紫外光譜分析-中文

1、Ultravioletltrvalt /Visible Spectroscopy 紫外和可見光顯微鏡UV radiation(紫外輻射）紫外線輻射是比可見光的波長短但比X射線長的電磁輻射。典型的紫外線波長范圍是10 400納米。UV Absorption(紫外吸收）日常生活中, 各種溶液之所以呈現(xiàn)不同的顏色, 與它對光的選擇性吸收有關。當一束由各種波長按一定比例組成的光透過一溶液時, 某些波長的光被溶液吸收, 而另一些波長的光不被吸收而透過溶液。當透過的光包含有可見光波長范圍內(nèi)的光時, 就可以被人眼察到, 溶液的顏色正是由透過光的波長所決定。 UV/Vis Spectroscopy定義：定義：

2、它是一種通過分析由材料的分子、離子對紫外及可見光的吸收度構成的紫外及可見光光譜和吸光度來分析、測定及推論材料的成分、含量及結構的方法。特點特點: 靈敏度高,準確度高,選擇性好,操作簡便,分析速度快,應用范圍廣。Absorption Curve（吸收曲線） 使用不同波長的光通過一個濃度和厚度為常數(shù)的容液，測量溶液在不同波長下的吸收度(吸光度),然后以波長為橫坐標,吸光度為縱坐標繪制一條曲線。曲線可以描述材料在不同波長下的吸光度,稱為吸收曲線或吸收光譜。（根據(jù)對吸收曲線的分析）同一濃度的溶液在不同波長下的吸光度不同。對于相同的測試溶液，濃度越大吸光度越大。對于同樣的材料，無論濃度是多少，波長與最大

3、吸收峰值（最大吸收波長max）是相同的，并且曲線的形狀也是一樣的。電子躍遷類型電子躍遷類型v有機化合物的紫外可見吸收光譜是三種電是三種電子躍遷的結果：子躍遷的結果：電子、電子、電子、電子、n n電子電子COHnp ps sH分子軌道有分子軌道有、*、 *、n 能量高低能量高低n*能量* n* * n*分子中電子的能級和躍遷 2. nss* transition 實現(xiàn)這類躍遷所需要的能量實現(xiàn)這類躍遷所需要的能量較高，較高， 吸收波長為吸收波長為150250nm，大部分在遠紫外區(qū)，大部分在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。近紫外區(qū)仍不易觀察到。 含非鍵電子的飽和烴衍生物含非鍵電子的飽和烴衍生物(含含

4、N、O、S和鹵素等雜原子和鹵素等雜原子)均均呈現(xiàn)呈現(xiàn)n* 躍遷。如躍遷。如CH3OH4. npp* transition 這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū), 一般一般200 nm 。它是簡單的生色。它是簡單的生色團如團如羰基羰基、硝基等中的孤對電子、硝基等中的孤對電子向反鍵軌道躍遷。其特點是向反鍵軌道躍遷。其特點是譜帶譜帶強度弱強度弱，摩爾吸光系數(shù)，摩爾吸光系數(shù)小小，通常，通常小于小于100，屬于禁阻躍遷。，屬于禁阻躍遷。常用術語常用術語-OH （1）R 吸收帶：吸收帶： n*躍遷躍遷 特點：特點：a 躍遷所需能量較小，吸收峰位于躍遷所需能量較小，吸收峰位于 200400nm

5、b 吸收強度弱，吸收強度弱， 102（2）K 吸收帶：吸收帶： 共軛雙鍵中共軛雙鍵中*躍遷躍遷 特點：特點：a 躍遷所需能量較躍遷所需能量較R帶大，吸收峰帶大，吸收峰 位于位于210280nm b 吸收強度強，吸收強度強， 104 隨著共軛體系的增長，隨著共軛體系的增長，K 吸收帶長移，吸收帶長移，210 700nm時時 增大。增大。 K 吸收帶是共軛分子的特征吸收帶，可用于判斷吸收帶是共軛分子的特征吸收帶，可用于判斷共軛結構共軛結構應用最多的吸收帶。應用最多的吸收帶。（3）B 吸收帶和吸收帶和E吸收帶吸收帶 苯環(huán)帶苯環(huán)帶 B吸收帶：有苯環(huán)必有吸收帶：有苯環(huán)必有B帶帶 230-270 nm 之

