儀器分析2-2紫外-可見吸收光譜分析法

2.4共軛烯烴λmax的經(jīng)驗計算2.4.1鏈狀共軛烯烴λmax的計算（Woodward經(jīng)驗規(guī)則）母體為C=C-C=C，λmax的基本值為217nm；增加一個特殊的取代基，λmax紅移的值如下：烷基：+5nm鹵素：+17nm2.4.2單環(huán)共軛烯烴λmax的計算（Woodward經(jīng)驗規(guī)則）母體為

：217nm

：253nm注意：母體僅指環(huán)中的C=C-C=C增加一個特殊的取代基，λmax紅移的值如下：環(huán)外雙鍵：+5nm擴(kuò)展共軛：+30nm取代基：烷基+5nm，鹵素+17nm2.4.2單環(huán)共軛烯烴λmax的計算（Woodward-Fieser經(jīng)驗規(guī)則）應(yīng)用此規(guī)則的注意事項：

（1）當(dāng)有多個母體可供選擇時，應(yīng)優(yōu)先選擇較長波長的母體，如共軛體系中若同時存在同環(huán)二烯與異環(huán)二烯時，應(yīng)選擇同環(huán)二烯作為母體；

（2）環(huán)外雙鍵在這里特指C=C雙鍵中有一個C原子在該環(huán)上，另一個C原子不在該環(huán)上的情況（如結(jié)構(gòu)式A），而結(jié)構(gòu)式B和C則不是；需參與共軛體系。

ABC（3）計算時應(yīng)將共軛體系上的所有取代基及所有環(huán)外雙鍵均考慮在內(nèi)，對“身兼數(shù)職”的基團(tuán)應(yīng)按實際“兼職”次數(shù)計算增加值，同時應(yīng)準(zhǔn)確判斷共軛體系的起點與終點，防止將與共軛體系無關(guān)的基團(tuán)計算在內(nèi)；

（4）該規(guī)則不適用于共軛體系雙鍵多于四個的體系，也不適用于交叉共軛體系，典型的交叉共軛體系骨架結(jié)構(gòu)如下：例

計算下面化合物的λmax

同環(huán)共軛二烯母體基本值253nm

增加共軛雙鍵（2×30）+60nm

環(huán)外雙鍵（3×5）+15nm

烷基取代（5×5）+25nm

酰氧基取代+0nm

λmax計算值：353n（實測值：356nm）

異環(huán)共軛二烯母體基本值：214nm

增加共軛雙鍵（1×30）+30nm

環(huán)外雙鍵（3×5）+15nm

烷基取代（5×5）+25nm

λmax計算值284nm

（實測值：283nm）鏈狀共軛雙鍵基本值217nm

4個烷基取代+20nm

2個環(huán)外雙鍵+10nm

λmax計算值247nm

（實測值：247nm）

鏈狀共軛雙鍵基本值217nm

4個環(huán)殘基或烷基取代+20nm

1個環(huán)外雙鍵+5nm

λmax計算值243nm

（實測值：243nm）2.5紫外-可見光譜法的儀器分光光度計的類型

1.單光束

簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。2.雙光束

自動記錄，快速全波段掃描。可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價格較高。3.雙波長將不同波長的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過同一吸收池而后到達(dá)檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。△=1～2nm。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。光源分光系統(tǒng)吸收池檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)2.5.1光源提供入射光的元件；白熾光源:熱輻射光源：可見光區(qū)，320-2500nm，影響因素：燈電壓，如鎢絲燈和鹵鎢燈；氣體放電光源:氣體放電發(fā)光光源：紫外光區(qū)，375-180nm，如氫燈和氘燈(功率大4-5倍)；紫外-可見分光光度計測定范圍：185nm～1000nm。光源分光系統(tǒng)吸收池檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)2.5.2分光系統(tǒng)將來自光源的光按波長的長短順序分散為單色光，并能隨意調(diào)節(jié)所需波長光的一種裝置；入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；準(zhǔn)直鏡：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；色散元件：將復(fù)合光分解成單色光，棱鏡或光柵；物鏡：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；出射狹縫棱鏡：由玻璃或石英制成，不同的光有不同的折射率，但光譜疏密不均；光柵：由拋光表面密刻許多平行條痕（槽）而制成，利用光的衍射作用和干擾作用使不同的光有不同的方向，起到色散作用。（光柵色散后的光譜是均勻分布的）光源分光系統(tǒng)吸收池檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)入射狹縫準(zhǔn)光器

