紫外可见分光光度法(I)

'第2章紫外—可见分光光度法(UltravioletandVisible[UV—Vis]Spectrophotometry)2.1紫外—可见吸收光谱(UV—VisAbsorptionSpectroscopy)2.2Lambert—Beeer定律2.3紫外—可见分光光度计(UY—YisSpectrophotometer)2.4分析条件的选择(OptimizationofAnalyticalCondition)2.5紫外—可见分光光度法的应用(ApplicationsofUV—VisSpectrophotometry) 2．1紫外—可见吸收光谱(一)分子吸收光谱的形成 (二)紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型预备知识：价电子：σ电子→饱和的σ键π电子不饱和的π键n电子轨道：电子围绕原子或分子运动的几率轨道不同，电子所具有能量不同基态与激发态：电子吸收能量，由基态→激发态c成键轨道与反键轨道：σ<πn→σ*>π→π*>n→π* 5．电荷转移吸收光谱 6．配位体场吸收光谱 (三)、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λ~A作图next2．吸收光谱特征：定性依据吸收峰→λmax吸收谷→λmin肩峰→λsh末端吸收→饱和σ-σ跃迁产生 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π电子的基团产生n→π*跃迁和π→π*跃迁跃迁E较低例：C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—4．助色团：本身无紫外吸收，但可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 续前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：εmax>105→强带εmin<103→弱带 2．2Lambert—Beer定律(一)透射比和吸光度 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假设一束平行单色光通过一个吸光物体 续前取物体中一极薄层 续前讨论：1．Lamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光溶液是稀溶液2．该定律适用于固体、液体和气体样品3．在同一波长下，各组分吸光度具有加和性应用：多组分测定 2．吸光系数两种表示法：1）摩尔吸光系数ε：在一定λ下，C=1mol/L，L=1cm时的吸光度2）百分含量吸光系数/比吸光系数：在一定λ下，C=1g/100ml，L=1cm时的吸光度3）两者关系 (四)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）光学因素（二）化学因素 （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 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 （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 2．3紫外—可见分光光度计(一)主要组成部件 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350~1000nm氢灯或氘灯——紫外光源200~360nm 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 (二)紫外—可见分光光度计的类型紫外—可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。 1．单光束分光光度计其光路示意图如前面的图所示，经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液．以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。国产722型、751型、724型、英国SP500型以及BackmanDU—8型等均属于此类光度计。特点：使用时来回拉动吸收池→移动误差对光源要求高比色池配对 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 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 (三)分光光度计的校正 2．4分析条件的选择(一)仪器测量条件1选择适宜的吸光度范围2选择入射光波长和狭缝的宽度。 (二)反应条件的选择显色反应一般应满足下述要求：(i)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，反应有较高的选择性；(ii)反应生成物应当组成恒定、稳定性好．显色条件易于控制等、这样才能保证测量结果有良好的重现性；(iii)对照性要好．2．溶液酸度的影响 (三)参比溶液的选择1．溶剂参比2．试剂参比3．试样参比4．平行操作溶液参比 (四)干扰及消除方法在光度分析中，体系内存在的干扰物质的影响有以下几种情况：干扰物质本身有颜色或与显色剂形成有色化合物，在测定条件下也有吸收；在显色条件下，干扰物质水解，析出沉淀使溶液混浊，致使吸光度的测定无法进行；与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物．使显色反应不能进行完全。 可以采用以下几种方法来消除这些下扰作用：(1)控制酸度(2)选择适当的掩蔽剂(3)利用生成惰性配合物(4)选择适当的测量波长(5)分离 2．5紫外—可见分光光度法的应用(一)定性分析 1．Woodward-Fieser规则 2．Scott规则 (二)结构分析1．判别顺反异构体反式异构体空间位阻小．共轭程度较高2．判别互变异构体 (三)定量分析单组分的定量方法多组分的定量方法 二、定量分析（一）单组分的定量方法1．吸光系数法2．标准曲线法3．对照法：外标一点法 续前1．吸光系数法（绝对法） 续前2．标准曲线法 续前3．对照法：外标一点法注：当样品溶液与标准品溶液的稀释倍数相同时 第3章红外光谱法(InfraredSpectrometry，IR)3.1概述(Introduction)3.2基本原理(Principle)3.3红外光谱仪(InfraredSpectrograph)3.5试样的处理和制备(TreatmentandPreparationofSamples)3.5红外光谱法的应用(ApplicationsoflnfraredSpectrometry) 3．1概述(一)红外光区的划分 (二)红外光谱法的特点红外光谱法主要研究在振动小伴随有偶极矩变化的化合物。因此除了单原子分子和同核分子，几乎所有的有机化合物在红外光区均有吸收。红外吸收谱带的波数位置、波峰的数目及其强度．反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的分子结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量有关．可用作进行定量分析和纯度鉴定。红外光谱分析对气体、液体、固体样品都可测定，具有用量少、分析速度快、不破坏试样等特点，使红外光谱法成为现代分析化学和结构化学的不可缺少的工具。 3．2基本原理(一)产生红外吸收的条件(1)辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等(2)辐射与物质之间有偶合作用 (二)双原子分子的振动 (三)多原子分子的振动1．简正振动2．简正振动的基本形式(1)伸缩振动(2)变形振动(又称弯曲振动或变角振动) 3．基本振动的理论数 (四)基团频率1．官能团具有特征吸收频率2．基团频率区和指纹区(1)基团频率区 (2)指纹区(可以分为两个区域) 3．影响基团频率的因素(1)电子效应 (ii)共轭效应(C效应) (iii)中介效应(M效应)当含有孤对电子的原子(O、N、S等)与具有多重键的原子相连时、也可起类似的共轭作用．称为中介效应 (2)氢键的影响氢键的形成使电子云密度平均化，从而使伸缩振动频率降低。 (3)振动偶合当两个振动频率相同或相近的基因相邻并具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变．产生一个“微扰’，从而形成了强烈的振动相互作用。其结果是使振动频率发生变化，一个向高频移动．一个向低频移动，谱带分裂。 4．常见官能团的特征吸收频率 3.3红外光谱仪目前主要有两类红外光谱仪．它们是色散型红外光谱仪和Fourier变换红外光谱仪。 (二)Fourier变换红外光谱仪 3．4试样的处理和制备(一)红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是气体、液体或固体，一般应符合以下要求：(1)试样应该是单一组分的纯物质(2)试样中不应含有游离水。木本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。(3)试样的浓度和测试厚度应选择话当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10％一80％范围内 (二)制样方法1气态试样可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。先将气槽抽真空，再将试样注入。2．液体和溶液试样常用的方法有：(i)液体池法。沸点较低，挥发性较大的试祥，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为0．01—1mm。(ii)液膜法。沸点较高的试样，直接滴在两块盐片之间，形成液膜。 2．固体试样常用的方法有：(i)压片法。将1-2mg试祥与200mg纯KBr研细混匀．置于模具中，用油压机上压成透明薄片，即可用于测定。试样和KBr都应经干保处理．研磨到粒度小于2um，以免散射光影响。(ii)石蜡糊法。将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合．调成糊状，夹在盐片中测定。液体石蜡油自身的吸收带简单。但此法不能用来研究饱和烷烃的吸收情况。(iii)薄膜法，主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔触后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜来测定。 3．5红外光谱法的应用（一）定性分析1．己知物的鉴定2．未知物结构的测定图谱解析一般先从基团频率区的最强谱带入手，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团。再从指纹区的谱带来进一步验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰来确认一个基团的存在。对于简单化合物，确认几个基团之后，使可初步确定分子结构．然后查对标准谱图核实。 (二)定量分析 '