紫外可见分光光度法基本原理课件.ppt
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1、关于紫外可见分光光度法基本原理现在学习的是第1页,共30页一、概述一、概述 光光谱谱分分析析法法是是指指在在光光(或或其其它它能能量量)的的作作用用下下,通通过过测测量量物物质质产产生生的的发发射射光光、吸吸收收光光或或散散射射光光的的波波长长和强度来进行分析的方法。和强度来进行分析的方法。吸收光谱吸收光谱(Absorption Spectrometry)发射光谱发射光谱(Emission Spectrometry)分子光谱分子光谱(Molecular Spectrometry)原子光谱原子光谱(Atomic Spectrometry)紫外紫外可见分光光度法是一种分子吸收光谱法。可见分光光度法
2、是一种分子吸收光谱法。现在学习的是第2页,共30页概述概述: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法称为吸光光度法称为吸光光度法,主要有主要有:红红外外吸吸收收光光谱谱(Infrared Absorption Spectroscopy):分分子子振振动动光光谱,吸收光波长范围谱,吸收光波长范围2.5 1000 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。紫紫外外吸吸收收光光谱谱(Ultraviolet Spectrophotometry):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200 40
3、0 nm(近近紫紫外外区区),可可用用于于结结构构鉴鉴定定和和定定量量分析。分析。可可见见吸吸收收光光谱谱(Visible Spectrophotometry:电电子子跃跃迁迁光光谱谱,吸吸收光波长范围收光波长范围400 750 nm,主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。本章主要讲授紫外可见吸收光谱法。本章主要讲授紫外可见吸收光谱法。现在学习的是第3页,共30页二、紫外可见吸收光谱二、紫外可见吸收光谱 1 1光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波,具有波粒二象性。光的波动性可用波长光是一种电磁波,具有波粒二象性。光的波动性可用波长、频率频率、光速、光速c、波数(波数(cm
4、-1)等参数来描述:等参数来描述:=c ;波数波数=1/=/c 光是由光子流组成,光子的能量:光是由光子流组成,光子的能量:E=h =h c/(Planck常数常数:h=6.626 10-34 J S)光的波长越短(频率越高),其能量越大。光的波长越短(频率越高),其能量越大。白光白光(太阳光太阳光):由各种单色光组成的复合光:由各种单色光组成的复合光 单色光单色光:单波长的光:单波长的光(由具有相同能量的光子组成由具有相同能量的光子组成)可见光区可见光区:400-750 nm 紫外光区紫外光区:近紫外区:近紫外区200-400 nm 远紫外区远紫外区10-200 nm(真空紫外区)真空紫外区
5、)现在学习的是第4页,共30页2.2.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=E2 -E1=h 量子化量子化;选择性吸收;选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同波长光分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同;的吸收程度不同;用不同波长的单色光照射,测吸光度用不同波长的单色光照射,测吸光度 吸吸收曲线与最大吸收波长收曲线与最大吸收波长 max;M +h M*光的互补光的互补:蓝:蓝 黄黄基态基态 激发态激发态E1 (E)E2现在学习的是第5页,共30页关于吸收曲线的讨论:关于吸收曲线的讨论:(1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光)同一
6、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度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max(2)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似max不不变。而对于不同物质,它们的吸收曲线形状和变。而对于不同物质,它们的吸收曲线形状和max则不同。则不同。(动画动画)(3)吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之)吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一。一。(4)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 有差异,在有差异,在max处吸光处吸光度度A 的差
7、异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。(5)在在max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。量分析中选择入射光波长的重要依据。现在学习的是第6页,共30页3.3.紫外紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁可见分子吸收光谱与电子跃迁 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)价电子相对于原子核的运动)价电子相对于原子核的运动 (2)原子核在其平衡位置附近的振动)原子核在其平衡位置附近的振动 (3)分子本身绕其重心的转动)分子本身绕其
8、重心的转动 分子具有三种不同能级:电子能级、振动能级和转动能级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 分子的能量包括分子的能量包括:电子能量电子能量Ee、振动能量振动能量Ev、转动能量、转动能量Er 即即 EEe+Ev+Er 现在学习的是第7页,共30页能级跃迁能级跃迁 紫外紫外-可见光谱属于电子可见光谱属于电子跃迁光谱。跃迁光谱。电子能级电子能级间跃迁的同时总间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃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迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃
9、迁产生动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。的若干谱线而呈现宽谱带。分子吸收光谱是带状光谱分子吸收光谱是带状光谱evr现在学习的是第8页,共30页讨论:讨论:1(1 1)转动能级间的能量差)转动能级间的能量差EEr r:0.0050.0050.0500.050eVeV,跃迁产生吸收跃迁产生吸收光谱位于远红外区,称为远红外光谱或分子转动光谱;光谱位于远红外区,称为远红外光谱或分子转动光谱;1(2 2)振动能级的能量差)振动能级的能量差E Ev v约为:约为:0.050.05eVeV,跃迁产生的吸收光跃迁产生的吸收光谱位于红外区,称为红外光谱或分子振动光谱;谱位于红外区,称为红外光谱或
10、分子振动光谱;1(3 3)电子能级的能量差)电子能级的能量差EEe e较大,为较大,为1 12020eVeV。电子跃迁产生的吸收电子跃迁产生的吸收光谱在紫外光谱在紫外可见光区,称为可见光区,称为紫外紫外可见光谱可见光谱或分子的或分子的电子光谱电子光谱。现在学习的是第9页,共30页讨论:讨论:1 (4 4)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定,反映了分子内部能级分布状况,是物质定性的依据。差所决定,反映了分子内部能级分布状况,是物质定性的依据。1 (5 5)吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关,也提供吸收谱带强度与分子偶
11、极矩变化、跃迁几率有关,也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同物质的不同物质的max有时可能相同,但有时可能相同,但max不一定不一定相同相同;1 (6 6)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,这是定量)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,这是定量分析的依据。分析的依据。现在学习的是第10页,共30页三、分子吸收光谱与电子跃迁三、分子吸收光谱与电子跃迁1 1有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱可见吸收光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收
12、光谱,是其分子中外层价电子跃迁的可见吸收光谱,是其分子中外层价电子跃迁的结果(三种):结果(三种):电子、电子、电子、电子、n电子电子。分子轨道理论分子轨道理论:一个成键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。通常外层电子均处于轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态,即成键轨分子轨道的基态,即成键轨道或非键轨道上。道或非键轨道上。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吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态(反键轨道反键轨道)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 现在学习的是第11页,共30页跃迁跃迁
13、 所需能量最大,所需能量最大,电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和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在远紫外区烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长吸收波长200nm。这类跃迁在跃迁选律上属这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁,摩尔吸光系数一般为于禁阻跃迁,摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1,吸吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和收谱带强度较弱。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。跃迁。丙酮丙酮n 跃迁的跃迁的为为275nm max为为22 Lmol-1 cm-1(溶剂环己烷溶剂环己烷)。现在学习的是第13页,共30
14、页几类有机化合物的紫外吸收光谱:几类有机化合物的紫外吸收光谱:饱和烃饱和烃饱饱和和单键单键碳碳氢氢化合物只有化合物只有 键电子键电子,一般在远紫外区一般在远紫外区(10200nm)才有吸收带。才有吸收带。这类化合物在这类化合物在2001000nm范围内无吸收带,在紫外吸收光谱分析中常用作溶剂范围内无吸收带,在紫外吸收光谱分析中常用作溶剂(如己烷、庚烷、环已烷等如己烷、庚烷、环已烷等)。当当饱饱和和单键单键碳碳氢氢化合物中的化合物中的氢氢被氧、氮、被氧、氮、卤卤素、硫等素、硫等杂杂原子取代原子取代时时,产产生生 n*跃跃迁。例如甲迁。例如甲烷烷一般一般跃跃迁的范迁的范围围在在125135nm(远
15、远紫外区紫外区),碘甲,碘甲烷烷(CH3I)的吸收峰的吸收峰则处则处在在150210nm(跃跃迁迁)及及259nm(跃跃迁迁):现在学习的是第14页,共30页(2 2)不饱和脂肪烃)不饱和脂肪烃l这类化合物有孤立双键的烯烃这类化合物有孤立双键的烯烃(如乙烯如乙烯)和共轭双键的烯烃和共轭双键的烯烃(如丁二烯如丁二烯),它们含有,它们含有键电子,吸收能量后产生键电子,吸收能量后产生*跃跃迁。乙烯迁。乙烯(孤立双键孤立双键)的的 为为171nm(15530 );而丁二烯;而丁二烯()由于两个双键共轭,此时吸由于两个双键共轭,此时吸收峰发生深色移动收峰发生深色移动(=217nm),吸收强度也显著增加,
16、吸收强度也显著增加 (21000 )。l 共轭分子包括共轭二烯(环状二烯,链状二烯)、不饱共轭分子包括共轭二烯(环状二烯,链状二烯)、不饱和酮和酮、不饱和酸、多烯、芳香核与双键或羰基的共轭等。、不饱和酸、多烯、芳香核与双键或羰基的共轭等。现在学习的是第15页,共30页 K K吸收带和吸收带和R R吸收带吸收带K K吸收带:吸收带:由于共轭双键中由于共轭双键中 *跃迁所产生的吸收带称为跃迁所产生的吸收带称为K K吸收带吸收带 从德文从德文Konjugation(Konjugation(共轭作用共轭作用)得名得名。其特点是强度大,摩尔吸光系数通常在。其特点是强度大,摩尔吸光系数通常在1000010
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