仪器分析（第二版）第七章 紫外与可见分光光度法.ppt

第七章 紫外与可见分光光度法 第一节 概述 第二节 紫外吸收光谱 第三节 光的吸收定律 第四节 紫外-可见分光光度计 第五节 显色反应及显色条件的选择 第六节 吸光度测量条件的选择 第七节 分光光度法的应用,第一节 概述,一、紫外-可见分光光度法的分类 1.按测量光的单色程度（即所含波长范围的宽窄程度）划分（1）分光光度法 单色程度好，指应用波长范围很窄的光与被测物质作用而建立的分析方法（用棱镜和光栅进行分光）,紫外可见吸收光谱：由分子价电子能级跃迁产生。波长范围：100-800 nm.远紫外光区:100-200 nm 近紫外光区:200-400 nm 可见光区:400-800 nm可用于结构鉴定和定量分析。,（2）比色法 应用单色性较差的光（即包含相当宽的波长范围的光）与被测物质作用而建立的方法，仅在可见光区使用（400-780 nm），包括目视法和光电比色法。2.按测量光所在的波谱区域划分（1）紫外分光光度法 用于分析具有芳香结构及含有共轭体系的化合物。（2）可见分光光度法 通常合称为紫外-可见分光光度法。,二、物质对光的选择性吸收 溶液呈现的颜色是透过光的颜色，如左图 所示，也就是物质所吸 收光的互补色。三、UV-VIS 法特点 灵敏度高 选择性好 应用范围广 设备和操作简单 价格低廉,第二节 紫外吸收光谱,一、紫外吸收光谱的产生 由分子中价电子能级的跃迁而产生。有机化合物分子的价电子主要有:形成单键的电子，形成双键的电子，未成键的 n(p)电子。当吸收一定能量后，这些价电子将跃迁到能量较高 的能级，形成紫外吸收光谱。,可能发生的跃迁种类:（1）成键轨道与反键轨道之间的跃迁 包括*，*（2）非键电子向反键轨道跃迁 包括 n*，n*（3）电荷转移跃迁 所需能量大小：*n*n*二、无机化合物的紫外吸收光谱（1）荷移光谱 LM ML,MM（2）配位场光谱 包括 ff 和 dd 跃迁,三、有机化合物的紫外吸收光谱（一）紫外吸收光谱与有机化合物分子结构的关系 生色团：分子中能吸收 UV 光的基团。它们含有键和 n 电子，可发生 n*和*跃迁。如：C=C，C=O，S=C，C=N，N=N 及 N=O 等。,助色团：能使生色团的吸收峰向长波方向移动的基团。这些基团都含有孤对电子，借助 p-共轭，使体系能量降低，使吸收峰移向长波。如：-OH，-Cl，-Br 等。,红移,蓝移,增色效应,减色效应,红移：吸收峰向长波方向移动蓝移：吸收峰向短波方向移动增色：吸收强度增大减色：吸收强度减小,1.饱和烃*通常波长小于 200 nm 例如，CH4*125-135 nm CH3I*150-210 nm n*259 nm 2.不饱和脂肪烃*,（1）含孤立双键、叁键的吸收峰位于远紫外光区。（2）若双键上有助色团取代，向长波方向移动。（3）若烯烃中含有两个或两个以上双键，但不共轭，其吸收峰的位置与孤立的 C=C 双键基本一致，但前者吸收强度增大。,（4）若烯烃中含有两个或两个以上双键共轭时，其吸收峰波长增加，吸收强度增大。这种由共轭双键中*跃迁所产生的吸收带称为 K 带。由 n*跃迁所产生的吸收带称为 R 带。,3.芳香烃 芳香烃为环状共轭体系。苯在紫外光区有三个吸收带，它们都是由共轭的*跃迁产生。E1带：185 nm，摩尔吸光系数 68000 E2带：204 nm，摩尔吸光系数 8800 B 带：254 nm，摩尔吸光系数 200 苯环有取代基时，峰的位置发生红移。稠环化合物，峰位红移得更明显。,（二）影响紫外吸收光谱的因素 1.溶剂的影响（1）溶剂的极性 溶剂极性的影响,En,Ep,En,Ep,极性,非极性,极性,非极性,极性溶剂致使 n*跃迁发生蓝移，使*跃迁带发生红移。