仪器分析 (第三版 魏培海)第一章紫外可见分光课件.ppt
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1、第一章 紫外可见分光光度法,利用物质对紫外可见光的吸收特征和吸收强度,对物质进行定性和定量分析的一种仪器分析方法。在化工、医药、冶金、环境监测等领域广泛应用。,1,PPT课件,“十二五”职业教育国家规划教材,仪器分析,(第三版),魏培海 曹国庆 主编,2,PPT课件,第一章 紫外可见分光光度法,“十二五”职业教育国家规划教材,3,PPT课件,了解紫外可见吸收光谱的产生理解化合物电子能级跃迁的类型和特点熟悉紫外可见分光光度计的工作原理掌握光吸收定律的应用及测量条件的选择掌握紫外可见分光光度法在定量分析中的应用,知识目标,4,PPT课件,能解释物质产生的颜色能操作常见的紫外可见分光光度计能应用紫外
2、可见分光光度法进行物质的定量分析,能力目标,5,PPT课件,第一节 基本原理,一、光的基本特性二、光与物质的作用三、光谱吸收曲线四、光吸收定律,6,PPT课件,一、光的基本特性,1光的波动性,光具有波动性:光的折射、衍射和干涉等;光属于电磁波(电磁辐射),可在真空中传输; 光速(真空中):c = 2.997108ms-1。,7,PPT课件,描述参数,频率(赫兹,Hz): 每秒内振动的次数波长(m,cm,m,nm):相邻两个波峰或波谷间的直线距离波数(cm-1): 每厘米内波的振动次数,8,PPT课件,电磁波谱,电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波谱,9,PPT课件,10,PPT课件,2光的粒子性,
3、光具有粒子性: 光电效应光由光子(光量子)组成: 光子具有能量光子的能量与光的频率或波长有关:,E: 焦耳(J)或电子伏特(eV) 1eV=1.60210-19J h: 普朗克常数6.62610-34Js,11,PPT课件,【例1-1】试计算波长为400nm的电磁辐射的能量。分别用焦耳和电子伏特表示。,解:,12,PPT课件,思考,试比较波谱区各种辐射的能量大小。,13,PPT课件,2单色光、复合光和互补色光,单色光:具有同一波长(或频率)的光。复合光:由不同波长的光组合而成的光; 复合光可分离出单色光。可见光:能被肉眼感受到的光; 波长范围:400780nm。,14,PPT课件,日光:复合白
4、光,由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成。,15,PPT课件,互补色光:,如果两种适当颜色的光按一定强度比例混合得到白光,则这两种颜色的光称为互补色光。,16,PPT课件,17,PPT课件,二、光与物质的作用,光的发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。反射、折射、干涉、衍射等过程中,光的传播方向发生改变,但光与物质之间没有能量的传递。,18,PPT课件,1光的吸收,特点:在光的吸收过程中,光与物质之间会产生能量的传递。 微观过程:能级跃迁。,光吸收的条件:,E= Ej-E0,19,PPT课件,【例1-2】某分子中两个电子能级之间的能级差为1eV,若要电子在两个能级之间
