紫外光谱分析可见光光法.pptx

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1、紫外-可见分光光度法(ultraviolet-visible spectrophotometry,UV-VIS)它是利用物质的分子或离子对200-800nm光谱区内辐射能的吸收，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析的方法。所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。第1页/共92页第2页/共92页第3页/共92页精密称取B12样品25.0mg，用水溶液配成100ml。精密吸取10.00ml，又置100ml容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在1cm的吸收池中，于361nm处测定吸光度为0.507，求B12的百分含量？第4页/共92页1.紫外-可见吸收光谱 一、物质对光的选择性

2、吸收 光与物质作用时，物质可对光产生不同程度的吸收，物质的结构决定了物质在吸收光时只能吸收某些特定波长的光，即 物质对光的吸收是选择性的，利用被测物质对某波长的光的吸收来了解物质的特性，这就是光谱法的基础。第5页/共92页400-450nm紫蓝450-480nm绿蓝480-490nm蓝绿490-500nm绿500-560nm580-600nm黄600-650nm橙650-780nm 红白KMnO4 max=525nm第6页/共92页第7页/共92页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

3、，将照射前后的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，即为分子吸收光谱度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱第8页/共92页续前续前 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）第9页/共92页第10页/共92页第11页/共92页图示第12页/共92页吸收曲线或吸收光谱通过测定被测物质对不同波长的光的吸收强度

4、（吸光度），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得出该物质在测定波长范围的吸收曲线或吸收光谱，它是进行分子结构分析的依据。第13页/共92页第14页/共92页 同一物质，当浓度相同时，吸收曲线是重叠的。同一物质，不同浓度时，吸收曲线的形状不变，最大吸收峰位置不变，仅是峰高改变。在吸收曲线中，通常选用最大吸收波长max进行物质含量的测定。第15页/共92页第16页/共92页第17页/共92页二、有机化合物的紫外-可见吸收光谱 与紫外与紫外-可见吸收光谱有关的电子有三种，即形成单键的可见吸收光谱有关的电子有三种，即形成单键的 电子、形电子、形成双键的成双键的 电子以及未参与成键的电子以及未参与成键

5、的n n电子。电子。跃迁类型有：跃迁类型有：*、n n *、*、n n *四种。四种。1 1、有机化合物的电子跃迁有机化合物的电子跃迁第18页/共92页第19页/共92页 电子跃迁类型：电子跃迁类型：1.*跃迁：饱和烃（甲烷，乙烷）E很高，n *n*第20页/共92页1，*跃迁 它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区。饱和烃中的cc键属于这类跃迁，例如乙烷的最大吸收波长 max为135nm。2，n*跃迁 实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区，如CH3OH和CH3NH2的n*跃迁光谱分别为183nm和213nm。3，*跃迁 它需要的能量低于*跃迁，吸收峰一般处于近

6、紫外光区，在200 nm左右，其特征是摩尔吸光系数大，一般 max 104，为强吸收带。如乙烯（蒸气）的最大吸收波长 max为162 nm。max=104 共轭键愈长所需能量愈小.4，n*跃迁 这类跃迁发生在近紫外光区。它是简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于100.第21页/共92页共轭键愈长所需能量愈小第22页/共92页常用术语生色团：是指分子结构中含有n*，*跃迁的基团，即能在紫外可见区产生吸收的原子团。助色团：是指含有非键电子的杂原子饱合基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于2

7、00nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸收强度。第23页/共92页某些常见生色团的吸收光谱第24页/共92页红移和紫移 在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长max发生移动。向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为紫移或蓝移。第25页/共92页2、有机化合物的吸收带吸收带吸收带(absorption band):absorption band):在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位置。在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位置。根据电子及分子轨道的种类，可将吸收带分为四种类型。根据电子及分子轨道的种类，可将吸收带分为

8、四种类型。(1)R R吸收带吸收带 n*跃迁产生(2)K K吸收带吸收带 *跃迁产生(3)B B吸收带吸收带 芳香族化合物的主要特征吸收带(4)E E吸收带吸收带 苯环环形共轭系统的*跃迁产生 第26页/共92页1R带：由含杂原子的不饱和基团的n*跃迁产生CO；CN；NN E小，max250400nm，max200nm，max104共轭体系增长，max红移，max溶剂极性，对于(CHCH)n max不变 对于CHCCO max红移第27页/共92页续前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

