紫外可见光谱分析精选PPT.ppt
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1、紫外可见光谱分析第1页,讲稿共69张,创作于星期二本章知识体系:本章知识体系:1.紫外可见吸收光谱法基本原理紫外可见吸收光谱法基本原理2.光的吸收定律光的吸收定律3.紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计5.紫外可见吸收光谱法的应用紫外可见吸收光谱法的应用4.化合物紫外光谱解析化合物紫外光谱解析第2页,讲稿共69张,创作于星期二导言:导言:光的基本性质光的基本性质光光是是一一种种电电磁磁波波,具具有有波波粒粒二二象象性性。光光的的波波动动性性可可用用波波长长、频率频率、光速光速c、波数(波数(cm-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
2、流组成,光子的能量:E=h=hc/(Planck常数:常数:h=6.62610-34JS)光的波长越短光的波长越短/频率越高频率越高,其能量越大。其能量越大。第3页,讲稿共69张,创作于星期二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+热热M+hM*M+荧光或磷光荧光或磷光基态E1(E)E2激发态E=E2E1=h 选择性吸收产生的原因吸收曲线与最大吸收波长max第4页,讲稿共69张,创作于星期二一、一、紫外紫外-可见吸收光谱法定义可见吸收光谱法定义第一节紫外可见吸收光谱法基本原理第一节紫外可见吸收光谱法基本原理第5页,讲稿共69张,创作于星期二二、二、紫外紫外-可见吸收光谱
3、可见吸收光谱紫外吸收光谱紫外吸收光谱:200400nm;可见吸收光谱可见吸收光谱:400800nm6第6页,讲稿共69张,创作于星期二吸收光谱讨论:吸收光谱讨论:1.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最大吸收波长max2.不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质,它们的吸收曲线形状和max则不同。第7页,讲稿共69张,创作于星期二3.吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为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。物质定性分析的依据之一。a不不同同浓浓度度的的同同一一种种物物质质,在在某某一一定定波波长长下下吸吸光光度度A
4、 有有差差异异,在在max处处吸吸光光度度A 的的差差异异最最大大。此此特特性性可可作作为为物物质质定定量量分分析析的的依依据。据。b在在max处吸光度随浓度变化的幅度最大,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。选择入射光波长的重要依据。第8页,讲稿共69张,创作于星期二4.吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关,也提供分子结构的信息。5.吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,定量分析的依据。第9页,讲稿共69张,创作于星期二(一)物质分子内部三种运动形式:(一)物质分子内部三种运动形式:1
5、1、电子相对于原子核的运动、电子相对于原子核的运动2 2、原子核在其平衡位置附近的相对振动、原子核在其平衡位置附近的相对振动3 3、分子本身绕其重心的转动。、分子本身绕其重心的转动。与这与这3 3种运动相对应,分子存在种运动相对应,分子存在3 3种能级种能级三、有机化合物的紫外三、有机化合物的紫外-可见吸收产生的机制可见吸收产生的机制第10页,讲稿共69张,创作于星期二分分子子具具有有三三种种不不同同能能级级:电电子子能能级级、振振动动能能级级和和转转动动能能级。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
6、Ee、振动能量振动能量Ev、转动能量转动能量Er即即e+v+revr第11页,讲稿共69张,创作于星期二(二)能级跃迁:(二)能级跃迁:电子能级间跃迁的同时,总伴随有振动和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生的若干谱线而呈现宽谱带。跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。第12页,讲稿共69张,创作于星期二讨论:讨论:(1)转动能级间的能量差)转动能级间的能量差r:0.0050.050eV,跃迁产生吸跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱;收光谱位于远红外区。远红
7、外光谱或分子转动光谱;(2)振振动动能能级级的的能能量量差差v约约为为:0.05eV,跃跃迁迁产产生生的的吸吸收光谱位于红外区,红外光谱或分子振动光谱;收光谱位于红外区,红外光谱或分子振动光谱;(3)电子能级的能量差)电子能级的能量差e较大较大120eV。电子跃迁产生的电子跃迁产生的吸收光谱在紫外吸收光谱在紫外可见光区,紫外可见光区,紫外可见光谱或分子的电子可见光谱或分子的电子光谱光谱(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。
8、据。第13页,讲稿共69张,创作于星期二(三)有机化合物分子外层价电子跃迁(三)有机化合物分子外层价电子跃迁吸收光谱产生机制吸收光谱产生机制外层价电子:外层价电子:电子、电子、电子、电子、n电子。电子。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(反键反键轨道轨道)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nn105:超高灵敏;=(610)104:高灵敏;2104:不灵敏。第27页,讲稿共69张,创作于星期二(三)偏离朗伯比耳定律的原因标准曲线法测定未知溶液的浓度时,发现:标准曲线常发生弯曲(尤其当溶液浓度较高时