5、发生跃迁,需要吸收光的波长为多少nm?如果能级差为20eV,波长应为多大?,解:对应能量的波长分别为:,20,PPT课件,由上述例题得出什么结论?,结论:物质对光的吸收具有选择性。,21,PPT课件,2. 物质颜色的产生,如果完全吸收各种波长的光,则呈黑色;如果完全反射即没有光的吸收,则呈白色;如果选择性吸收了某些波长的光,则呈现的颜色与其反射或透过的光的颜色有关。,光学现象:当一束白光照射到固体物质时,22,PPT课件,如果各种颜色的光透过的程度相同,则溶液无色透明;如吸收了某种波长的光,则溶液呈现的是它吸收的光的互补色。,光学现象:当一束白光照射到溶液时,23,PPT课件,完全吸收,完全透
6、过,吸收黄光,24,PPT课件,物质呈现的颜色与吸收光的对应关系,25,PPT课件,三、光谱吸收曲线,1. 紫外可见吸收光谱产生的机理,分子内的三种运动形式,电子运动: 在不同分子轨道上;原子核之间的相对振动;分子本身绕其重心的转动。,26,PPT课件,分子内的三种能级,电子能级:Ee振动能级: Ev转动能级:Er,E,27,PPT课件,在光吸收受过程中,基于分子中电子能级的跃迁而产生的光谱,称为紫外可见吸收光谱。,紫外-可见吸收光谱,28,PPT课件,2. 光谱吸收曲线,用一连续波长的光以波长大小顺序分别照射分子,测定物质分子对各种波长光的吸收程度(用吸光度A表示)。,实验测量:,数据处理:
7、,以波长()为横坐标,吸光度为纵坐标作图,得到 A关系曲线,即光谱吸收曲线,通常称为吸收光谱。,29,PPT课件,特征:曲线形状峰的数目峰的位置峰的强度,30,PPT课件,图1-3 KMnO4水溶液的吸收曲线。其中(a)、(b)、(c)对应的浓度分别为:1.410-2、2.810-2、5.610-2g/L。,31,PPT课件,同一种物质对不同波长光的吸光度不同;同一物质不同浓度的溶液,曲线形状相似,但一定波长处的吸光度随溶液的浓度增加而增大。物质定量分析的依据;不同物质吸收曲线的特性不同,与物质特性有关。物质定性分析的依据。,谱线讨论,32,PPT课件,四、光吸收定律,光的吸收程度与光通过物质
8、前后的光的强度变化有关 。,33,PPT课件,1. 光强度、透光率和吸光度,34,PPT课件,讨 论,T: 0.00100.0。T=0.00%表示光全部被吸收;T=100.0%表示光全部透过。A: 0.00。A=0.00表示光全部通过;A表示光全部被吸收。,35,PPT课件,当一束平行单色光垂直通过溶液时,溶液对光的吸收程度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。,k为比例常数;b的单位为cm。,2. 朗伯-比尔吸收定律,36,PPT课件,k的讨论,k的物理意义:液层厚度为1cm的单位浓度溶液,对一定波长光的吸光度。k愈大,表示吸收光的能力愈强,分光光度测定的灵敏度就愈高。k的单位及数值还与浓度采用
9、的单位有关 。,37,PPT课件,3. 应用条件,入射光必须为单色光;被测样品必须是均匀介质;在吸收过程中,吸收物质之间不能发生相互作用。,38,PPT课件,应用范围,即适于紫外光、可见光,也适于红外光;即适于均匀非散射的液态样品,也适于微粒分散均匀的固态或气态样品;即可用于单组分分析,也可用于多组分的同时,测定吸光度具有加和性。,39,PPT课件,【例1-3】 已知某化合物的分子量为251,用乙醇作溶剂将此化合物配成浓度为0.150mmol/L的溶液,在480nm波长处用2.00cm吸收池测得透光率为39.8%,求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数及质量吸光系数a。,【解】 已知 c =0.
