第3章紫外-可見分光光度法

1第3章紫外-可見分光光度法3.1基本原理3.2測(cè)量條件的選擇及顯色反應(yīng)3.3紫外-可見分光光度計(jì)3.4分析方法3.5應(yīng)用與示例基本內(nèi)容23.1基本原理3.1.1光譜的產(chǎn)生3.1.2躍遷類型3.1.3常用術(shù)語3.1.4吸收帶3.1.5影響吸收帶的主要因素3.1.1光譜的產(chǎn)生

3

43.1.2躍遷類型5處于σ

成鍵軌道上的電子吸收電磁輻射的能量后躍遷到σ*反鍵軌道躍遷所需的能量較大，吸收光的波長較短，處于遠(yuǎn)紫外區(qū)λmax

<150nm6σ→σ*躍遷處于π

成鍵軌道上的電子躍遷到π*反鍵軌道上躍遷所需能量小于σ→σ*躍遷所需的能量λmax

≈200nm（孤立π

鍵）吸收強(qiáng)度大（ε≈104）共軛體系越長，躍遷所需能量越低典型基團(tuán)＞C＝C＜、—C≡C—、＞C＝N—7π→π*躍遷未成鍵軌道中的n電子吸收電磁輻射的能量后，向π*反鍵軌道躍遷躍遷所需能量較低，吸收光的波長通常處于近紫外光區(qū)或可見光區(qū)吸收強(qiáng)度弱（ε

10～100）典型基團(tuán)：含有雜原子的不飽和基團(tuán)＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O8n→π*躍遷雜原子中的n電子吸收電磁輻射的能量后，向σ*反鍵軌道躍遷隨各種化合物的不同，吸收光的波長可處于近紫外光區(qū)或遠(yuǎn)紫外光區(qū)吸收強(qiáng)度較弱典型基團(tuán)－OH、－NH2、－X、－S9n→σ*躍遷在電磁輻射的能量激發(fā)下，配位化合物的電荷發(fā)生重新分布電子從該化合物的一部分（給予體）遷移至與另一部分（接受體）相聯(lián)系的軌道上10電荷遷移躍遷11配位場(chǎng)躍遷d?d

躍遷配位體存在時(shí)，5個(gè)能量相等的d軌道發(fā)生分裂，成為幾組能量不等的d軌道當(dāng)其離子吸收電磁輻射的能量后，處于低能態(tài)的d軌道上的電子可以躍遷至高能態(tài)的d軌道d電子層尚未充滿的第一、第二過渡元素[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2?、[Cu(NH3)4]2+12f?f

躍遷配位體存在時(shí)，7個(gè)能量相等的f軌道發(fā)生分裂，成為幾組能量不等的f軌道當(dāng)其離子吸收電磁輻射的能量后，處于低能態(tài)的f軌道上的電子可以躍遷至高能態(tài)的f軌道大多數(shù)鑭系和錒系元素的離子133.1.3常用術(shù)語14吸收曲線1?吸收峰2?谷3?肩峰4?末端吸收分子中在紫外-可見波長范圍內(nèi)可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)含有π→π*或n→π*躍遷的基團(tuán)＞C＝C＜、＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O多個(gè)生色團(tuán)未發(fā)生共軛：各生色團(tuán)吸收曲線的簡單加和發(fā)生共軛：有一個(gè)新的吸收峰取代原來的各孤立生色團(tuán)的吸收峰λmax紅移，ε

增大15生色團(tuán)（chromophore）含有非鍵電子的雜原子飽和基團(tuán)—OH、—SH、—OR、—SR、—NH2、—Cl、—Br、—I本身不能吸收波長大于200nm的光，但與生色團(tuán)相連時(shí)，能使該生色團(tuán)的吸收峰紅移，并使吸收強(qiáng)度增強(qiáng)16助色團(tuán)（auxochrome）化合物因結(jié)構(gòu)的變化（發(fā)生共軛作用、引入助色團(tuán)等）或溶劑的改變而導(dǎo)致吸收峰的最大吸收波長λmax發(fā)生移動(dòng)紅移：λmax向長波長方向移動(dòng)長移（bathochromicshift）藍(lán)移：λmax向短波長方向移動(dòng)紫移短移（hypsochromicshift）17紅移（redshift）

藍(lán)移（blueshift）增色效應(yīng)（濃色效應(yīng)）因化合物的結(jié)構(gòu)改變或其他原因而導(dǎo)致吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的現(xiàn)象減色效應(yīng)（淡色效應(yīng)）因化合物的結(jié)構(gòu)改變或其他原因而導(dǎo)致吸收強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象18增色效應(yīng)（hyperchromiceffect）