6、間有之間有一系列吸收峰，中吸收，芳香族化合物的特征吸收峰一系列吸收峰，中吸收，芳香族化合物的特征吸收峰 苯環(huán)上有取代基并與苯苯環(huán)上有取代基并與苯 環(huán)共軛，精細結構消失環(huán)共軛，精細結構消失AAUV-Vis SpectrometerGeneral componentsRadiation sourceMonochromatorSample containerDetectorreadout device Radiation source輻射源 ,mnukrumeit 單色儀樣品室檢測器讀取設備 1. 1. 輻射源輻射源 在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光

7、譜(200-(200-1000nm)1000nm)，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。壽命。分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類兩類.可見光區(qū)：可見光區(qū)：作為光源，其輻射波作為光源，其輻射波長范圍在長范圍在3203202500 nm2500 nm。紫外區(qū)：紫外區(qū)：。發(fā)射。發(fā)射185185400 nm400 nm的連續(xù)光譜。的連續(xù)光譜。2.2. 單色器單色器v 單色器是從連續(xù)光譜中獲得所需單色光的裝置。常用的有棱鏡和光柵兩種單色器。v棱鏡單色器的缺點是色散率隨波長變化，得

8、到的光譜呈非均勻排列，而且傳遞光的效率較低。v光柵單色器在整個光學光譜區(qū)具有良好的幾乎相同的色散能力。因此，現(xiàn)代紫外可見分光光度計上多采用光柵單色器。 入射狹縫：光源的光由此進入單色器； 準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵； 聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫； 出射狹縫。3.3.樣品室樣品室v 樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應的池架附件。應的池架附件。v吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃

9、池。采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。4.4.檢測器檢測器利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號。常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管。 5.5.讀取設備讀取設備 常用的顯示器有檢流計、微安計、電位計、數(shù)字電壓表、記錄儀、 示波器及數(shù)據(jù)處理機等。儀器的類型 1.Single-beam UV-Vis spectrophotometer光源光源單色器單色器參比參比樣品樣品檢測器檢測器顯示器顯示器 只有一條光路，通過變換參比池和樣品池的位只有一條光路，通過變換參比池和樣品池的位置，使它們分別置于光路來進行測定置，使它們分別置于光路來進行測定簡單、價廉，適于在簡單、價廉，適于在給定波長給定

10、波長處測量吸光度或處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光光源源和和檢測器檢測器具具有很有很高的穩(wěn)定性高的穩(wěn)定性。單色器參比樣品檢測器顯示器斬光器光源2.2.Double-beam 雙光束雙光束 自動記錄，自動記錄，快速全波段掃描快速全波段掃描。可消除光源。可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結構分析。儀器復雜，價格較高別適合于結構分析。儀器復雜，價格較高。3.Double-wavelengthv一個光源，兩個單色器，一個吸收池一個光源，兩個單色器，一個吸收池光源單色器單色器吸收池

11、檢測器斬光器用兩種不同波長的單色光束交替照射到樣品溶液上，不需使用參比溶用兩種不同波長的單色光束交替照射到樣品溶液上，不需使用參比溶液，測得的是樣品在兩種波長下的吸光度之差液，測得的是樣品在兩種波長下的吸光度之差將不同波長的兩束單色光將不同波長的兩束單色光( (1 1、2 2) ) 快速交替快速交替通過同一吸收池而后到通過同一吸收池而后到達檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。達檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。 = = 1 12 2nmnm。A A=A=A2-A1=(2-1)bc=Kc 1 1、定性分析、定性分析 通常是在相同的條件下，測定未知物的紫外光譜圖，與已知標準物質(zhì)吸收光譜比較，比較二者

