第3章紫外-可见分光光度法

'第三章可见紫外分光光度法概述:利用物质对可见—紫外光具有选择性吸收的性质，对物质进行定性，定量分析。[紫外，可见光区波长从200～760nm，P12表13—1]一．特点：1.灵敏度高10-4～10-7g/ml2.准确度符合微量分析要求，相对误差2～5%而化学分析相对误差0.1～0.2%3.快速4.应用范围广（几乎所有的无机离子和有机物）二.电磁辐射和电磁波：（一）光的二相性：波动性，微粒性其波动性描述可用：紫外光200～400nm可见光400～760nmnm红外光760nm～300um1nm=10-9m1=10-10m(1=10-1nm)有时以波数σ表述：波数定义：光在真空中通过单位长度距离时的振动次数。例：λ=200nm其频率和波数分别为：（1nm=10-7cm）（二）光的能量表示：电磁辐射与物质相互作用，所表现出来的发射与吸收现象用微粒性解释。每个光子所具有的能量为：波长越长，光子能量越小；反之，越大。（三）分子能级与电磁波谱：分子中有原子，电子。分子，原子，电子运动的能量是量子化的。看P7图12-5n=1→n=2是电子能级，每个电子能级都存在几个振动能级。而每个振动能级又存在几个转动能级，整个分子总能量为： 由能级图知：当吸收一定能量辐射光的光子时，分子有较低能级跃迁至较高能级，吸收光子的能量必须与分子跃迁的能级差相等，否则不被吸收。即：电磁波谱：近紫外可见光红外光远红外微波无线电波外层电子跃迁分子振动和转动分子转动核能级跃迁§1基本原理一.Beer—Lamber定律：吸收光度法的基本原理。比耳定律：描述物质吸光与浓度的关系。朗伯定律：描述物质吸光与厚度的关系。Beer—Lamber定律：描述物质吸光与厚度，浓度的关系。由图：一束平行单色光照对有ds=kdndn—小断层所含吸光质点数ds—截面上不被占去的一部分不让光通过的面积（捕获光的面积）捕获光子的几率：光强Ix照射此断层减弱了dIx。即：∴∵，∴代入：——Beer—Lamber表达式式中：（透光率） ——适用形式适用条件：1.单色光2.稀溶液（10-2～10-5M）吸收度的加和性：a、b、c三种物质共存时二.吸光系数和吸收光谱：（一）吸收光谱的产生前边已讲，分子有振动、转动、电子能级，由能级图知，跃迁是量子化的，不同跃迁所需能量不同。我们知道当用可见—紫外光辐射物质时，引起的是外层电子跃迁，由电子跃迁而产生吸收光谱。因电子跃迁同时伴有振动、转动跃迁，所以吸收光谱是谱带而不是谱线。图（二）吸收光谱特征：P15图13-2峰位所对应的波长为最大吸收波长λmax，谷位所对应的波长为最小吸收波长λmin，肩位所对应的波长为λsh，吸收光谱的峰位及形状取决于物质的分子结构（三）吸光系数；A=ECLE——吸光系数E——与物质本性有关，与单色波长，溶剂，温度有关，当后边几个条件给定时，E仅与物质本性有关。所以，E是物质的特性常数，可做物质定性、定量依据。E愈大，灵敏度愈高。求法：当c表示不同时，E有不同的数据和名称。1.摩尔吸收系数：在一定波长时，溶液浓度为1mol/L厚度为1cm时的吸光度ε：L=1cm，C相当于1mol/L，λ一定时的吸收系数2.百分吸光系数：解释：①因1mol/L太浓，不符合L—B定律，所以是折算到1mol/L②不同波长下，不同，所以使用时应注明波长。摩尔吸光系数与比吸光系数关系：吸光系数用途：1.定性依据2.定量依据3.吸收强度指标 例：氯霉素（323.15）λmax=278nmc=2.00mg/100mlT%=24.3%求：图解：三．影响Beer定律因素：A=ECL=KC（一）化学因素：当溶液中浓度改变时，溶液可能产生离解，图缔合与溶剂间的作用等而产生偏离。例：P16图13-4。亚甲蓝阳离子水溶液单体吸收峰在660nm。二聚体吸收峰在610nm。随浓度增大660nm吸收峰减弱，610nm处吸收峰增强，从而使吸收度与浓度关系发生偏离。（二）光学因素：1.非单色光：单色光是Beer定律一个重要前提，但真正的单色光难以得到。当波长为λ1，λ2光同时照样品时：图∴讨论：当E1=E2时，A=E1CLBeer定律成立时，若λ1测定波长，λ2干扰波长①E1>E2时，A↗，产生正偏差（分子上的后项指数E1-E2<0分子比分母小）②E112Fe（OH）3↓所以应控制酸度图条件试验可能出现情况：图图3.时间：有的络合物易形成，但不稳定。例：Fe（sch）2+而Al与铝试剂→红色络合物，需一定时间，[Fe（sal）3]3-很快形成，且很稳定。因此：不同类型的显色反应，应掌握不同的时间来进行比色测定图图图1.温度：由以上讨论，在进行某物质组分的比色测定时，应先进行条件试验，选在一定条件下进行，必要时可对实验条件进行优化，以确定最佳条件。§4紫外吸收光谱与有机分子结构关系一、基本原理：价电子跃迁而产生可见紫外吸收光谱。价电子有成键的б电子，与π电子，还可与未成键P电子（n电子），价电子在其轨迹中绕分子或原子运动。它们吸收一定能量后，产生能级跃迁，跃至较高能级——激发态，未受激发的较稳定状态为基态。