9、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K带合并 一起红移（长移）第28页/共92页图示第29页/共92页图示第30页/共92页3、影响紫外-可见吸收光谱的因素 物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（温度、溶剂极性、pH等）不同，吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变化。（1）温度 在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。第31页/共92页续前（2）溶剂 溶剂的极性影响吸收峰的位置、光谱形状、吸收强度u对max影响：n

10、-*跃迁：溶剂极性，max蓝移 -*跃迁：溶剂极性，max红移对吸收光谱精细结构影响 溶剂极性，苯环精细结构消失溶剂的选择溶剂的选择极性；纯度高；截止波长极性；纯度高；截止波长 主成分吸收主成分吸收与纯品比较，与纯品比较，EE，光谱变形，光谱变形第45页/共92页续前2杂质限量的测定：例：肾上腺素中微量杂质肾上腺酮含量计算 2mg/mL-0.05mol/L的 HCL溶 液，310nm下测定(规定 A3100.05 即符合要求的杂质限量0.06%)第46页/共92页（3）结构分析紫外-可见吸收光谱一般不用于化合物的结构分析，但利用紫外吸收光谱鉴定化合物中的共轭结构和芳环结构还是有一定价值。例如，

11、某化合物在近紫外区内无吸收，说明该物质无共轭结构和芳香结构。第47页/共92页第二节 基本原理一、Lamber-Beer定律 二、吸光系数和吸收光谱 三、偏离Beer定律的因素四、透光率的测量误差 第48页/共92页朗伯-比尔定律 设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia,透射光强度为It，反射光强度为Ir，则I0=Ia+It+Ir由于反射光强度基本相同，其影响可相互抵消，上式可简化为：I0=Ia+It一、吸光度和透光度第49页/共92页第50页/共92页吸光度:absorbance 为透光度倒数的对数，用A表示：即 A=lg1/T=lgI0/ItA值越大，表明物质对光的吸收越大。透光度：tran

12、smittance为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示：即T=It/I0T值越大，表示物质对光吸收的越小。第51页/共92页二、朗伯-比尔定律朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即 A=cl 式中比例常数为吸光系数，与吸光物质的本性，入射光波长、溶剂及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。第52页/共92页 朗伯-比尔定律表明了物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度和液层厚度的关系，是吸收光度法的理论基础。朗伯-比尔定律适用于单色光、稀溶液。第53页/共92页第54页/共92页三、吸光系数三.吸光

13、系数在指定条件下是物质的特征常数，可作为定性、定量的依据。由于浓度单位不同它有两种表示方法。第55页/共92页 当l以cm，c以mol/L为单位，称为摩尔吸光系数，用 表示。的单位为L/mol.cm，它表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时，溶液的吸光度。1、摩尔吸光系数第56页/共92页2、比吸光系数当l以cm，c以g/100mL为单位，称为比吸光系数。比吸光系数是指吸光物质的百分浓度为1%，l为1cm时的吸光度值，用表示。它们之间的关系为：第57页/共92页三、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

14、）光学因素（二）化学因素 第58页/共92页（一）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 第59页/共92页续前第60页/共92页续前讨论：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）第61页/共92页续前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，吸光度变值3反射光和散色光的影响：反射光和散色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

15、白对比校正消除4非平行光的影响：使光程，A，吸收光谱变形第62页/共92页（二）化学因素Beer定律适用的另一个前提：稀溶液浓度过高会使C与A关系偏离定律第63页/共92页四、透光率的测量误差T要使测定的相对误差c/c最小，求导取极小值，得出：lgT=-0.4343=A即当A=0.4343时，吸光度测量误差最小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）讯号噪音第64页/共92页续前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2）讯号噪音与光讯号有关第65页/共92页第四节 紫外分光光度计 1光源：2单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件棱镜对不同波长的

16、光折射率不同色散元件分出光波长不等距光栅衍射和干涉分出光波长等距钨灯或卤钨灯可见光源3501000nm氢灯或氘灯紫外光源200360nm第66页/共92页续前3吸收池：玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英不能吸收紫外光，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光电池光电管光电倍增管二极管阵列检测器第67页/共92页类型：1单光束分光光度计：特点：使用时来回拉动吸收池 移动误差比色池配对第68页/共92页续前2双光束分光光度计：特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差可以自动扫描吸收光谱 第69页/共92页续

