3.紫外-可见分光光度分析法 许辉 概述: 3.1 紫外可见吸收光谱 3.1. 2. 基础原理 光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成） 紫外光区：近紫外区10 - 200 nm （线.3 物质对光的选择性吸收及吸收曲线 光的吸收定律 朗伯—比耳定律数学表达式 透光度(透光率)T 2.摩尔吸光系数ε的讨论 摩尔吸光系数ε的讨论 3.偏离朗伯—比耳定律的原因 非单色光作为入射光引起的偏离 讨论: （2） 化学性因素 一、显色反应的选择 二、显色反应条件的选择 三、共存离子干扰的消除 四、测定条件的选择 五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径 一、显色反应的选择 4.显色剂 二、显色反应条件的选择 三、共存离子干扰的消除 四、测定条件的选择 2.选择合适的参比溶液 3.控制适宜的吸光度（读数范围） 最佳读数范围与最佳值 五、提高光度测定灵敏度和选择性 的途径 一、基本组成 二、分光光度计的类型 一、基本组成 2.单色器 3. 样品室 二、分光光度计的类型 一、普通分光光度法 二、示差分光光度法 三、双波长分光光度法 四、导数分光光度法 一、普通分光光度法 二、示差分光光度法（示差法） 示差分光光度法（示差法） 示差法标尺扩展原理： 三、双波长分光光度法 核心问题: 选择波长组合λ1 、λ2的基础要求是： 3.1.4 紫外—可见吸收光谱 能级跃迁 讨论： 第四节 紫外吸收光谱与电子跃迁 ?⑴σ→σ＊跃迁 ? ⑶ π→π＊跃迁 生色团与助色团 红移与蓝移 2.金属配合物的紫外—可见吸收光谱 第五节 化合物紫外—可见光谱的产生 (一)有机物紫外-可见吸收光谱 1，饱和烃及其取代衍生物 饱和烃类分子中只含有?键，因此只能产生???*跃迁，即?电子从成键轨道（ ? ）跃迁到反键轨道（ ? *）。饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可见分光光度计的测量范围。 饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在n电子，可产生n??* 的跃迁。 n??* 的能量低于???*。 例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n??* 跃迁分别出现在173、204和258nm处。这一些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团的助色作用。 直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。 2，不饱和烃及共轭烯烃 在不饱和烃类分子中，除含有?键外，还含有?键，它们能产生???*和???*两种跃迁。 ???*跃迁的能量小于 ???*跃迁。例如，在乙烯分子中， ???*跃迁最大吸收波长为180nm 在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长， ???*跃迁的吸收带 将明显向长波方向挪动，吸收强度也随之增强。在共轭体系中， ???*跃迁产生的吸收带又称为K带。 3，羰基化合物 羰基化合物含有?C=O基团。 ?C=O基团主要可产生???*、 n??* 、n??*三个吸收带， n??*吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们n??*吸收带的光区稍有不同。 羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n??*吸收带，但是， 羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR等，由于这些助色团上的n电子与羰基双键的?电子产生n??共轭，导致?*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变n轨道的能级，因此实现n??* 跃迁所需的能量变大，使n??*吸收带蓝移至210nm左右。 4，苯及其衍生物 苯有三个吸收带，它们都是由???*跃迁引起的。E1带出现在180nm（?MAX = 60，000）； E2带出现在204nm（ ?MAX = 8，000 ）；B带出现在255nm （?MAX = 200）。在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都可能会发生显著的变化，其中影响较大的是E2带和B谱带。 5，稠环芳烃及杂环化合物 稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加。 当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，由于引入含有n电子的N原子的，这类杂环化合物还可能会产生n??*吸收带。 （二）、溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 溶剂对紫外—可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。 改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生明显的变化。下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。 正己烷 CHCl3 CH3OH H2O ???* ?max/nm 230 238 237 243 n ??*?max/nm 329 315 309 305 由上表能够准确的看出，当溶剂的极性增大时，由n ??* 跃迁产生的吸收带发生蓝移，而由???* 跃迁产生的吸收带发生红移。 由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中一定要标注明确所用的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。 选择溶剂时注意下列几点： （1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是惰性的。即所成溶液应拥有非常良好的化学和光化学稳定性。 （2）在溶解度允许的范围内，尽可能地选择极性较小的溶剂。 （3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。 ⑴ 选定的波长λ1和λ2处干扰组分应具有相同吸光度， 即：ΔAy = ΔＡyλ2 － ΔＡyλ1 = 0 故： ΔＡx+y = ΔＡx=(εxλ2－εxλ1)bcx 此时：测得的吸光度差ΔＡ只与待测组分x的浓度呈线性关系，而与干扰组分y无关。若x为干扰组分，则也可用同样的方法测定y组分。 ⑵在选定的两个波长λ1和λ2处待测组分的吸光度应有充足大的差值。 可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合。 物质分子内部三种运动形式： 1.电子相对于原子核的运动， 2.原子核在其平衡位置附近的相对振动 3.分子本身绕其重心的转动。 分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。 三种能级都是量子化的，且各自拥有相对应的能量。 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er 即 Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr ΔΕeΔΕvΔΕr 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生的若干谱线） 转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，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； （2）振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； （3）电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱。 （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。 （5）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。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但εmax不一定相同； （6）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。 1．紫外—可见吸收光谱 有机物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：σ电子、π电子、n电子。 分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。 当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)跃迁。主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊ π→π＊ n→σ＊ σ→σ＊ 所需能量最大，σ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(吸收波长λ 200nm，只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的λmax为125nm,乙烷λmax为135nm。 ?⑵n→σ＊跃迁 所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*跃迁的λmax分别为173nm、183nm和227nm。 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εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为1×104L·mol-1·cm－1。 ? ⑷ n→π＊跃迁 需能量最低，吸收波长λ200nm。