第三章紫外教材

1、第三章紫外可見(jiàn)吸收光譜分析第一節(jié)紫外可見(jiàn)吸收光譜分析的原理一、概述紫外可見(jiàn)吸收光譜分析是指利用分子在紫外可見(jiàn)區(qū)（200800nm ）的吸收光譜，進(jìn)行定性、定量分析。注意：分子光譜：本譜區(qū)分析依據(jù)的信息是組成分子的原子、外層價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)特征，負(fù)載信息的信號(hào)是紫外可見(jiàn)光。吸收光譜光譜儀分析的紫外區(qū)指可以通過(guò)石英的sio2 且不為氧所吸收的200420nm譜區(qū)，即石英紫外區(qū)?？梢?jiàn)譜曲光的波長(zhǎng)范圍約為420760nm 。大致范圍 200800。二、分子外層電子的分子軌道與能級(jí)結(jié)構(gòu)正像原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用原子軌道來(lái)描述一樣，分子中電子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)可以用分子軌道來(lái)描述。1、五種分子軌道成鍵與反鍵軌道（ *

2、 ）成鍵與反鍵軌道（ * ）非鍵軌道 n：有的原子在組成分子時(shí)， 其外層電子沒(méi)有參與形成鍵，只與別的核發(fā)生較弱的作用， 而被束縛在原來(lái)的原子核周圍， 這個(gè)嵌在分子內(nèi)的原子軌道保持原來(lái)的能量狀態(tài)稱之為非鍵軌道。能量排列順序： n* * 電子傾向于優(yōu)先排布在能量比較低的成鍵分子軌道上?；鶓B(tài)分子的外層電子主要是 、n 軌道的電子，這些軌道通常是排滿的，分子的空軌道是* 、* 軌道。一般來(lái)說(shuō)有機(jī)分子常包含幾種分子軌道。三、紫外可見(jiàn)吸收光譜的信息1、躍遷的類型* * n * * n * n 這些躍遷的能量特征是有機(jī)物紫外可見(jiàn)吸收光譜分析所依據(jù)的主要信息。* 躍遷主要是有機(jī)分子中的cc鍵與 c h鍵電子。

3、這些躍遷的特征性小，且躍遷的能量間距大， 產(chǎn)生躍遷需要吸收光的波長(zhǎng)在真空紫外區(qū)，約 150nm ，普通的紫外可見(jiàn)光譜分析不能利用。* 躍遷的能量間距約6 電子伏特左右， 產(chǎn)生這類躍遷需要吸收光子的波長(zhǎng)在真空紫外區(qū)與石英紫外區(qū)，約200nm ，可能被普通的紫外可見(jiàn)光譜分析利用，產(chǎn)生這類躍遷的幾率較高其摩爾系數(shù)約104 。n * 躍遷的主要是含有o 、n 、p 等雜原子的有機(jī)分子。這些雜原子的孤對(duì)電子在非鍵軌道n 上。n 與* 分子軌道的能量間距也越6 電子伏特，因此產(chǎn)生這種躍遷需要吸收的光子與* 躍遷相似，但發(fā)生這類躍遷的幾率較低。n* 躍遷的主要是既含有c=c雙鍵，又含有雜原子的有機(jī)分子。由于

4、 n 與* 這兩種分子軌道的能量間距小， 因此產(chǎn)生這種躍遷需要的吸收的光子在石英紫外區(qū)， 其波長(zhǎng)范圍較寬， 能被普通的紫外可見(jiàn)光譜分析利用。這類躍遷的幾率更低，其摩爾吸收光系數(shù)10107。電荷遷移躍遷是指收光的照射后，分子中的電子從給體部分向內(nèi)部的受體部分的軌道上躍遷，相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。某些取代芳烴可以產(chǎn)生這種吸收。如：芳酮中苯環(huán)部分是電子的給體，氧原子、電子的受體，接受一個(gè)光子后產(chǎn)生電荷的遷移。2、幾個(gè)概念生色團(tuán)光譜分析中常把能吸收光子產(chǎn)生電子躍遷的基團(tuán)成為生色團(tuán)。其含有非鍵軌道 n 和分子軌道的電子體系，能夠引起n * 和 * 躍遷，例如：助色團(tuán)有些原子核原子團(tuán)本身雖然不