9、),这种现象称为对对朗伯朗伯比耳定律的偏离比耳定律的偏离。引起这种偏离的因素(两大类):一类是物理性因素,即仪器的非理想引起的;另一类是化学性因素。第28页,讲稿共69张,创作于星期二1、物理性因素朗伯比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。难以获得真正的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯比耳定律的偏离,最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离是非单色光作为入射光引起的偏离。第29页,讲稿共69张,创作于星期二在图上则表现为Ac曲线上部(高浓度区)弯曲愈严重。故朗伯比耳定律只适用于稀溶液。为克服非单
10、色光引起的偏离,首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。第30页,讲稿共69张,创作于星期二2、化学性因素朗伯比耳定律的假定:所有的吸光质点之间不发生相互作用。这种假定只有在稀溶液(c102mol/L时,吸光质点间可能发生缔合等相互作用,直接影响了对光的吸收。故:故:朗伯朗伯比耳定律只适用于稀溶液。比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化,影响吸光度。第31页,讲稿共69张,创作于星期二光源单色器吸收池检测器显示装置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,具有
11、足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区:钨灯作为光源,其辐射波长范围在3202500nm。紫外区:氢、氘灯。发射185400nm的连续光谱。一、基本组成一、基本组成第三节紫外可见分光光度计第三节紫外可见分光光度计第32页,讲稿共69张,创作于星期二将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出任一波长单色光的光学系统。入射狭缝:光源的光由此进入单色器;准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;色散元件:将复合光分解成单色光;棱镜或光栅;聚焦装置:透镜或凹面反射镜,将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝;出射狭缝。2单色器单色器第33页,讲稿共69张,创作于星期二3.样品室样品室样品室放
12、置各种类型的吸收池(比色皿)和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池,可见区一般用玻璃池。4.检测器检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号,常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.结果显示记录系统结果显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。第34页,讲稿共69张,创作于星期二1单光束型单光束型简单,价廉,适于在给定波长处测量吸光度或透光度,一般不能作全波段光谱扫描,要求光源和检测器具有很高的稳定性。2双光束型双光束型自动记录,快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响,特别适合于结构分析。仪器复杂,价格较高
13、。二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型第35页,讲稿共69张,创作于星期二将不同波长的两束单色光(1、2)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。=12nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。3.双波长双波长第36页,讲稿共69张,创作于星期二第四节第四节化合物紫外光谱解析化合物紫外光谱解析饱和烃饱和烃只含有CH和CC单键,只有键电子,电子结合牢固,电子最不易激发,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出现在远紫外区远紫外区(吸收波长150nm,只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的max为125nm,乙烷max为135nm。所以在
14、紫外吸收光谱分析中常用它作溶剂。如己烷,环己烷,庚烷,异辛烷,乙醇,甲醇等。一、饱和烃及其取代衍生物一、饱和烃及其取代衍生物第37页,讲稿共69张,创作于星期二当当饱饱和和单单键键碳碳氢氢化化合合物物中中的的H被被O、N、S、卤卤素素等等杂杂原原子子取取代代时时,这类原子中的n电子较电子易激发,电子跃迁所需能量减低,产生n*跃迁,吸收波长向长波方向移动。如:甲烷的max为125nm(远紫外区),碘甲烷(CH3I)的 吸 收 峰 在 150 210nm(*跃 迁)及 259nm(n*跃迁),CH2I2-292nm,CHI3-349nm。助色团助色团,如-NH2,-NR2,-OH,-OR,-SR,
15、-X等产生红移。第38页,讲稿共69张,创作于星期二不不饱饱和和烃烃类类分分子子中,含有键和键电子,它可以产生*跃迁和*跃迁。*跃迁所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区,摩尔吸光系数max一般在104Lmol1cm1以上,属于强吸收。如乙烯*跃迁的max为162nm,max为1104Lmol-1cm1。二、不饱和烃及共轭烯烃二、不饱和烃及共轭烯烃第39页,讲稿共69张,创作于星期二共轭烯烃共轭烯烃(两个双键被一个单键隔开),相间的键与键相互作用(-共轭效应),生成大键,由于大键各能级间的距离较近(键的平均化),电子易激发,电子跃迁所需能量降低,所以吸收峰向长波移动,吸收带的强
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