10、15010-3mol/L,b = 2.00cm, T = 0.398,摩尔吸光系数:,质量吸光系数:,40,PPT课件,4. 朗伯-比尔定律的偏离现象,41,PPT课件,朗伯-比尔定律的局限性: 浓度不高的溶液;非单色入射光引起的偏离: 仪器因素;溶液本身发生化学变化引起的偏离 。,原 因,42,PPT课件,第二节 化合物的紫外可见光谱,一、有机化合物的紫外可见光谱 二、无机化合物的紫外可见光谱,43,PPT课件,光谱产生:由构成分子的原子的外层价电子跃迁所产生; 电子跃迁: 与分子的组成、结构以及溶剂等因素有关。,一、有机化合物的紫外可见光谱,44,PPT课件,1电子跃迁的类型,分子轨道类型
11、,成键轨道:轨道、轨道;,反键轨道:* 轨道、* 轨道;,非键轨道:n 轨道。,图示,45,PPT课件,电子类型,成键电子:电子、电子;,非键轨道:n 电子。,电子吸收光能,由低能极轨道跃迁到高能极轨道。,46,PPT课件,n*,*,n*,*,电子跃迁过程示意,47,PPT课件,*,发生范围:所有有机化合物;,吸收光波长: 200nm;,n*,发生范围:含N、O、S、P和卤素原子的 有机化合物;,吸收光波长:200nm附近;,48,PPT课件,*,发生范围:含有不饱和键的有机化合物; 如: C=C、CC,吸收光波长: 200nm附近;,n*,发生范围:含有不饱和杂原子基团的有 机化合物;既有键
12、又有孤对 电子;如: -C=O、-NO2,吸收光波长: 近紫外区甚至可见去;,49,PPT课件,电荷转移跃迁,发生范围:具有电子给予体和电子接受体 化合物;,吸收光波长: 近紫外区甚至可见区;,50,PPT课件,2常用术语,生色团,定义:含有键的结构单元,举例: CCCO NN、 NO、 CN,电子跃迁:*或n* 跃迁,51,PPT课件,助色团,定义:含有未共用电子对的杂原子基团,举例: NH2 、OH 、NR2 、OR SH 、SR 、Cl 、Br,作用原理: 本身无生色功能,与生色团相连时,基团中的 n电子与生色团中的电子发生n共轭作用,使*跃迁能量降低,跃迁概率变大,增强生色团的生色能力
13、,使吸收波长向长波方向移动。,52,PPT课件,红移和蓝移,红移:使化合物的吸收峰向长波长方向移动的现象。不饱和键之间的共轭效应、引入助色团或改变溶剂的极性,都会引起红移现象。,蓝移:使化合物的吸收峰向短波长方向移动的现象称为蓝移(或紫移)。改变溶剂的极性会引起蓝移现象。,53,PPT课件,3影响紫外可见吸收光谱的因素,(1)共轭效应,(2)容剂效应,(3)溶液pH,54,PPT课件,共轭效应,两个或两个以上不饱和键共轭时,由于共轭后电子的运动范围增大,引起*轨道的能量降低,*跃迁的能级差E减小,吸收光谱产生红移,同时摩尔吸光系数增大。,55,PPT课件,56,PPT课件,溶剂效应,使用的溶剂
14、不同,同一种物质得到的光谱可能不一样。,溶剂对异丙叉丙酮紫外吸收光谱的影响,57,PPT课件,n*跃迁:蓝移; ;, *跃迁:红移; ;,58,PPT课件,溶液pH,不同pH的溶液中,分子或离子的解离形式可能发生变化,其吸收光谱的形状、max和吸收强度可能不一样。,测定这些化合物的紫外可见光谱时,须注意溶液的pH。,59,PPT课件,4常见有机化合物的紫外可见吸收光谱,只能生*跃迁,150nm。可作为测定紫外可见光谱时的溶剂 。引入杂原子,可产生n*跃迁,吸收波长变大。如:CH3I、CH3Br、CH3Cl 、CH4的max分别为259nm、204nm、173nm 、125nm 。电负性越小,
15、max越大。,饱和烃及其取代衍生物,60,PPT课件,产生*和*跃迁。*跃迁吸收光波长大,有实用价值。共轭烯烃,因共轭效应产生红移,共轭体系越大,吸收波长越长。,不饱和烃及共轭烯烃,61,PPT课件,某些共轭多烯的吸收光谱特性,62,PPT课件,特征吸收带:180nm、204nm处产生E1、E2两个强吸收带,由苯环结构中三个键环状共轭系统的跃迁产生。精细结构吸收带:230270nm处出现B吸收带,由*跃迁和苯环振动的重叠引起。 对于稠环芳烃化合物,苯环的数目越多,max越大。,苯及其取代衍生物,63,PPT课件,64,PPT课件,发生n*、n *和*跃迁,产生三个吸收带。n*跃迁所需要的能量较
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