,互变异构,极性溶剂,非极性溶剂,max=204 nm,max=243 nm,溶剂 pH 的影响,E2 210.5 nm 235 nm B 270 nm 287 nm,230 nm 203 nm 280 nm 254 nm,（2）分子结构的影响 共轭体系的影响 构型的影响,构象的影响,立体效应,顺反异构,空间位阻,发生红移,（3）影响吸收峰强度的因素,电子从基态跃迁到激发态的几率,跃迁过程中偶极矩的变化,（三）吸收波长计算的经验规则 1.Woodward 定则 适用于计算共轭二烯，共轭多烯，共轭烯酮类化合物*跃迁（K 带）的吸收峰波长。,max=母体二烯烃+环外双键+延伸双键+共轭体系上取代烷基+共轭体系上取代的助色基,不饱和羰基化合物*跃迁max 的计算方法,已知某化合物的max286 nm，确定其结构。,基本值：215 nm 215 nm 烷基取代：12 nm 0 nm：0 nm 18 nm：18 nm 18 nm 环外双键：5 nm 5 nm 共轭系统延长：30 nm 30 nm max=280 nm max=286 nm,2.Scott 定则,Y=烷基或环残基 基本值为 246 nm Y=H 基本值为 250 nm Y=OH,OR 基本值为 230 nm取代基 X 分邻位，间位与对位,（四）紫外分光光度法的应用 1.定性分析 2.推测有机化合物的结构 推测化合物的共轭体系,200-400 nm 无吸收，无共轭体系 210-250 nm 强吸收，K 带，有两个双键共轭,260-350 nm 强吸收，K 带，3 到 5 个双键共轭 270-350 nm 弱吸收，R 带，分子中含有羰基 250-300 nm 中等强度吸收，含有苯环,区分化合物的构型和构象 互变异构体的测定,式中，En、N 为在非极性溶剂中跃迁的能量和波长；Ep 和p 为在极性溶剂中跃迁的能量和波长；N 为阿佛加德罗常数；h 为普朗克常数；c 为光速。,3.氢键强度的测定,4.鉴定有机化合物的纯度,第三节 光的吸收定律,一、LambertBeer 定律 前提：单色光 方法：用选定波长的光照射被测物质溶液，测量它的吸收度,A-吸光度；I-透过光的强度；I0-入射光的强度；k-比例系数；b-比色皿的厚度；c-溶液的浓度,T=,A=,0 A；0 T 1,T-透光率；,A=kcb,二、比例系数 k 的意义及表示方法 A=kcb k=A/cb k 表示单位浓度，单位液层厚度的吸光度，它与吸光物质的性质及入射光的波长有关。k 的表示方法依赖于溶液浓度的表示方法，当 b 的单位为 cm 时，k 有以下 3种表示方法。c 的单位为 g/L，k 称为吸收系数，以 a 表示，单位为 Lg-1 cm-1。c 的单位为 mol/L，k 称为摩尔吸光系数，以表示，单位为 Lmol-1cm-1。c 的单位为百分浓度，k 称为百分吸收系数，以 表示。,三、吸光度的加和性 四、偏离比尔定律的原因 1.入射光非单色性引起的偏离 为讨论方便，假设入射光仅由波长1 和2 组成，对于1，吸光度为 A，则，,1bc1+2bc2+nbcn,对于2，吸光度为 A，则，测定时，入射光总强度为（），透过光强度为（），因此，实际测得的吸光度值为,2.溶液本身引起的偏离 化学因素：要求络合物组成一定且稳定存在 溶液折射率变化 溶液散射,当 时，则 A 与 c 不成直线关系；其差别越大，A 与 c 间线性关系的偏离也越大。,当 时，A=b c，A 与 c 成直线关系；,光度计,一、仪器的分类,光电比色计（VIS）,第四节 紫外可见分光光度计,2.单色器,滤光片：其颜色应与溶液颜色互为补色棱镜：玻璃棱镜、石英棱镜光栅：平面或凹面反射光栅,3.吸收池,石英吸收池-UV 光区 玻璃吸收池-VIS 光区,4.