17、前3双波长分光光度计 特点：利用吸光度差值定量消除干扰和吸收池不匹配引起的误差第70页/共92页4 分析条件的选择 一、仪器测量条件的选择 1.适宜的吸光度范围 最适宜的测量范围为0.20.7之间。第71页/共92页 通常是根据被测组分的吸收光谱，在避开干扰情况下，选择最强吸收带的最大吸收波长为入射波长。此波长处测定灵敏度最高，线性关系最好。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰或肩峰进行测定。2.入射光波长的选择第72页/共92页3狭缝宽度的选择为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增加为准。一般来说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之一。

18、第73页/共92页 对多种物质进行测定，常利用显色反应将被测组分转变为在一定波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位反应、氧化还原反应等。二、显色反应条件的选择第74页/共92页这些显色反应，必须满足以下条件：1反应的生成物必须在紫外-可见光区有较强的吸光能力，即摩尔吸光系数较大；2反应有较高的选择性，即被测组分生成的化合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的差别；3.反应生成的产物有足够的稳定性，以保证测量过程中溶液的吸光度不变；4.反应生成物的组成恒定。5.有色配合物与显色剂颜色差别要大。第75页/共92页显色反应实验条件：1酸度显色反应最适宜的酸度范围可通过实验来确定，测定某一固定浓

19、度的试样的吸光度随酸度的变化，以吸光度为纵坐标，溶液的PH值为横坐标作图。2.显色剂的用量3.显色时间和温度第76页/共92页 测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调节透光度（吸光度为0）为100%，以消除其它成分及吸收池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测定误差。三、参比溶液的选择第77页/共92页参比溶液的选择视分析体系而定，具体有：1溶剂参比试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收池等因素；2试样参比如果试样基体溶液在测定波长有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加入显色剂。3试剂参比 如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应

20、相同的条件，不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。4.平行操作参比 用不含被测组分的试样，在相同的条件下与被测试样同时进行处理，由此得到平行操作参比溶液。第78页/共92页5 测定方法一、单组分定量方法其定量方法包括 校准曲线法、标准对比法吸收系数法。第79页/共92页1、校准曲线法方法：配制一系列不同含量的标准溶液，选用适宜的参比，在相同的条件下，测定系列标准溶液的吸光度，作A-c曲线，即标准曲线，在相同条件下测定未知试样的吸光度，从标准曲线上就可以找到与之对应的未知试样的浓度。也可用最小二乘法处理，得线性回归方程。第80页/共92页2、标准对比法 即将待测溶液与某一标样溶液，在相同的

21、条件下，测定各自的吸光度。根据朗伯-比尔定律，解方程求出未知样浓度与含量。As=Kcs Ax=Kcx第81页/共92页3、吸光系数法利用标准的吸光系数值进行定量。第82页/共92页二、多组分定量方法当其它组分在测定波长下与被组分吸收峰产生重叠时，或吸收峰相互干扰的各组分都的分析对象时，就要采用多组分定量方法。常用方法：1、联立方程法2、双波长法3、系数倍率法第83页/共92页第84页/共92页三、示差分光光度法用比试样浓度稍大或稍小的标准溶液作参比溶液，测得的吸光度实际上是试样溶液的吸光度值和参比溶液吸光度值的差值。A=AS-AX =L CS-CX 按所选的测量条件，该法有三种测定方式：高浓度、低浓度、高精密度法。第85页/共92页四、导数光谱法它是解决干扰物质与被测物质的吸收光谱互相重叠，消除胶体和悬浮物散射影响和背景吸收，提高光谱分辩率的一种技术。主要特点：1、输出信号更多、更明显及易于辨认结构特点，在定性分析中十分有用。2、能消除背景干扰及分离重叠谱带，可用于痕量组分分析。第86页/共92页第87页/共92页第88页/共92页第89页/共92页第90页/共92页查阅文献、药典6 紫外-可见分光光度法的应用第91页/共92页感谢您的观看！第92页/共92页