色散元件、聚焦元件出射狹縫入射狹縫

準(zhǔn)光器

色散元件聚焦元件出射狹縫透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光棱鏡和光柵2.5.3吸收池功用：用于盛放分析試樣；材料：石英：可見光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃：可見光區(qū)；注意：光學(xué)面垂直于光束方向，吸收池配對。2.5.4檢測器將接受到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號的元件；功能：測量單色光透過溶液后光強(qiáng)度變化；要求：靈敏度高,響應(yīng)時間短，線性好、噪音低，穩(wěn)定；類型：光電管、光電倍增管、光電二極管陣列。吸收池光源分光系統(tǒng)吸收池檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)2.5.5記錄系統(tǒng)作用:信號處理并以適當(dāng)方式指示或記錄下來；把信號由直流變?yōu)榻涣骰蛳喾矗桓淖冃盘柕南辔唬瑸V去不需要成分；執(zhí)行某些信號的數(shù)學(xué)運(yùn)算。裝置:模擬技術(shù)和光計數(shù)技術(shù)；直讀檢流計、數(shù)字顯示、自動記錄裝置等；微處理機(jī)：操作控制；數(shù)據(jù)處理。光源分光系統(tǒng)吸收池檢測系統(tǒng)記錄系統(tǒng)2.5.6紫外-可見分光光度計類型的具體介紹（1）單光束分光光度計一束經(jīng)過單色器的光，輪流通過參比溶液和試樣溶液，進(jìn)行吸光度的測定。例：722型、751型、英國SP500型。特點：常規(guī)分析，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，維修容易。適于在給定波長處測量吸光度或透光度，不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。缺點：A受電源波動影響較大。信號記錄處理系統(tǒng)單色器檢測器光源吸收池2.3紫外-可見分光光度計單光束分光光度計光路圖（2）

雙光束分光光度計通過一個快速轉(zhuǎn)動的扇形鏡將經(jīng)單色器的光一分為二，然后用另一個扇形鏡將脈沖輻射再結(jié)合進(jìn)入換能器，即兩光束同時分別通過參照池和測量池。特點：消除、補(bǔ)償光源和檢測器的不穩(wěn)定，精確度高。信號記錄處理系統(tǒng)吸收池單色器吸收池檢測器（3）