两个原子轨迹线形组合分子轨迹，低能成键，高能反键（结构化学）H2的成键与反键轨迹能级跃迁，需要吸收一定的能量，可见紫外吸收光谱与价电跃迁类型有关。P41图13-29（一）电子跃迁类型：1.∆E较大，出现在远紫外区，超出一般仪器的测定范围。 例：饱和烷烃λmax<150nm2.含杂原子的烃如：等，杂原子有孤对电子吸收能量；后可向跃迁，，在近紫外区中强吸收。例：CH3OHλmax=183nm可测出末端吸收。3.：含双键的化合物吸收在200nm左右。特点：吸收系数大，一般є>104强吸收若有共轭双键，电子离域，则减小，λ↗例：CH2=CH2λmax=165nmє=104H2C=CH-CH=CH2λmax=217nmє=210001.：含有杂原子的不饱和基团，є<100近紫外（200~400nm）弱吸收（є10~100）归纳：（二）紫外光谱中一些常用术语：P41生色团：有机化合物分子结构中含的C=CC=O，-N=N-等，能在可见紫外光区产生吸收的原子团。助色团：与生色团或饱和烃相联，能使吸收峰向长波移动的带杂质的基团，如：—OH，—NH2，—OR，—X等。红移（长移）：λmax向长波长移动的现象紫移（短移）：λmax向短波长移动的现象对横坐标而言增色或减色：吸收强度增大或减弱——对纵坐标而言。（一）吸收带：跃迁类型相同的吸收峰R带：n→π*跃迁产生的吸收带，特点：λmax较长，є<100例：丙酮λmax=276nmє=15K带：共轭双键π→π*跃迁产生，且共轭↑，红移，且є↑特点：λmax（K）<λmax(R)є>104例：H2C=CH-CH=CH2λmax=217（є=10421000）K带π→π*H2C=CH-CH=CH2-CH=CH2λmax=258nm（є=135000）K带B带：芳香族（包括杂环芳香）化合物的特征吸收例：苯P42图13-30（上）230~270nm重心在256nm，并表现出精细结构，因为除了π→π*外，同时还有苯环的振动能级跃迁，而产生精细结构，图13-30（下）在极性溶剂中，分子振动受到限制，精细结构消失。E带：也是芳香化合物的特征吸收E2带若化合物联有发色团取代而与苯环共轭时，E2带长移与K带合并。例：（二）溶剂反应： 随溶剂的极性增加，π→π*跃迁产生红移（长移）n→π*跃迁产生紫移其解释P44图图二、有机化合物的吸收光谱：（一）饱和化合物：只产生□跃迁，远紫外，在200~400nm无吸收，所以常用做溶剂。（二）含孤立生色团和助色团的化合物：P44表13-7P45表13-8（三）不饱和脂肪族化合物：孤立双键：λmax<200nm1.共轭烯烃：大π键存在，使π→π*能级跃迁∆E小，λ长移，є增大。其K带λmax估算用Woodward-fieser规则：P46表13-10图例：H2C=C—C=CH2CH3CH3母体基数217母体基数2532个烷基取代2×52个烷基取代2×5227nm2个环残基2×5273nm实测226nm实测265nm图图甾体当有同环双烯，异环双烯时，规定按同环双烯。母体基数214母体基数2533个烷基取代3×5环残基5×5一个环外双（必须在共轭体系中）5环外双3×5234nm增2个共轭2×30353nm实测235nm实测355nm图不算环外双键2.α、β不饱和羰基化合物P48表13-11图 图图母体215母体215α烷基10α烷基10β烷基2×12β烷基2×12249nm259nm实测：249nm实测：226nm图图母体215母体215环外双3×5环外双5β烷基12增共轭30δ以上烷3×18双烯同环39增2共轭3×30α烷基10256nmδ烷基18317nm实测：348nm实测：314nm（一）芳香族化合物：1.苯：紫外区有B，E1，E2由π→π*产生。图13-33P49B带用于鉴定芳香族化合物，其B带精细结构在极性溶剂中消失。2.单取代苯：若有助色团—OH、—NH2等取代基，B带精细结构消失。图例：E带、B带均红移E带210.0→235B带270→287可判有无苯酚在苯环上有取代基时，复杂的B吸收带一般都简化，但吸收强度增加，同时产生深色移动。烷基取代时，这个效应不太大，如果含有非共有电子的基团取代时，这个效应就大。对于联苯，稠环类芳香族化合物很显然共轭增大，红移。芳杂环类化合物：饱和杂环λmax<200nm芳杂环λmax>200nm三.有机化合物结构的研究：吸收光谱相同。并不一定是同一化合物。不能单由紫外吸收谱来确定。分子结构应与红外、质谱、核磁共振配合。紫外可确定所含基团。1.从吸收光谱判断功能团200~800无吸收可能为烷类胺，腈，醇，醚P53260~300有强吸收3-5个共轭体系 K带210~250有强吸收2个共轭体系250~300有弱吸收R带含250~300有中强吸收B带含苯环小结1.掌握光度法的基本原理及使用条件：单、稀2.掌握吸收系数：及其使用（定性定量）3.了解影响Beer定律的因素图4.掌握仪器主要有的部件。尤其：光源、吸收池5.了解仪器光路图6.重点掌握定性、定量分析一节内容7.熟悉光电比色法方法，条件控制等8.几个术语：生色团、助色团、红移、紫移、R、K、B、E带9.Woodward-fieser规则会计算'