谱带向长波移动约5nm。乙烯及其同系物的吸收光谱乙烯及其同系物的吸收光谱 化化 合合 物物 max(nm)max(nm)CHCH2 2=CH=CH2 2 162162 1200012000 R-CH=CHR-CH=CH2 2 187187 90009000 (H(H3 3C)C)2 2C=C(CHC=C(CH3 3)2 2 197197 1150011500第22页,本讲稿共43页 (2)顺反异构体中反式比顺式吸收波长长。顺反异构体中反式比顺式吸收波长长。(4)环环状状烯烯烃烃中中,吸吸收收光光谱谱与与双双键键所所处处的的位位置置有有关关,
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