雙波長分光光度計

由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個單色器，得到兩個不同的單色光（λ1、λ2），它們交替地照射同一溶液，然后經(jīng)過光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，得到的信號是兩波長處吸光度之差ΔA,ΔA=Aλ2-Aλ1單色器單色器切光器吸收池λ1λ2檢測器光源結(jié)論：試樣溶液濃度與兩個波長處的吸光度差成正比。特點：通過波長選擇可方便地校正背景吸收：消除吸收光譜重疊的干擾，適合于混濁液和多組分化合物分析；只使用一個吸收池：參比溶液即被測溶液，避免了單波長法中因被測溶液與參比溶液在組成、均勻性上的差異及兩個吸收池之間的差異所引入的誤差。2.6顯色反應(yīng)與顯色條件2.6.1顯色反應(yīng)的選擇顯色反應(yīng)主要有下述三種類型：配位反應(yīng)氧化還原反應(yīng)三元配合物的分析特性配位反應(yīng)是最主要的顯色反應(yīng)2.6顯色反應(yīng)與顯色條件配位反應(yīng)配位反應(yīng)是最主要的顯色反應(yīng)配合物是由可以給出孤對電子的離子或分子（稱為配體）和具有接受孤對電子的原子或離子（統(tǒng)稱中心原子）按一定的組成和空間構(gòu)型所形成的化合物。而配位反應(yīng)就是指中心離子（或原子）與配體形成配合物的反應(yīng)。例如：胺基(-NH2、RHN-、R2N-)、具有一對未共用電子對；羥基(-OH),具有兩對共用電子對。它們與生色團(tuán)的不飽和鍵相作用，引起永久性的電荷移動，從而減少分子的激發(fā)能，促使顯色反應(yīng)產(chǎn)物顏色加深，對光的最大吸收向長波方向移動。氧化還原反應(yīng)一些離子可以通過氧化還原反應(yīng),使其成為有色離子.如Cr、Mn可氧化成CrO42-、Cr2O72-、MnO4-等有色離子而加以鑒定.鉬酸胺可與磷酸、砷酸、硅酸等生成雜多酸,在一定條件下,雜多酸中的鉬可還原成鉬藍(lán),從而可以進(jìn)行P、As、Si等微量元素的比色測定.利用形成鉬藍(lán)反應(yīng)還可以測定一些還原性物質(zhì)，例如糖類等。利用氧化還原反應(yīng)可以測定很多能變色的有機(jī)物,例如利用2,3,5-三苯四氯唑和藍(lán)四氮唑,可以測定醛、酮糖等還原性物質(zhì)。三元配合物的分析特性如果顯色反應(yīng)加兩種顯色劑可以形成三個組分的混合配合物。這種方法大大的提高了顯色劑的穩(wěn)定性、靈敏性、選擇性。a.三元配合物比較穩(wěn)定,可提高分析測定的準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性。例如Ti-EDTA-H2O2三元絡(luò)和物的穩(wěn)定性比Ti-EDTA和Ti-H2O2二元絡(luò)和物的穩(wěn)定性分別增加強(qiáng)約1000倍和100倍。b.三元絡(luò)和物對光有較大的吸收容量,所以進(jìn)行光度測定時它比二元絡(luò)和物具有更高的靈敏度。如用H2O2測定釩，靈敏度太低(=2.7×102)。而用PAR聚芳酯顯色靈敏度雖有提高，但選擇性差。如果將V5+、H2O2、PAR三者混合,一定條件下則形成紫紅色的三元絡(luò)合物，靈敏度可大大提高(=1.4×104)，最大吸收波長也移至540nm（原最大吸收波長為450nm），出現(xiàn)較大紅移。c.形成三元絡(luò)合物的顯色反應(yīng)比二元體系具有更高的選擇性。這是因為在二元絡(luò)合物中，一種配位體常與多種金屬離子產(chǎn)生類似絡(luò)合反應(yīng)，而當(dāng)體系中兩種配位體形成三元絡(luò)合物時，就減少了金屬離子形成類似絡(luò)合物的可能性。例如：鈮和鉭都可與鄰苯三酚生成二元絡(luò)合物，但是在草酸介質(zhì)中，只有鉭能與鄰苯三酚形成黃色的鉭-鄰苯三酚-草酸三元絡(luò)合物，鈮則不能形成類似的三元絡(luò)合物，因而提高了反應(yīng)的選擇性。顯色反需考慮的因素靈敏度；選擇性；顯色劑吸收干擾易排除；反應(yīng)生成的有色化合物組成恒定、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。2.6.2顯色反應(yīng)的選擇2.6.2.1顯色劑用量顯色反應(yīng)一般可以用下式表示：M+R＝MR為了減少反應(yīng)的可逆性，根據(jù)同離子效應(yīng)，加入過量的顯色劑是必要的，但過量太多，有時會有副反應(yīng)產(chǎn)生，反而不利。2.6.2.2酸度溶液的酸度對顯色反應(yīng)的影響是多方面的:

例如由于顯色劑大多是有機(jī)弱酸，酸度影響顯色劑的離解，因而影響顯色劑反應(yīng)的完全程度。又如許多顯色劑本身就是酸堿指示劑，配位反應(yīng)后的顏色必須與顯色劑本身的顏色有顯著的不同。二甲酚橙pH>6.3呈紅紫色，pH<6.3呈黃色，與金屬配合物則呈紅色，故只適合于pH<6.3的條件。酸度還影響配合物的組成，F(xiàn)e3+與磺基水楊酸(Sal2-)的反應(yīng)就是一個典型的例子。pH=1.8～2.5Fe3＋＋Sal2－＝Fe(Sal)＋紫紅色pH=4～8Fe3＋＋2Sal2－＝Fe(Sal)2

－紫褐色pH=8～11.5Fe3＋＋3Sal2－＝Fe（Sal)33＋黃色pH>12配合物被破壞，生成Fe(OH)3

沉淀2.6.2.3溫度\2.6.2.4時間由于反應(yīng)速率不同，完成反應(yīng)所需的時間常有很大差別同時，有色化合物在放置過程中也會發(fā)生變化。有的迅速反應(yīng)且能穩(wěn)定較長時間（如Fe3+與磺基水楊酸反應(yīng)）。有的放置一段時間反應(yīng)才達(dá)平衡，溶液顏色才達(dá)穩(wěn)定程度（如硅鉬藍(lán)的生成）。有的放置一段時間后由于各種原因，如空氣氧化、試劑分解或揮發(fā)、光照射等而褪色（如硅鉬藍(lán)只穩(wěn)定0.5～1h）。如Fe3＋與磺基水楊酸反應(yīng)室溫就能進(jìn)行，硅鉬藍(lán)的生成如果在沸水中則只需30s。2.6.2.5干擾的消除

