《分析化学：紫外可见光分光光度法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分析化学：紫外可见光分光光度法（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,光学分析法概论,第一节 电磁辐射及其物质的相互作用,一、电磁辐射和电磁波谱 二、光学分析法的分类 三、光谱法仪器分光光度计,依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称光学分析法 。,2,一、电磁辐射和电磁波谱,1电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、 不需要任何物质作为传播媒介的一种能量,2电磁辐射的性质：具有波、粒二向性 波动性： 粒子性：,3,3电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称。,射线 X 射线紫外光可见光红外光微波无线电波,4,常见的电磁辐射与物质作用的术语：,吸收：是原子、分子或离子吸收光子的能量（等 于基态和激发态能量之差），从基态跃迁
2、至激发态的过程。,发射：是物质从激发态跃迁回基态，并以光的形式释放出能量的过程。,散射：没涉及能量的交换。 拉曼散射：涉及能量的交换。,折射、反射、干涉、衍射,5,二、光学分析法及其分类,（一）分类： 1光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部 发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射 辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量 分析方法,6,2非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定 电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基 本性质变化的分析方法 分类：折射法、旋光法、比浊法、射线衍射法,3光谱法与非光谱法的区别：,7,原子光谱法：以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原
3、子光谱为基础的成分分析方法。,原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法,分子光谱法：由分子中电子能级、振动和转动能级的变化，表现形式为带光谱。,红外吸收法、紫外-可见光吸收光谱法、分子荧光和磷光光谱法,8,1分子吸收光谱的产生由能级间的跃迁引起,能级：电子能级、振动能级、转动能级 跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程,若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射前后的 光强度变化转变为电信号并记录下来，就可得到光强 度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱,9,2分子吸收光谱的分类： 分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序,3紫外-可见吸收光谱的产生 由于分
4、子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中 价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生 （吸收能量=两个跃迁能级之差）,10,（三）发射光谱,（四）吸收光谱,例：-射线；x-射线；荧光,例：原子吸收光谱，分子吸收光谱,11,三、光谱法仪器分光光度计,主要特点：三个基本单元组成,光源,单色器,样品池,检测器,记录显示装置,12,紫外-可见光光度法,13,第一节 基本原理和概念,一、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型 二、相关的基本概念 三、吸收带类型和影响因素 四、影响吸收带的因素 五、朗伯比尔定律,14,一、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型,预备知识：,轨道：电子围绕原子或分子运动的几率 轨道不同，电子所
5、具有能量不同,15,图示,基态与激发态：电子吸收能量，由基态激发态 成键轨道与反键轨道：n *,16,电子跃迁类型：,1. *跃迁： 饱和烃（甲烷，乙烷） E很高，150nm（远紫外区） 2. *跃迁： 不饱和基团（CC，C O ） E较小， 200nm 体系共轭，E更小，更大 3. n *跃迁： 含杂原子不饱和基团（C N ，C O ） E最小， 200400nm（近紫外区） 4. n *跃迁： 含杂原子饱和基团（OH，NH2） E较大，150250nm（真空紫外区）,按能量大小：* n * * n*,17,图示,18,注： 紫外光谱电子跃迁类型 ： n*跃迁 *跃迁 饱和化合物无紫外吸收
6、电子跃迁类型与分子结构及存在基团有密切联系 根据分子结构推测可能产生的电子跃迁类型； 根据吸收谱带波长和电子跃迁类型 推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）,19,二、相关的基本概念,1吸收光谱（吸收曲线）： 不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同 以A作图 next 2吸收光谱特征：定性依据 吸收峰max 吸收谷min 肩峰sh 末端吸收饱和-跃迁产生,20,图示,back,21,3生色团（发色团）：能吸收紫外-可见光的基团 有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团 具n 电子和电子的基团 产生n *跃迁和 *跃迁 跃迁E较低 例： CC；CO；CN；NN,4助色团：本身无紫外吸收，但可
7、以使生色团吸收 峰加强同时使吸收峰长移的基团 有机物：连有杂原子的饱和基团 例：OH，OR，NH，NR2，X,注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的 吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波 长将比单个发色团的吸收波长长，强度也增强,22,5红移和蓝移： 由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基） 或采用不同溶剂后 吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移） 吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）,6增色效应和减色效应 增色效应：吸收强度增强的效应 减色效应：吸收强度减小的效应 7强带和弱带： max104 强带 min103 弱带,23,三、吸收带及其与分子结构关系,1R