12、吸收光譜特征，如吸收峰數(shù)目、位置、吸收谷、肩峰所在的位置等。分子結構相同的化合物應有完全相同的吸收光譜。不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度 A A 有差異，在有差異，在maxmax處吸光度處吸光度A A 的差異最大。此特性可作作為物質(zhì)的差異最大。此特性可作作為物質(zhì)定量定量分析的依據(jù)。分析的依據(jù)。 待測樣品待測樣品 相同條件相同條件 樣品譜樣品譜 標準物質(zhì)標準物質(zhì) 標準譜標準譜紫外吸收光譜法的應用紫外吸收光譜法的應用2. 定量分析定量分析 依據(jù)：朗伯依據(jù)：朗伯-比耳定律比耳定律 Lambert-Beers Law A= b c -lgT = b

13、chigh sensitivity： max：104105 L mol-1 cm -1； 單組分一般選單組分一般選maxmax處測定處測定A A，做標準曲線，以得到最，做標準曲線，以得到最好的靈敏度。好的靈敏度。 根據(jù)某一特征根據(jù)某一特征峰的高度峰的高度與與物質(zhì)濃度物質(zhì)濃度成成正比正比的關系的關系來進行定量分析。來進行定量分析。 Alg(I0/It)= b c 朗伯朗伯- -比爾定律的適用性：比爾定律的適用性： v朗伯朗伯-比爾定律成立條件是待測物為均一的稀溶液、比爾定律成立條件是待測物為均一的稀溶液、氣體等，無溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起的散射；入射氣體等，無溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起的散射；入射光為

14、單色平行光。光為單色平行光。v下列情形下不成立或產(chǎn)生較大偏差：下列情形下不成立或產(chǎn)生較大偏差：v 1、在有化學因素影響時不成立。、在有化學因素影響時不成立。 2、解離、締合、生成絡合物或溶劑化等產(chǎn)生偏離。、解離、締合、生成絡合物或溶劑化等產(chǎn)生偏離。3、有儀器因素影響時也不成立。、有儀器因素影響時也不成立。4、非單色光對比爾定律產(chǎn)生偏離。、非單色光對比爾定律產(chǎn)生偏離。5、雜散光、雜散光(非吸收光非吸收光)會對定律產(chǎn)生影響。會對定律產(chǎn)生影響。6、其他影響因素包括溶劑、光效應等也應考慮。、其他影響因素包括溶劑、光效應等也應考慮。 3.有機化合物結構輔助解析 可獲得的結構信息：可獲得的結構信息： 了解

15、共軛程度、空間效應等；可對飽和與不飽和化合物、異構體及構象進行判別。 紫外可見吸收光譜中有機物發(fā)色體系信息分析的一般規(guī)律是： 若在200750nm波長范圍內(nèi)無吸收峰，則可能是直鏈烷烴、環(huán)烷烴、飽和脂肪族化合物或僅含一個雙鍵的烯烴等。 若在270350nm波長范圍內(nèi)有低強度吸收峰(10100Lmol-1cm-1),（n* 躍遷），則可能含有一個簡單非共軛且含有n電子的生色團，如羰基。 若在20300nm波長范圍內(nèi)有中等強度的吸收峰則可能含苯環(huán)，假設有精細結構的話，可能是苯環(huán)的特征吸收。 若在210250nm波長范圍內(nèi)有強吸收峰，則可能含有2個共軛雙鍵；若在260350nm波長范圍內(nèi)有強吸收峰，則說明該有機物含有3個或3個以上共軛雙鍵。 若該有機物的吸收峰延伸至可見光區(qū)，則該有機物可能是長鏈共軛或稠環(huán)化合物。光譜解析注意事項光譜解析注