紫外-可见分光光度法应用

'第六节紫外-可见吸收光谱的应用1 一、定性分析缺点：有机化合物的紫外-可见吸收光谱一般只有少数几个简单宽阔的吸收带，没有精细结构，标志性较差。只能反映分子中生色团和助色团及其附近的结构特性，不能反映整个分子的特性。优点：判别生色团和助色团种类、位置和数目以及区别饱和与不饱和化合物，测定分子中的共轭程度进而确定未知物的骨架结构，价格低廉，测定快速方便。2 定性鉴定步骤：1.提纯试样2.制作试样的吸收曲线，根据吸收特征作初步判断3.与标准紫外光谱对照4.应用其他分析方法进行对照验证，作出结论3 基团定性分析的依据：吸收光谱的特征吸收光谱的形状→吸收峰的数目→吸收峰的位置（波长）→吸收峰的强度→相应的吸光系数。了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。4 一般规律：⑴若在200～750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。⑵若在270～350nm波长范围内有低强度吸收峰(ε＝10～100L·mol-1·cm-1),（n→π*跃迁产生的R带），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。5 ⑶若在230～270nm波长范围内有中等强度的吸收峰，B带特征，则可能含苯环。⑷若在210～250nm波长范围内有强吸收峰，这是K带特征，可能含有2个共轭双键；若在260～300nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。⑸若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。6 利用Woodward-Fieser和Scott经验规则求最大吸收波长：当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，可通过此类规则估算最大吸收波长并与实测值对比。Woodward规则：计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮类化合物的π→π*最大吸收波长的经验规则。Scott规则：计算芳香族羰基衍生物的π→π*最大吸收波长的经验规则。A.用经验规则计算λmax与测定的λmax比较7 8 9 10 与标准物质吸收光谱的比较：B.比较吸收光谱比较未知物与标准物质在相同化学环境与测量条件下的紫外-可见吸收光谱，若吸收光谱的形状、吸收峰的数目、εmax(λ)、λmax完全相同，就可以确定未知物与标准物质具有相同的生色团与助色团。11 12 Sadtler.SdandardSpectra(Ultraviolet).Heyden,London,1978.共收集了46000种化合物的紫外吸收光谱R.A.FriedelandM.Orchin,UltravioletSpectraofAromaticCompounds,Wiley,NewYork,1951.共收集了579种芳香化合物的紫外吸收光谱Kenzo.Hirayama,HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds,NewYork,Plenum,1967.M.J.Kamlet,OrganicElectronicSpectraData,Vol.1,1946~1952,Interscience,1960.与标准吸收光谱谱图的比较：13 二.有机化合物构象与构型的确定1.顺反异构体的判别具有相同化学组成的不同异构体或不同构象的化合物，紫外光谱有差异。顺式1,2-二苯乙烯Λmax=280nmεmax=10500反式1,2-二苯乙烯Λmax=295.5nmεmax=2900014 乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式互变异构:极性溶剂中形成氢键--酮式λmax=204nmn→π*非极性溶剂中形成分子内氢键--烯醇式λmax=243nmεmax=18000π→π*2.互变异构体的测定15 两种互变异构体的比例依赖于溶剂的性质极性溶剂中酮式占优势非极性溶剂中烯醇式占优势利用紫外吸收光谱在λmax处吸光度和浓度的定量关系，可测平衡体系中互变异构体的相对含量，从而可计算平衡常数16 3.构象的判别由于单键旋转使分子中原子在空间产生不同排列而形成不同的构象。例如叔丁基环己酮的α位氢原子被卤素取代后，可以产生两种不同的构象，Ⅰ型和Ⅱ型。17 1.化合物本身无吸收，杂质有较强吸收乙醇中含有杂质苯（256nm有吸收，说明含苯）2.化合物本身有吸收，可用ε来检验纯度在λmax处测ε′max与文献中理论值εmax比较三、有机物杂质检验18 应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素有机化合物，主要在紫外区四、有机物定量分析19 定量方法：单波长法和多波长法单波长法1．标准曲线法2．标准对照法：外标一点法3．标准加入法4．吸光系数法多波长法：1、多波长线性回归法等2、导数光谱法等20 1.吸光系数法吸光系数是物质的特性常数。只要测定条件不致引起对比尔定律的偏离，即可根据测得的吸光度A，按比尔定律求出浓度或含量。K值可从手册或文献中查到。(一)单组份定量方法21 2.标准曲线法又称校准曲线法，是将贮备标准液稀释为所需要的标准系列，用零浓度调仪器零点后，依次由低到高浓度测量标准液的吸光度或(峰高、面积)，同时测定样品和样品空白的吸光度(或峰高、面积)，以标准液浓度为横坐标，对应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。一般适用于已知样品的基本成分和标准液的基本成分相接近的样品。22 12345样品标液C1C2C3C4C5CXAA1A2A3A4A5AXAλCXAX23 芦丁含量测定：取样品3mg稀释至25mL。0.710mg/25mL24 标准曲线法对仪器的要求不高，尤其适用于单色光不纯的仪器。在这种情况下，虽然测得的吸光度值可以随所用仪器的不同而有相当的变化，但若是认定一台仪器，固定其工作状态和测定条件，则浓度与吸光度之间的关系仍可写成A＝K·c，不过这里的K仅是一个比例常数，不能用作定性的依据，也不能互用。