5、吸收大于200nm的光，但一些生色團(tuán)與這些原子或原子團(tuán)結(jié)合后， 原來(lái)生色團(tuán)所產(chǎn)生的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，并且吸收強(qiáng)度增加， 這樣的一些原子和原子團(tuán)稱為助色團(tuán)。 助色團(tuán)一般含有孤對(duì)電子的原子，他們與生色團(tuán)結(jié)合后會(huì)產(chǎn)生能級(jí)間距較小的n* 或 n*躍遷，如：oh 、nh2、sh及一些鹵族元素等。紅移與藍(lán)移紅移：某些有機(jī)化合物取代反應(yīng)引入含有未共享電子對(duì)的基團(tuán)（如 oh 、nh2、cl 、br、sh等）之后，吸收峰的波長(zhǎng) max 將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱為紅移效應(yīng)。 這些會(huì)使某些化合物的 max向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的基團(tuán)稱為向紅集團(tuán)。藍(lán)移：以紅移效應(yīng)相反，有時(shí)在某些生色團(tuán)（如：c=0 ）的碳原子一端移入

6、一些取代基之后， 吸收峰的波長(zhǎng)會(huì)向短波方向移動(dòng)， 這種效用稱為藍(lán)移效應(yīng)。這些會(huì)使某些化合物 max向短波方向移動(dòng)的基團(tuán)如：ch3、ch2ch3等）稱為向藍(lán)集團(tuán)。溶劑效應(yīng)此外，溶劑的極性不同業(yè)會(huì)引起某些吸收光譜的紅移或藍(lán)移，這種作用稱為溶劑效應(yīng)。在 * 躍遷中，激發(fā)態(tài)極性大于基態(tài)，當(dāng)使用極性大的溶劑時(shí)，由于溶質(zhì)與溶劑的相互作用，激發(fā)態(tài)的*比基態(tài)的 的能量下降更多，因而激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間能量差減少，導(dǎo)致吸收譜帶max紅移。而在 n *躍遷中，基態(tài)、 n 電子于極性溶劑形成氫效應(yīng)，降低了基態(tài)能量，使激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差變大， 導(dǎo)致吸收帶 max向短波去移動(dòng)（藍(lán)移） 。第二節(jié)紫外可見(jiàn)鳳光光度計(jì)一、主

7、要組成部件各種型號(hào)的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，就其基本結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，都是由五個(gè)部分組成，即光源、單色器、吸收池、監(jiān)測(cè)器和信號(hào)指示系統(tǒng)。吸收池分光系統(tǒng)樣品室光度計(jì)系統(tǒng)分光系統(tǒng)包括光源與單色器，用于產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的單色光作為光譜分析的作用光；作用光投射到樣品室中的樣品，與樣品分子相互作用， 通過(guò)樣品后成為負(fù)載了樣品信息的分析光；其強(qiáng)度由光度計(jì)系統(tǒng)檢測(cè)，并經(jīng)過(guò)胡子那環(huán)、傳送、處理后在顯示器顯示分析結(jié)果。1、光源：光源的數(shù)量與性質(zhì)特征數(shù)量特征：光源的總強(qiáng)度反映光源的數(shù)量特征，要求光源有足夠高且穩(wěn)定的強(qiáng)度。注意：光源的不穩(wěn)定性會(huì)疊加到分析信息中，影響測(cè)量的準(zhǔn)確度與精確度。性質(zhì)特征：反映在其光譜特征，每種光源所發(fā)的光

8、具有一定的波長(zhǎng)范圍，其在此范圍內(nèi)，不同波長(zhǎng)成分光的興隊(duì)強(qiáng)度， fs（）也不同。常用的光源常用的光源有：熱輻射光源和元體放電光源兩類?？梢?jiàn)光區(qū)：常用熱輻射光源如：鎢絲燈和鹵鎢燈（在燈泡內(nèi)充入鹵素元體，制成如溴鎢燈、碘鎢燈，可提高在可見(jiàn)區(qū)的輻射強(qiáng)度）。工作波長(zhǎng)： 3502500nm 紫外區(qū)：氣體放電光源如氫燈和氚燈，能在160360 nm 發(fā)生波長(zhǎng)連續(xù)的紫外光。有些等（如氚燈）在紫外區(qū)和可見(jiàn)區(qū)都可以發(fā)出強(qiáng)度高、波長(zhǎng)連續(xù)的光。2、單色器：功能：光源產(chǎn)生的光包含多種成分，波長(zhǎng)連續(xù)的復(fù)色光，單色器的功能就是通過(guò)色散器件， 將此復(fù)色光中的不同波長(zhǎng)成分在空間分開(kāi)，然后分別取所需光源單色器檢測(cè)器信號(hào)指示系統(tǒng)波