減色效應(yīng)（hypochromiceffect）3.1.4吸收帶19R帶

20K帶

2122吸收帶R帶K帶B帶E帶E1

帶E2

帶電荷遷移躍遷引起的吸收帶配位場(chǎng)躍遷引起的吸收帶233.1.5影響吸收帶的主要因素影響吸收帶的主要因素分子結(jié)構(gòu)共軛效應(yīng)空間位阻跨環(huán)效應(yīng)溶劑pH分子結(jié)構(gòu)——共軛效應(yīng)兩個(gè)或多個(gè)生色團(tuán)形成共軛體系，則吸收帶紅移，且吸收強(qiáng)度增大24空間位阻妨礙形成共軛的生色團(tuán)處于同一平面上，導(dǎo)致共軛效果變差，吸收帶藍(lán)移，吸收強(qiáng)度減弱25分子結(jié)構(gòu)——空間位阻26分子結(jié)構(gòu)——跨環(huán)效應(yīng)在環(huán)狀體系中，分子中非共軛的兩個(gè)生色團(tuán)因?yàn)榭臻g位置的原因，發(fā)生軌道間的相互作用，使吸收帶紅移，并使吸收強(qiáng)度增強(qiáng)非共軛基團(tuán)之間的相互作用兩個(gè)生色團(tuán)仍各自呈現(xiàn)吸收峰27溶劑極性增大使π→π*躍遷紅移使n→π*躍遷藍(lán)移后者的移動(dòng)一般比前者的移動(dòng)大28溶劑效應(yīng)2930體系pH的影響313.2測(cè)量條件的選擇及顯色反應(yīng)3.2.1測(cè)量條件的選擇3.2.2顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇3.2.1測(cè)量條件的選擇

32溶劑空白適用于：只有被測(cè)組分對(duì)光有吸收用溶劑（如蒸餾水）作為空白溶液試劑空白適用于：顯色劑等對(duì)待測(cè)組分的測(cè)定有干擾不加試樣溶液，依次加入各種試劑和溶劑試樣空白適用于：試樣基體有吸收，而顯色劑無干擾取同樣量試樣溶液，不加顯色劑33常見空白溶液顯色反應(yīng)選用適當(dāng)?shù)脑噭┡c不吸收紫外-可見光的被測(cè)物質(zhì)定量反應(yīng)生成對(duì)紫外-可見光有較大吸收的物質(zhì)的反應(yīng)顯色劑反應(yīng)中所加的試劑常見的顯色反應(yīng)類型配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、縮合反應(yīng)343.2.2顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇靈敏度較高定量關(guān)系確定選擇性好顯色產(chǎn)物穩(wěn)定性好顯色劑與顯色產(chǎn)物之間應(yīng)有顯著的顏色差別（60nm）35對(duì)顯色反應(yīng)的要求無機(jī)顯色劑配合物常不夠穩(wěn)定、靈敏度和選擇性也不高硫氰酸鉀：用于測(cè)定鐵、鉬、鎢和鈮等鉬酸銨：用于測(cè)定硅、磷和釩等過氧化氫：用于測(cè)定鈦有機(jī)顯色劑可與金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物選擇性和靈敏度都較高36顯色劑磺基水楊酸“OO型”螯合顯色劑主要用于測(cè)定Fe3+37“NN型”螯合顯色劑常用于測(cè)定鎳元素38丁二酮肟“NN型”螯合顯色劑主要用于測(cè)定微量Fe2+39鄰二氮菲含硫顯色劑可用于測(cè)定Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+等40二苯硫腙三苯甲烷類螯合顯色劑測(cè)定鋁的很好的試劑41鉻天青S顯色劑用量溶液酸度反應(yīng)時(shí)間溫度溶劑42顯色條件的選擇單因素變化法固定其他影響因素不變的條件下，改變待考察因素，測(cè)定并繪制吸光度變化的曲線，根據(jù)曲線的形狀及相關(guān)測(cè)定數(shù)據(jù)來確定最佳取值范圍43顯色劑用量4445溶液酸度干擾及其消除控制酸度選擇適當(dāng)?shù)难诒蝿┻x擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量波長利用適當(dāng)?shù)膮⒈热芤合蓴_用數(shù)學(xué)校正法消除干擾分離46473.3紫外－可見分光光度計(jì)3.3.1主要部件3.3.2分光光度計(jì)的光學(xué)性能與類型3.3.3分光光度計(jì)的校正3.3.1主要部件4849光源光源可見光區(qū)鎢燈鹵鎢燈紫外光區(qū)氫燈氘燈50單色器51比色皿吸收池紫外光區(qū)：石英吸收池可見光區(qū)：玻璃吸收池52檢測(cè)器檢測(cè)器光電管53檢測(cè)器光電倍增管54信號(hào)顯示系統(tǒng)3.3.2分光光度計(jì)的光學(xué)性能與類型分光光度計(jì)的光學(xué)性能波長范圍波長準(zhǔn)確度波長重現(xiàn)性透光率測(cè)量范圍吸光度測(cè)量范圍光度準(zhǔn)確度光度重復(fù)性分辨率雜散光55分光光度計(jì)的類型56類型單光束分光光度計(jì)雙光束分光光度計(jì)雙波長分光光度計(jì)光二極管陣列檢測(cè)的分光光度計(jì)57單光束分光光度計(jì)58雙光束分光光度計(jì)59雙波長分光光度計(jì)60光二極管陣列檢測(cè)的分光光度計(jì)分光光度計(jì)的校正波長的校正吸光度的校正比色皿的校對(duì)61配對(duì)將比色皿編號(hào)標(biāo)記，裝上空白溶液（或蒸餾水），在測(cè)定波長處比較各比色皿的百分透光率，要求相互間不應(yīng)超過0.5%即為配對(duì)洗滌校正將比色皿重新洗滌后再裝空白溶液測(cè)試校正值校正以透光率最大的比色皿為100﹪透光，測(cè)定其余各比色皿的透光率，分別以吸光度方式顯示，作為各比色皿的校正值測(cè)定溶液時(shí)，以上述透光率最大的比色皿作參比池，用其他比色皿裝樣品溶液，測(cè)得的吸光度減去其相應(yīng)的校正值62比色皿的校對(duì)633.4分析方法3.4.1定性分析3.4.2定量分析3.4.3結(jié)構(gòu)分析3.4.1定性分析64定性鑒別對(duì)比吸收光譜的特征數(shù)據(jù)