有的干擾離子本身有顏色，如Cu2＋（藍(lán)）、Co2＋（紅）、Cr3（綠）、Fe3＋（黃）；有的與試劑生成有色配合物，如硅鉬藍(lán)法測Si時，P、As也與鉬酸銨生成雜多酸且同時被還原成鉬藍(lán)干擾測定；有的與試劑生成更穩(wěn)定化合物，使被測離子配位不完全等。因此，對與一個新的比色方法的提出，往往必須做干擾離子試驗。干擾消除方法加入掩蔽劑，是干擾離子生成無色配合物和離子；選擇適當(dāng)?shù)娘@色條件；分離干擾離子2.6.3顯色劑2.6.3.1無機(jī)顯色劑由于無機(jī)顯色劑的選擇性差，生成的有色物的摩爾吸光系數(shù)小，靈敏度低等原因，使得真正具有實用價值的無機(jī)顯色劑不多。常用的有：硫氰酸鹽：鐵、鉬、鎢、鈮鉬酸銨：磷、硅、鎢過氧化氫：鈦、釩2.6.3顯色劑2.6.3.2有機(jī)顯色劑大多數(shù)有機(jī)顯色劑本身也是有色化合物，它能與待測離子反應(yīng)生成穩(wěn)定的螯合物；具有鮮明的顏色，ε都很大（一般可達(dá)到104以上），所以測定的靈敏度很高；選擇性好；有些有色配合物易溶于有機(jī)溶劑，可進(jìn)行萃取光度分析，提高了測定的靈敏度和選擇性?；腔畻钏帷狥e3+

鄰二氮菲——Fe2+

二苯碳酰二肼——Cr6+

雙硫腙——Hg2+、pb2+

、Cd2+

偶氮胂Ⅲ——Ca2+

、pb2+

、Ba2+

鉻天氰S——Al3+磺基水楊酸結(jié)構(gòu)式：鄰二氮菲（鄰菲羅啉，1，10—二氮菲）結(jié)構(gòu)式為雙硫腙（二苯—硫腙）結(jié)構(gòu)式為：偶氮砷Ⅲ（鈾試劑Ⅲ）結(jié)構(gòu)式：2.7.1入射波長選擇2.7吸光度測量條件一般選擇max為測定波長,為什么?如果在max處有共存組分的干擾，如何選擇測定波長?AA2.7.2參比溶液的選擇用參比溶液調(diào)T=100%（A=0），再測樣品溶液的A，即消除了吸收池對光的吸收、反射，溶劑、試劑對光的吸收等。為什么要使用參比溶液？

參比溶液選擇的原則（p35）

2.7.3吸光度讀數(shù)范圍的選擇實際工作中，應(yīng)控制T在10～70％,A在0.15～1.0之間。－lgT=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1dT=εbdc兩式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT

）dT

以有限值表示可得：

Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT

討論:濃度測量相對誤差大小（Δc/c）與什么因素有關(guān)?若ΔT=0.5%,透光率讀數(shù)范圍是多少時,濃度測量相對誤差較小?2.7.3吸光度讀數(shù)范圍的選擇1086420204060800.70.40.20.1AT%Er(0.368)0.434實際工作中，應(yīng)控制T在10～70％,

A在0.15～1.0之間(調(diào)c,b)0.0052.8.1紫外-可見吸收光譜定性分析有機(jī)化合物紫外吸收光譜：反映結(jié)構(gòu)中生色團(tuán)和助色團(tuán)的特性，可作為定性依據(jù)，但不完全反映分子特性；計算吸收峰波長，可以確定共扼體系；標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫：46000種化合物紫外光譜的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；紫外光譜形狀相同，兩種化合物有時不一定相同，只有當(dāng)max，max都相同時，可認(rèn)為兩者是同一物質(zhì)。2.8紫外-可見吸收光譜法的應(yīng)用2.8.1.1有機(jī)化合物定性的一般規(guī)律（1）200～800