检测系统：光电池、光电管、光电倍增管5.读数显示系统 检流计、自动记录型和数字显示性装置,二、仪器基本结构,第五节 显色反应及显色条件的选择,一、显色反应的选择,1.无机显色剂 硫氰酸盐、钼酸胺、过氧化氢等 2.有机显色剂 偶氮类、三苯甲烷类、卟啉类、安替比 林类、杂多酸类等,灵敏度高，选择性好，显色剂在测定波长处无明显吸收，有色化合物组成恒定、稳定性好。二、显色剂,二、显色条件的选择 1.显色剂用量的选择,则：,上式左边的比值越大,说明反应越完全，显然 k 大、显色剂用量大，利于生成有色络合物。,显色剂用量的确定：CM 及其它条件固定，改变 CL，测其吸光度，绘制吸光度与 CL 关系曲线。,确定方法：固定待测组分及显色剂浓度，改变溶液的 pH 值，测定吸光度，绘制 A-pH 曲线。3.显色温度,2.溶液的酸度,4.显色时间 确定方法：配置一份显色溶液，每隔一定时间 测一次 A，绘制 A-t 曲线。5.干扰离子的影响及相除（1）干扰离子的影响 与显色剂生成有色配合物，产生正误差；干扰离子本身有颜色，产生正误差；与被测离子反应，产生负误差。（2）消除干扰的方法 控制溶液的酸度 加入掩蔽剂 分离干扰离子 选择适当测量波长及参比溶液,一、入射波长的选择 二、参比溶液的选择（1）显色剂及其它试剂均无色，可用纯溶剂做参比溶液。（2）显色剂或其它试剂有色，可用空白溶液作参比溶液。（3）显色剂无色，而试样有色，可用试样作为参比溶液。,第六节 吸光度测量条件的选择,三、吸光度读数范围的选择 在不同吸光度范围内读数会引起不同程度的误差，最适宜的读数范围为 0.2-0.8 之间。对于一个给定的光度计，透光率读数误差 是一个常数，约为0.2-2，但透光率读数误差不能代替测定结果误差，测定结果误差常用浓度的相对误差 c/c 表示。,A=k c b A=k bc c/c=A/A,假设T0.5，可算出不同 T 时的c/c 值。,A=0.434 或 T=36.8%时,浓度测量误差最小,约为1.4%；A=0.15-1.0 或 T=70-10 范围内，浓度测量误差约为 1.4-2.2。,第七节 分光光度法的应用,一、单一组分的测定 例如，邻二氮菲法测 Fe 2+，在 pH 3-8，形成橙红色配合物，max=512 nm，=1.1 104 二、高含量组分的测定 需采用示差法，即用比试液浓度（Cx）稍低的标准溶液（Cs）作参比，调节仪器的透光率为100%（A=0），然后测定试液的吸光度（Ar，称为相对吸光度）；若用普通法，以空白为参比，可测得试液与标准溶液的吸光度分别为 Ax 和 As，根据 Beer 定律：,Ax=bcx As=bcs,Ar=Ax As=b（cx-cs）=b c cx=c+cs,普通法，浓度相对误差的计算：,示差法，浓度相对误差的计算：,式中，Tr 为试样相对于标准溶液为参比时测得的 透光率，Ts 为标准溶液在普通法测得的透光率。,三、多组分分析,1.吸收光谱不重叠 2.吸收光谱重叠,在波长1 和2 处测定吸光度 A1 和 A2，由吸光度的加和性，可得,式中，cx 和 cy 分别为 x 和 y 的浓度。,四、光度滴定,通过测定待测液吸光度的变化以确定反应终点的方法，称为光度滴定法。这种方法是将盛有待测溶液的滴定池放入分光光度计的光路中，测定滴定过程中溶液的吸光度，并绘制滴定体积和对应的吸光度曲线，根据滴定曲线就可以确定滴定终点。五、络合物组成及稳定常数的测定 摩尔比法：设金属离子 M 与络合剂 L 的反应为,固定 CM，增加CR，并测定一系列MRn 的吸光度 A，以CR/CM 比值对A 作图，得如图所示曲线。其中，曲线拐点处对应的值为配合比 n。,稳定常数：,在曲线上任取一点 A i：,于是，可得 K,六、双波长分光光度法,等吸收法：,