65定性鑒別對(duì)比吸光度（或吸光系數(shù)）的比值

維生素B12A361nm/A278nm1.70～1.88A361nm/A550nm3.15～3.4566定性鑒別對(duì)比吸收光譜的一致性若兩者完全相同，則可能是同一種化合物若兩者有明顯差別，則肯定不是同一種化合物673.4.2定量分析單組分分析吸收系數(shù)法

68單組分分析對(duì)照法P4913解由題意可知，鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為顯色液中鐵的濃度為因此，試液中鐵的濃度為70單組分分析標(biāo)準(zhǔn)曲線法71多組分分析72多組分分析解線性方程組法P491516根據(jù)吸光度的加和性，得

代入數(shù)據(jù)，得根據(jù)吸光度的加和性，得

代入數(shù)據(jù)，得3.4.3結(jié)構(gòu)分析化合物骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的初步推斷220～800nm無吸收峰：不含直鏈或環(huán)狀共軛體系，也沒有醛、酮等基團(tuán)210～250nm有強(qiáng)吸收峰：可能有共軛二烯或α,β-不飽和醛酮結(jié)構(gòu)260～300nm有強(qiáng)吸收峰：可能存在由3～5個(gè)雙鍵構(gòu)成的共軛體系75化合物骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的初步推斷250～300nm有中等強(qiáng)度的吸收峰，并具有精細(xì)結(jié)構(gòu)：含有苯環(huán)250～300nm有弱吸收峰：含有羰基可見光區(qū)有吸收：可能含有5個(gè)以上的共軛生色團(tuán)76異構(gòu)體的判斷順反異構(gòu)體一般反式異構(gòu)體的空間位阻較小，共軛程度較高反式異構(gòu)體的λmax較長，

εmax較大互變異構(gòu)體77783.5應(yīng)用與示例3.5.1定性分析3.5.2定量分析甲醇、乙醇或環(huán)己烷等有機(jī)溶劑的純度檢查甲醇、乙醇或環(huán)己烷等有機(jī)溶劑中，有時(shí)可能混入少量雜質(zhì)苯苯的B吸收帶在254nm波長處，而上述有機(jī)溶劑在此波長處幾乎無吸收，故可以采用紫外-可見分光光度法檢查有機(jī)溶劑的純度793.