nm無吸收峰，飽和化合物，單烯。（2）210～250

nm有強(qiáng)吸收峰(≥104L·mol-1·cm-1)：表明含有一個共軛體系(K)帶，共軛二烯：K帶(217nm)；-不飽和醛酮：K帶220nm；260nm，300nm，330nm有強(qiáng)吸收峰：3、4、5個雙鍵的共軛體系；呈現(xiàn)多譜帶，且max已到400nm以上，共軛雙鍵n＞5或環(huán)芳香生色團(tuán)。（3）250～300nm有中等強(qiáng)度的吸收峰(=200～10000L·mol-1·cm-1)，芳環(huán)的特征吸收(具有精細(xì)解構(gòu)的B吸收帶)。（4）270～350nm有吸收峰(=10～100L·mol-1·cm-1)，醛酮n→π*躍遷產(chǎn)生的R吸收帶。2.8.1.2用紫外-可見分子光譜確定異構(gòu)體（1）構(gòu)造異構(gòu)體的確定例：化合物C10H16，max=231nm（κmax=9000L·mol-1·cm-1）。結(jié)構(gòu)（a）：λmax=六環(huán)二烯母體+2個烷基取代+環(huán)外雙鍵=217+（2×5）+5=232nm結(jié)構(gòu)（b）：λmax=同環(huán)二烯母體+4個烷基取代=253+（4×5）=273nm結(jié)構(gòu)（c）：λmax=同環(huán)二烯母體+3個烷基取=253+（3×5）=268nm結(jié)構(gòu)（d）：λmax=同環(huán)二烯母體+3個烷基取代=253+（3×5）=268nm（2）順反異構(gòu)體的確定酮式：λmax=204nm，無共軛；烯醇式：λmax=243nm；溶劑的極性對其有較大影響。（3）互變異構(gòu)體的確定順式：λmax=280nm，max

=10500L·mol-1·cm-1；反式：λmax=295.5nm，max

=29000；共平面產(chǎn)生最大共軛效應(yīng)，λmax、max均較大。順式：λmax=280nm，max

=10500L·mol-1·cm-1；反式：λmax=295.5nm，max

=29000；共平面產(chǎn)生最大共軛效應(yīng)，λmax、max均較大。2.8.1.3有機(jī)化合物摩爾質(zhì)量的測定由于同類有機(jī)物的衍生物的max

相差較小，無法根據(jù)λmax及max

來判別到底是哪種具體的衍生物，故常采用朗伯-比爾定律來計算摩爾質(zhì)量來確定其具體是哪種物質(zhì)。A=max

bc在等體積的情況下：A=max

bm/MM=max

bm/A例題（p38）2.8.1.4氫鍵強(qiáng)度的測定具有孤對電子對的分子能與極性溶劑發(fā)生氫鍵締合，其作用強(qiáng)度以極性較強(qiáng)的基態(tài)大于極性較弱的激發(fā)態(tài)，致使基態(tài)能級的能量下降較大，而激發(fā)態(tài)能級的能量下降較?。ㄓ覉D），故兩個能級間的能量差值增加。實現(xiàn)n→π*躍遷需要的能量也相應(yīng)增加，故使吸收帶發(fā)生藍(lán)移。非極性溶劑極性溶劑n

np

n<pn

→

*躍遷：形成氫鍵后藍(lán)移；；

非極性溶劑極性溶劑

n

p

n>p→*躍遷：形成氫鍵紅移；；氫鍵強(qiáng)度的量度:EH=Ep－En=hc(1/λp–1/λn)式中h為PLANK常數(shù)；c為光速。在多數(shù)π→π*躍遷中，激發(fā)態(tài)的極性要強(qiáng)于基態(tài)，極性大的π*軌道與溶劑作用強(qiáng)，能量下降較大，而π軌道極性小，與極性溶劑作用較弱，故能量降低較小，致使π及π*間能量差值變小（左圖）。因此π→π*躍遷在極性溶劑中的躍遷能△Ep小于在非極性溶劑中的躍遷能△En。所以在極性溶劑中，π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收峰向長波長方向移動。2.8.2紫外-可見吸收光譜定量分析2.8.2.1視差光度法-高組分含量的測定

普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當(dāng)待測組分含量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即用濃度比試樣小的已知濃度為cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液，調(diào)吸光度為零。即：示差法測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差ΔＡ，與Δc呈直線關(guān)系。由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)的Δc值，求得待測溶液濃度Cx

。示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理及優(yōu)點：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：