25 3.标准对比法（外标一点法）：标准曲线法的简化，只配制一个浓度为Cs的标准溶液和未知溶液Cx，在λmax下测量A，标准溶液As=κCsb被测溶液Ax=κCxbCx=CsAx/As此法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律Cx与Cs大致相当时，才可得到准确结果26 当测定不纯样品中某纯品的含量时，可先配制相同浓度的不纯样品溶液和标准品溶液，在最大吸收峰处分别测定其吸光度A值，便可直接计算出样品的含量。例：不纯的KMnO4样品与标准品KMnO4各准确称取0.1500g，分别用1000ml容量瓶定容。各取10.0ml稀释至50.00ml，在λmax＝525nm处各测得A样＝0.250；A标＝0.280，求样品中纯KMnO4的含量。Φ=0.250/0.280=0.89327 4.标准加入法分别在数份相同体积样品液中加入不等量的标准液，其中一份相同体积样品液中加入的标准液为零，按照绘制标准曲线的步骤测量吸光度(或峰高、面积)，在坐标纸上以加入的标准液浓度为横坐标，对应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，用外推法(延长标准曲线和横坐标相交的数的绝对值)就可得到样品液浓度。28 标准加入法一般适用于组份较复杂的未知样品能消除一些基本成份对测定的干扰对测定的未知成分含量要粗略估计一下，加入的标准液要和样品液浓度接近29 （二）多组分定量方法由于吸光度具有加合性，因此可以在同一试样中测定多个组份。设试样中有两组份X和Y，将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：30 a)图：X、Y组份的最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。b)和c)图：X、Y相互干扰此时可通过解联立方程组求得X和Y的浓度：其中，X、Y组份在波长1和2处的摩尔吸光系数可由已知浓度的X、Y纯溶液测得。解上述方程组可求得cx及cy。31 此方法需要解联立方程，不但手续繁杂，而且误差也大，对于浑浊试样或其他背景吸收较大的试样，如生物组织液等，由于成分复杂和化学不均匀性，又存在很强的散射，一般很难找到合适的参比溶液来抵消影响。20年代初提出来双波长分光光度法。组分增多，实验的误差将增大。32 根据吸光度加合性，有A1=A样1+AS1A2=A样2+AS2A=(A2-A1)=(2-1)cb试样的吸光度差与待测物质的浓度成正比，与背景吸收和散射光无关，即背景和散射光得到校正。（三）双波长法分光光度法33 1.等吸收点法当混合物的吸收曲线重迭时，如右下图所示，可用等吸收点法来测定。具体做法：将a视为干扰组份，现要测定b组份。a)分别绘制各自的吸收曲线a,b；b)画一平行于横轴的直线分别交于a组份曲线上两点，并与b组分相交；c)以交于a上一点所对应的波长1为参比波长，另一点对应的为测量波长2，并对混合液进行测量，得到：A1=A1a+A1b+A1sA2=A2a+A2b+A2s若两波长处的背景吸收相同，即A1s=A2s二式相减，得，A=(A2a-A1a)+(A2b-A1b)由于a组份在两波长处的吸光度相等，因此A=(A2b-A1b)=(2b-1b)lcb从中可求出cb同理，可求出ca.34 一般以被测组分X的最大吸收波长作为测定波长λ1，和干扰组分Y相交，从交点处画一平行于横轴的直线，取Y组份曲线上相交的另一点所对应的波长2为参比波长，对混合液进行测量。λ1-λ2选择要求：A足够大，λ尽量小（提高测量精密度）35 测苯酚：测量波长λ1，参比波长λ2、λ2’（三氯苯酚和λ1有相同吸收的点有两个λ2、λ2’，λ2和λ1间距小，精密度高），选择λ2作为参比波长。36 2.系数倍率法情况同上，但其中一干扰组份b在测量波长范围内无吸收峰时，或者说没有等吸收点时可采用该法。具体做法：同前法可得到下式，A1=A1a+A1bA2=A2a+A2b两式分别乘以常数k1、k2并相减，得到，S=k2(A2a+A2b)-k1(A1a+A1b)=(k2A2b-k1A1b)+(k2A2a-k1A1a)调节信号放大器，使之满足k2/k1=A1b/A2b，则S=(k2A2a-k1A1a)=(k22-k11)lca因此，差示信号S只与ca有关，从而求出ca.同样可求出cb.37 （四）示差（差示）分光光度法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，则A值很大，将产生较大的误差，需采用差示法。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。38 测量原理：以一浓度略小于试样组份浓度作参比，具体做法：以浓度为cs的标准溶液调T=100%或A=0（调零）所测得的试样吸光度实际就是上式中的A，然后求出c，则试样中该组份的浓度为(cs+c)。39 40 6.导数光谱法1）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。导数光谱是解决干扰物质与被测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提高光谱分辨率的一种数据处理技术。2）原理：已知，对波长求一阶导数，得控制仪器使I0在整个波长范围内保持恒定，即dI0/d=0，则可见，一阶导数信号与浓度成正比。同样可得到二阶、三阶….n阶导数信号亦与浓度成正比。41 随导数阶数的增加，峰形越来越尖锐，因而导数光谱法分辨率高（右图）。吸收峰数为：导数阶数+1，即n+110ppm苯的乙醇液1ppm苯的乙醇液0ppm纯乙醇1ppm苯的乙醇溶液，一阶导数光谱基本光谱1ppm苯的乙醇溶液，四阶导数光谱选择性及灵敏度均提高（苯的导数信号）42 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。43 五、配合物组成和稳定常数测定六、弱酸离解常数的测定七、光度滴定通过测定滴定过程中吸光度的变化来确定分析终点44 本章要求45'