8、带：由含杂原子的不饱和基团的n *跃迁产生 CO；CN；NN E小，max250400nm，max100 溶剂极性，max 蓝移（短移）,2K带：由共轭双键的 *跃迁产生 (CHCH)n，CHCCO max 200nm，max104,24,3B带：由 *跃迁产生 芳香族化合物的主要特征吸收带 max =254nm，宽带，具有精细结构； max=200 极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失,4E带：由苯环环形共轭系统的 *跃迁产生 芳香族化合物的特征吸收带 E1 180nm max104 （常观察不到） E2 200nm max=7000 强吸收 苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与
9、K带合并 一起红移（长移）,25,图示,26,图示,27,四、影响吸收带的因素,1、 位阻影响,由于立体阻碍，会影响共轭效应,立体阻碍,28,2、 跨环效应,在有些、不饱和酮中，虽然双键与酮基不产生共轭体系，但由于适当的立体排列，使羰基氧的孤对和双键的电子发生作用，产生R带。,214nm 中强吸收带 284nm R带,max=238nm，max=2535,29,n *跃迁：蓝移； ；, *跃迁：红移； ；,3、 溶剂效应,30,溶剂效应,非极性 极性 n *跃迁：蓝移； ； *跃迁：红移； ；,极性溶剂使精细结构消失；,31,4、pH值的影响：影响物质存在型体，影响吸收波长,max=210.5
10、nm，270nm,max=235nm，287nm,32,光的吸收基本定律- Lambert-Beer定律,物理量:透光率及吸光度 Lambert-Beer定律 偏离Beer定律的因素 透光率的测量误差,第二节 基本原理,33,图1 光和物质发生作用示意图,I入=I吸+I透+I反+I散,I入=I吸+I透,34,透光率：透过光的强度与入射光强度之比。,T越大，物质对光的吸收越弱;反之,越强。,吸光度：反映物质对光的吸收强弱的物理量。,A越大，物质对光的吸收越强;反之,越弱。,一、物理量透光率及吸光度,35,一、朗伯-比尔定律,1、 朗伯定律,图2 光的吸收基本定律示意图,A=k1b A吸光度 k1
11、比例常数,36,2.比尔定律,当单色光通过溶液层的厚度一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比，即比尔定律，表示为,图3 光的吸收基本定律示意图,37,二、朗伯比尔定律,3、朗伯比尔定律：,E吸光系数 A吸光度,为无因次量 b液层厚度,一般单位为cm c 浓度,单位mol/l或g/100ml,即一束平行的单色光通过稀溶液时，溶液中吸光物质的吸光度与溶液的液层厚度和浓度之积成正比。,38,4、吸光系数,吸光系数的物理意义：,讨论： 1）E=f（组分性质，温度，溶剂，） 当组分性质、温度和溶剂一定，E=f（） 2）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸收） 3）E，物质对光吸收能力, 定量测定灵敏
12、度 定性、定量依据,单位浓度、单位厚度的吸光度,39,吸光系数两种表示法： 1）摩尔吸光系数： 在一定下，C=1mol/L，L=1cm时的吸光度,2）百分吸光系数 / 比吸光系数 ：,在一定下，C=1g/100ml，L=1cm时的吸光度,3）两者关系,4、吸光系数,40,在同一波长下，各组分吸光度具有加和性。 应用：多组分测定的理论依据,5、加和性,41,假设一束平行单色光通过一个吸光物体,42,（一）、Lamber-Beer定律：吸收光谱法基本定律,描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系,动画1,动画2,43,取物体中一极薄层,44,讨论：,1Lamber-Beer定律的适用条
13、件（前提） 入射光为单色光 溶液是稀溶液 2在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定,45,二、偏离Beer定律的因素,依据Beer定律，A与C关系应为 经过原点的直线 偏离Beer定律的主要因素表现为 以下两个方面,（一）化学因素 （二）光学因素,46,（一）化学因素,Beer定律适用的前提之一是：稀溶液 浓度改变会使C与A关系偏离定律,Cr2O72- + H2O 2CrO42- + H+,47,（二）光学因素,1非单色光的影响： Beer定律应用的重要前提入射光为单色光,照射物质的光经单色器分光后 并非真正单色光 其波长宽度由入射狭缝的宽度 和棱镜或光栅的分辨率决定 为了保证
14、透过光对检测器的响 应，必须保证一定的狭缝宽度 这就使分离出来的光具一定的 谱带宽度,48,49,讨论： 入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光谱形状,结论： 选择较纯单色光（，单色性） 选max作为测定波长（E，S且成线性）,50,2杂散光的影响： 杂散光是指从单色器分出的光不在入射光谱带宽度 范围内，与所选波长相距较远 杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成 杂散光可使吸收光谱变形,3散射光和反射光的影响： 反射光和散射光均是入射光谱带宽度内的光 直接对T产生影响 散射和反射使T，A，吸收光谱变形 注：一般可用空白对比校正消除 4非平行光的影响： 使光程，A，吸收光谱变形,51,四、
15、透光率的测量误差T,影响测定结果的相对误差两个因素： T和T,T影响因素：仪器噪音 1）暗噪音 2）讯号（散粒）噪音,52,1）暗噪音与检测器和放大电路不确切性有关 与光讯号无关,0.2,0.7,53,续前,2）讯号噪音与光讯号有关,表明测量误差较小的范围一直可延至较高吸光度区，对测定有利,光敏元件受光照射时的电子迁移,54,光源,单色器,样品池,检测器,记录显示装置,第三节 紫外-可见光分光光度计,55,1光源：,2. 单色器：包括进/出口狭缝、准直镜、色散元件、聚焦透镜,一、主要部件,56,3吸收池： 玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） 4检测器：将光信号转变为电信号的装置,5记录装置：讯号处理和显示系统,57,二、类型：,1单光束分光光度计：,特点： 对光源要求高,58,2双光束分光光度计：,特点： 不用拉动吸收池，可以减小移动误差 对光源要求不高 可以自动扫描吸收光谱,59,1. 波长的校正 紫外区 测绘苯蒸气的吸收光谱 可见光区 绘制镨钕玻璃的吸收光