9、長(zhǎng)（或波長(zhǎng)范圍較窄）的單色光用于分析。結(jié)構(gòu)一般由入射狹鏈、準(zhǔn)直系統(tǒng)（透鏡）或四面發(fā)射鏡使入射光成平行光），色散元件（具有選擇波長(zhǎng)作用的光柵或棱鏡）。成像物鏡、出射狹鏈。其核心部分是色散元件起分光作用。起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。單色器中入射狹鏈越窄，則光譜上任意一點(diǎn)的波長(zhǎng)成分越純，光譜的質(zhì)量就越高，出射狹鏈越小，則單色其產(chǎn)生的單色光帶寬小，單色性好，但能量小，影響儀器的信噪比。 通常入射狹鏈與出射狹鏈實(shí)行同步調(diào)節(jié)，保持兩者的寬度相同。這種情況下單色光的能量輸出與狹鏈寬度的平方成正比。3、吸收池吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見(jiàn)光區(qū)及紫外光區(qū)， 玻璃吸收

10、池只能用于可見(jiàn)光區(qū)。為減少光的反射損失， 吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測(cè)定中（紫外區(qū)尤其重要） ，吸收池要挑選配對(duì)，因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓匦砸约拔粘氐墓獬砷L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。4、檢測(cè)器檢測(cè)器的功能是檢測(cè)光信號(hào)， 測(cè)量單色光透過(guò)溶液后強(qiáng)度變化的一種裝置，常用的檢測(cè)器有光電池、光電管和光電倍增管等，它們通過(guò)光電效應(yīng)將照射到監(jiān)測(cè)器上的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。光電池常用的光電池有硒光電池和硅光電池，硒光電池價(jià)格便宜但容易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)，只能用于低檔的分光光度計(jì)中。硅光電池不易疲勞， 但對(duì)短波區(qū)的響應(yīng)較差。光電管光電管在紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上應(yīng)用較為廣泛。它的結(jié)構(gòu)是以一

11、彎成半圓柱形的金屬片為陰極，陰極的內(nèi)表面涂有光敏層；在圓柱形的中心之一金屬絲為陽(yáng)極，接受陰極釋放出的電子。 兩電極密封于玻璃或石英管內(nèi)并抽成真空。 陰極上光敏材料不同， 光譜的靈敏區(qū)也不同， 可分為藍(lán)敏和紅敏兩種光電管。藍(lán)敏：在鎳陰極表面上沉積銻和銫，可用于波長(zhǎng)范圍為210625nm 。紅敏：在陰極表面上沉積了銀和氧化銫，可用范圍為 6251000nm 。與光電池比較，它有靈敏度高，光敏范圍寬，不易疲勞等優(yōu)點(diǎn)。光電倍增管光電倍增管是在光電管理增加了電子流的放大功能（放大系數(shù)可達(dá)108）而構(gòu)成的光電檢測(cè)器件。 它的靈敏度比一般的光電管要高200倍。常用于高中檔的分光光度計(jì)。5、信號(hào)指示系統(tǒng)它的作

12、用是放大信號(hào)并以適當(dāng)方式指示或記錄下來(lái)。常用的信號(hào)指示裝置有直讀檢流計(jì)、電位調(diào)劑指零裝置以及數(shù)字顯示或自動(dòng)記錄裝置等。二、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的類型歸納為三種類型：1、單光束分光光度計(jì)經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過(guò)參比溶液和樣品溶液以進(jìn)行吸光度測(cè)定。這種分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜，適用于常規(guī)分析。國(guó)產(chǎn)722 型、751 型、724型，英國(guó) sp500型都屬于此類。2、雙光束分光光度計(jì)經(jīng)單色器分光后經(jīng)反射鏡m1分解為強(qiáng)度相等的兩束光，一束通過(guò)參比池，另一束用過(guò)樣品池。光度計(jì)能自動(dòng)比較兩束光的強(qiáng)度， 此比值即為試樣的透射比，經(jīng)對(duì)數(shù)變換后將它轉(zhuǎn)化為吸光度并作為波長(zhǎng)函數(shù)記錄下來(lái)。雙光束

