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1、波谱分析 UV-Vis, 基于分子外层电子跃迁产生的吸收光谱进行 分析测定的一种仪器分析方法，常用波长 范围为200 800 nm（4-200 nm 为真空紫 外区）。该能量对应分子的三种能级： hv = E电子 + E振动 + E转动 三种能级的图例如下：,不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。 定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，据吸
2、收曲线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构。,波谱分析 UV-Vis,一、方法原理 1、有机化合物的紫外可见吸收光谱 （1）非键和成键向反键的跃迁（四种） （2）电荷迁移跃迁（分子内的氧化还原过程） 如 ph NR2 ，ph COR 等（吸光系数大于104）,各轨道能级高低顺序： n*； 可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*,-*：C-H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于 真空紫外区； -* 和-*跃迁：尽管所需能量比上述-*跃迁能量小，但波长仍处于 真空紫外区； n-*：含有孤对电子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(18
3、4nm)；CH3Cl (173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm) CH3NH2(215nm)；(CH3)3N(227nm)，可见，大多数波长仍小于 200nm，处于近紫外区。 以上四种跃迁都与成键和反键轨道有关（-*，-*，-*和n-*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因而在此不加讨论。 只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。,波谱分析 UV-Vis,2、几个概念 生色团、助色团（P10）、红移、紫移 3、芳香族化合物的吸收光谱 （1）苯的吸收光谱
4、（E1、E2 、B） （2）烷基取代 使B带稍向长波移动； （3）助色团取代 使E、B带红移，强度增加； （4）生色团取代 使B带显著红移（见表P22）； （5）稠环芳香族化合物 共轭越大，红移越多（P26） （6）杂环芳香族化合物 与相对应的芳族类似（P27）,波谱分析 UV-Vis,4、无机化合物的吸收光谱 （1）电荷迁移跃迁 最大特点是吸收系数大（大于104），定量 分析灵敏（如部分无机络合物）； （2）配位场跃迁 主要为d - d 和 f - f 跃迁（见武大版教材P64）。,波谱分析 UV-Vis,5、溶剂的影响 对光谱的影响（红移或紫移）和对测定的影响 选择溶剂时须注意： （1）尽
5、量选低极性溶剂； （2）能很好的溶解物质，且形成的溶液有好的化 学和光化学稳定性； （3）在样品的光谱区无明显吸收（P12表1-2）。,波谱分析 UV-Vis,6、朗伯-比尔吸收定律 （Io / I）= A = a b c 由上式，A与 c 应为过原点的直线，但实际 分析时常有偏离，此时可从两方面分析： （1）样品溶液因素：上式仅在稀溶液成立； （2）仪器因素：上式仅适用于单色光。,波谱分析 UV-Vis,二、仪器结构与原理 按光学系统可分为单光束、双光束、单波长、 双波长分光光度计；由辐射源、分光器、吸 收池、检测器等组成（见图）。 光源 钨灯和氘灯（连续、稳定、恒定、长） 分光器 棱镜和光
6、栅； 吸收池 玻璃和石英吸收池； 检测器 光电倍增管和光电管。,紫外可见光度计仪器: 分光光度计分为单波长和双波长仪器。 1. 单波长分光光度计 单光束 双光束（空间分隔） 双光束（时间分隔） 特点： 因光束几乎同时通过样品池和参比池，因此可消除光源不稳产生的误差。,3. 分光光度计的校正 当光度计使用一段时间后其波长和吸光度将出现漂移，因此需要对其进行校正。 波长标度校正： 使用镨-钕玻璃（可见光区）和钬玻璃（紫外光区）进行校正。因为二者均有其各自的特征吸收峰。 吸光度标度校正： 采用 K2CrO4 标准液校正（在25oC时，于不同波长处测定0.04000g/L的 KOH 溶液（0.05mo
7、l/L）的吸光度 A，调整光度计使其A 达到规定的吸光度。,波谱分析 UV-Vis,三、实验技术 1、样品的制备 在溶液中进行 无机物 水溶、酸溶或碱熔等； 有机物 溶剂溶解或抽提，也可消化后溶解； 溶剂 前述三点（低极性、溶解且无吸收、 稳定） + 挥发小、不易燃、无毒性、 价格便宜等。,波谱分析 UV-Vis,2、测定条件的选择 （1）波长的选择 一般为最大吸收波长（灵敏、稳定） （2）狭缝的选择 影响灵敏度和线性范围（不减少A的最大狭缝） （3）吸光度的选择 吸光度在0.2 0.8 时，测量误差最小,由L-B定律： 微分后得： 将上两式相比，并将 dT 和 dc 分别换为T 和 c，得