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10～100L·mol－1 ·cm－1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊ 跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λmax为275nm εmax为22 L·mol－1 ·cm －1（溶剂环己烷)。 生色团： 最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C三N等。 助色团： 有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向挪动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。 有机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λmax和吸收强度发生明显的变化: λmax向长波方向挪动称为红移，向短波方向挪动称为蓝移 (或紫移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。 金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游离金属离子(水合离子)和配位体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要有三种类型： ⑴配位体的金属离子d一d电子跃迁和ｆ一ｆ电子跃迁 摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。 ⑵金属离子的配位体内电子跃迁 金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化很明显。 ⑶电荷转移吸收光谱 在分光光度法中具备极其重大意义。 例：测定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO４)23-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。 2.选择适当的显色反应条件 3.分离干扰离子 1.选择适当的入射波长 一般应选择λmax为入射光波长。但如果λmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。 为什么需要用参比溶液？ 测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光度。 参比溶液的选择一般遵循以下原则： ⑴若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液； 不同的透光度读数，产生的误差大小不同： －lgT=εbc 微分：－dlgT＝－0.434dlnT= - 0.434T-1 dT=εb dc 两式相除得： dc/c= （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得： Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT 浓度测量值的相对误差（Δc /c）不仅与仪器的透光度误差ΔT有关，而且与其透光度读数T 的值也有关。 是不是真的存在最佳读数范围？何值时误差最小？ 设：ΔT=1%，则可绘出溶液浓度相对误差Δc/c与其透光度T 的关系曲线。 如图所示： 当：ΔT =1%，T在20%～65%之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围。 用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=20～65％(吸光度A=0.70～0.20)。 可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为： Tmin＝36.8%, Amin＝0.434 1.合成新的高灵敏度有机显色剂 2.采用分离富集和测定相结合 3.采用三元(多元)配合物显色体系 由一个中心金属离子与两种(或两种以上)不同配位体形成的配合物，称为三元(多元)配合物。 3.4 紫外—可见分光光度计 仪器 可见分光光度计 紫外-可见分光光度计 光源 单色器 样品室 检测器 显示 1. 光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，有充足的辐射强度、较好的稳定性、较长的常规使用的寿命。 可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射185～400 nm的连续光谱。 （动画） 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任 波长单色光的光学系统。 ①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； ④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； ⑤出射狭缝。 样品室放置很多类型的吸收池（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 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. 结果为记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。 1.单光束：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：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，很适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。 3.双波长：将不同波长的两束单色光(λ1、λ2) 快速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。△?=1～2nm ⑵若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液 ⑶若待测试样基体溶液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液； ⑷若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。 多元配合物显色反应具备极高的灵敏度， 一方面是由于多元配合物比其相应的二元配合物分子截面积更大； 另一方面是因为第二或第三配位体的引入，可能会产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作用，使共轭π电子的流动性和电子跃迁几率增大。 三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束(增溶)配合物。 第四节 分光光度测定方法 1.单组分的测定 一般会用 A-C 标准曲线法定量测定,还有比较法。 2.多组分的同时测定 ⑴若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。 ⑵若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。 Aλ1= εaλ1bca ＋ εbλ1bcb Aλ2= εaλ2bca ＋ εbλ2bcb 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。 即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。 设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cs cx)。则： Ax= εb cx As = εb cs ΔＡ＝Ａx －Ａs =εb(cx － cs ） =εbΔc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差ΔＡ。 ΔＡ＝Ａx －Ａs =εb(cx － cs ）=εbΔc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差ΔＡ。 示差法测得的吸光度与Δc呈直线关系。由标准曲线上查得相应的Δc值，则待测溶液浓度cx ： cx = cs + Δc 普通法： cs的T=10%；cx的T=5% 示差法： cs 做参比，调T=100% 则： cx的T=50% ；标尺扩展10倍 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光(λ1和λ2)；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1作为参比，来消除干扰。 在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。 ΔＡ＝A λ2 －A λ1 ＝（ελ2 －ελ1 ) b c 两波长处测得的吸光度差值ΔＡ与待测组分浓度成正比。 ελ1和ελ2分别表示待测组分在λ1和λ2处的摩尔吸光系数。 核心问题是测量波长λ2和参比波长λ1的选择与组合。 以两组分x和y的双波长法测定为例： 设：x为待测组分，y为干扰组分，二者的吸光度差分别为 ΔＡx和ΔＡy， 则该体系的总吸光度差ΔＡx+y为： ΔＡx+y = ΔＡx + ΔＡy 如何明智的选择波长λ1 、λ2有一定的要求。 * * 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法,主要有: 红外吸收光

  T_CECS 717-2020 城镇排水管道非开挖修复工程项目施工及验收规程.docx

  QGDW11675-2017±1100kV直流架空输电线路设计规范.docx

  2022年深圳大学计算机科学与技术专业《计算机网络》科目期末试卷B（有答案）.docx

  FusionServer RH2288 V3 服务器 用户指南 01.pdf

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者