13、分光光度計(jì)一般都能自動(dòng)記錄吸收光譜曲線。 由于兩束光同時(shí)分別通過(guò)參比池和樣品池，還能自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化引起的誤差。國(guó)產(chǎn) 710 型 730型、740 型3、雙波長(zhǎng)的分光光度計(jì)由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)單色器，得到兩束不同波長(zhǎng)（1 和2）的單色光，利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池，然后經(jīng)過(guò)光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，最后由顯示器顯示出兩個(gè)波長(zhǎng)出的吸光度差值。a（a=a 1-a2）對(duì)于多組分混合物，混濁式樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下， 利用雙波長(zhǎng)分光光度法， 往往能提高方法的靈敏度和選擇性。另用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)，能獲得導(dǎo)數(shù)光譜。

14、三、分析條件的選擇（ p41）為了得到正確的測(cè)定結(jié)果，除了在分析測(cè)定前必須按待測(cè)物的光譜特點(diǎn)，確定選用分光光度計(jì)，還要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)定條件。1、分析波長(zhǎng)的選擇為了使測(cè)定結(jié)果有較高的靈敏度，在一般情況下，分析用的單色光應(yīng)選擇被測(cè)物質(zhì)溶液的最大吸收波長(zhǎng)， 這樣可得到較大的吸光度之， 且測(cè)定受分析波長(zhǎng)的誤差影響較小。 如果有背景干擾時(shí)， 則可選靈敏度稍低， 但能避免干擾的波長(zhǎng)為作用光。2、單色作用光帶寬大體相當(dāng)于樣品光譜吸收峰寬1/5 1/10 。第三節(jié)紫外可見(jiàn)吸收光譜的應(yīng)用一、定性分析紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)無(wú)機(jī)元素的定性分析較少，在有機(jī)化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析中， 由于紫外可見(jiàn)光譜較簡(jiǎn)單，特征性不強(qiáng)

15、， 因此有一定局限性，但是它適用于不飽和有機(jī)化合物，尤其是共軛體系的鑒定， 以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)。常用方法：1、在相同的測(cè)量條件下，測(cè)定未知物的吸收光譜與所推斷化合物的標(biāo)準(zhǔn)光譜加以比較。若兩光譜相同，即可能為同一化合物。2、利用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算最大吸收波長(zhǎng)max ，然后與實(shí)測(cè)值比較，例如：woodward規(guī)則等等。3、運(yùn)用本章第一節(jié)知識(shí)，解析有機(jī)物紫外光譜：對(duì)某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)一無(wú)所知時(shí)，可運(yùn)用下述經(jīng)驗(yàn)規(guī)律解析所得的紫外光譜。（1）如在 200400nm區(qū)域內(nèi)無(wú)吸收峰，則初步斷定該化合物無(wú)共軛雙鍵系統(tǒng)，可能是無(wú)機(jī)化合物。（2）在 250260nm處有吸收，最大摩爾吸光系數(shù)qmax在 103104，

16、則該化合物可能具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)。（3）在 270350nm區(qū)域內(nèi)有一個(gè)很弱的吸收峰， （=10100） ，且 200nm以上無(wú)吸收，弱峰可能是 * 躍遷所致。例如：c=0 ， c=c o 或 c=c n （4）化合物在紫外光譜中有吸收，其波長(zhǎng)吸收峰強(qiáng)度qmax在 11042104之間，則表示有 . 不飽和酮或共軛烯烴結(jié)構(gòu)。（5）若紫外光譜中有許多吸收峰，并有一些峰出現(xiàn)在可見(jiàn)區(qū)，則該化合物的結(jié)構(gòu)可能只有長(zhǎng)鏈共軛體系或稠環(huán)芳香生色團(tuán)。如果化合物有顏色， 則至少有45 個(gè)相互共軛的生色團(tuán)（主要指雙鏈） 。含氮化合物及碘例外。二、定量分析1、定量依據(jù)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)定量分析的依據(jù)是lambertbeer 定律。 （a=bc）即在一定波長(zhǎng)處被測(cè)定物質(zhì)的吸光度與它的濃度成淺性關(guān)系，因此通過(guò)測(cè)定溶液對(duì)一定波長(zhǎng) 射光的強(qiáng)度，即可求出該物質(zhì)在溶液中的濃度和含量。2、常用的定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法配制 510 個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在該溶液的