8、当相对误差 c/c 最小时，求得T=0.368 或 A=0.434。即当A=0.434 时，吸光度读数误差最小！ 通常可通过调节溶液浓度或改变光程b来控制A的读数在0.151.00范围内。,波谱分析 UV-Vis,3、反应条件的选择 多数测定均经显色，使：更灵敏、高选择性、 组成恒定稳定等（与显色剂颜色不同）。 （1）溶液的酸度 影响吸收曲线 NaH2PO4 + HCl (pH = 3) NaAc + HCl (pH = 5) KH2PO4 + NaOH (pH = 7) H3BO3 + KCl (pH = 9) H3BO3 + NaOH (pH = 11),波谱分析 UV-Vis,（2）显色
9、剂浓度 高灵敏度且吸光度恒定 （3）温度的影响 （4）显色时间 反应的时间及络合物的稳定性 （5）参比溶液 试液和显色剂均无色 蒸馏水为参比； 显色剂无色，试液中有其它有色离子 不加显色剂的试液； 试液、显色剂均有色 取一份试液，加掩 蔽剂掩蔽被测离子， 再加显色剂等。,波谱分析 UV-Vis,4、共存离子干扰的消除方法 （1）加入适当的掩蔽剂 （2）改变干扰离子的价态 如铬天青S测定Al（）时，Fe（）有干扰， 可加入抗坏血酸还原铁而消除干扰 （3）选择适当的波长 （4）其它 各种预分离技术,波谱分析 UV-Vis,四、分析应用 1、定性分析 吸收光谱曲线的形状、吸收峰的数目、 最大吸收波长
10、的位置及相应的吸收系数 （1）比较（吸收光谱曲线）法 与已知物或标准谱图比较,波谱分析 UV-Vis,（2）用各种经验规则计算被测定物质的max，并与实 测值比较 Woodward -Fieser(伍德沃德-费塞尔)规则 计算共轭二烯、多烯烃 不饱和醛酮、不饱和羧酸及酯类 芳香族化合物规则 Scott (斯科特)规则 计算芳香族羰基的衍生物,波谱分析 UV-Vis,（3）有机物构型和构象的确定（顺反、互变） 如：顺反式、酮式-烯醇式互变异构等 （见P33-34例） （4）纯度检查 如：通过测定吸收曲线 通过测 来判断 干性油（含共轭双键）与不干性油（饱和 或双键不共轭）的判别 （5）在结构定性
11、分析时，可作为其它鉴定方法的补充 如：共轭体系的判断、骨架确定、构型构象的测定等,波谱分析 UV-Vis,但紫外可见定性时，仅可作为其它鉴定方法的补充 （见教材P30几条），同时注意以下原则： a、计算不饱和数，估计结构可能性； b、利用吸收带的max及max ，指认电子跃迁类型； c、利用溶剂效应及pH值与光谱变化的相关性； （吸收带分为：K带(n) 、R带()和B、E带（苯环）* d、利用max及max ，估计生色团及相邻基团； e、与化学反应配合，进一步考察生色体系骨架结构； f、若分子中有2个以上分离的生色团体系，可用适当 模型化合物，测量差示或加合光谱，推测复杂结构*； g、预测K带
12、的经验规则，对结构正确与否进行判断； h、推测结构与光谱数据有出入而无合理解释注意邻位效应、 空间效应、跨环效应等。,波谱分析 UV-Vis,2、定量分析 A = abc （1）单一物质的分析 A = k c （标准曲线法） 高浓度时用示差分光光度法： A = k c 混浊样品时用双波长法测定 若2为样品吸收峰，1为样品无吸收，则： A = （k c + B） B = k c,波谱分析 UV-Vis,（2）多组分的分析 解联立方程组法 吸光度的加合性原则 （二组分混合物的紫外、可见吸收光谱可分为： 不重叠、部分重叠、相互重叠三种） （n组分时为n元方程组） 双波长分光光度法 等吸收波长法 系数
13、倍率法,（3） 示差分光光度法,3）导数峰高测量方法 测量方法有三，如下图： 正切法：相邻峰(极大或极小)切线中点至相邻峰切线(极小或极大)的距离d； 峰谷法：两相邻峰值(极大或极小)间的距离p1或p2； 峰零法：极值峰至零线间的距离。,（5） 配合物组成和稳定常数测定 1）摩尔比法(饱和法) 设配合物的显色反应为： 具体做法：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。 设MRn电离度为，则,2）等摩尔连续变化法(Job法) 具体做法：保持cR+cM=c 恒定，但改变cM与cR的相对比例，若以cM/c对吸光
14、度A作图，当达最大吸光度时cM/cR之比即为配位比。由两曲线外推的交点所对应的cM/c亦可得出配位比。若比值为0.5，则配位比n为1:1；若比值为0.33，则配位比n为1:2或者n=(1-cM/c)/(cM/c) 设cM/c=f，则 该法适于离解度小、配合比低的配合物组成测定。,（6） 弱酸离解常数的测定 设有一元弱酸HB，其离解反应如下： 若测出B-和HB，即可求出Ka。 测定时，配制三份不同pH值的溶液。一份为强碱性，一份为强酸性，分别在B-和HB的最大吸收波长处测定吸光度，求出各自的摩尔吸光系数。 第三份为已知pH值的缓冲溶液，分别在B-和HB的最大吸收波长处测得总吸光度，解联立方程求得B-和HB，然后按前式求出pKa或Ka。 7. 应用示例,
