第四章紫外可見吸收與分子熒光光譜法

第四章紫外可見吸收與分子熒光光譜法第1頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月一分子吸收光譜的產(chǎn)生1分子能級(jí)E=E0+E平

+E轉(zhuǎn)

+E振

+E電子ΔE=ΔE轉(zhuǎn)

+ΔE振

+ΔE電子

分子吸收電磁輻射后的能量變化

§4-1

概述第2頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月ΔE電子>ΔE振>ΔE轉(zhuǎn)第3頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2

分子吸收光譜紅外光譜

(λ:0.75-1000μm)電子能級(jí)躍遷紫外、可見吸收光譜

(λ:200-750nm)10－200nm:遠(yuǎn)紫外；200－400nm:近紫外400－750nm:可見光振動(dòng)能級(jí)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷第4頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二紫外、可見吸收光譜1吸收曲線特點(diǎn)

連續(xù)的帶狀光譜第5頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

分子對(duì)輻射能的吸收具有選擇性，吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax。吸收曲線的形狀、λmax及吸收強(qiáng)度等與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。第6頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月膽甾醇異亞丙基丙酮

共軛基團(tuán)相同的不同分子，紫外、可見吸收光譜很相似。O=C–C=C兩分子具有相同的共軛基團(tuán)第7頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似，λmax不變，濃度越大，吸光度越大；在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大。第8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2Lambert-Beer定律第9頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月K:吸收系數(shù)

c單位為g?L-1時(shí)，吸光系數(shù)a(L?g-1?cm-1)。b:吸收光程（液層厚度），cm。c:吸光物質(zhì)濃度。第10頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1)吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù),不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時(shí)，僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)。

c單位為mol?L-1時(shí)，摩爾吸光系數(shù)(L?mol-1?cm-1)。2)可作為定性鑒定的參數(shù)第11頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3)可用來估量定量分析方法的靈敏度。ε

max越大，定量分析的靈敏度越高。εmax~104：強(qiáng)吸收，測量濃度范圍為10-6~10-5mol?L-1。例如：第12頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

§4-2有機(jī)物和無機(jī)物的紫外、可見吸收光譜一有機(jī)物的吸收光譜與電子躍遷（一）電子躍遷類型nπσ第13頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1.σ→σ*躍遷

飽和鍵σ電子的能級(jí)躍遷

吸收光譜在遠(yuǎn)紫外區(qū)(或真空紫外區(qū)),

λmax<170nm。2.n→

σ*躍遷含有O、N、S、Cl、Br、I

等雜原子的飽和烴衍生物分子的電子能級(jí)躍遷吸收光譜位于遠(yuǎn)紫外區(qū)，λmax<200nm。第15頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3.躍遷化合物

λmaxCH2=CH2171nmCH2=CH2-CH2=CH2217nmCH2=CH2-CH2=CH2-CH2=CH2258nm電子從π軌道到π*軌道的躍遷,

值很大。吸收峰隨雙鍵共軛程度的增加向長波方向移動(dòng)。第16頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月4.躍遷不飽和鍵中雜原子上的n電子到π*軌道的躍遷。吸收峰在近紫外~可見區(qū)，ε值小。

躍遷與躍遷的比較躍遷機(jī)率大，是強(qiáng)吸收帶；躍遷機(jī)率小，是弱吸收帶?；鶊F(tuán)躍遷類型λmaxεmax(L/mol·cm)－COORπ→π*1654000n→π*20550第17頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月5.常用術(shù)語生色團(tuán)能吸收紫外、可見光的結(jié)構(gòu)單元，是含有非鍵軌道和π分子軌道的電子體系。第18頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2)助色團(tuán)是能使生色團(tuán)吸收峰向長波方向位移并增強(qiáng)其強(qiáng)度的官能團(tuán)，是帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)。–OH,–NH2,–SH及鹵族元素第19頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3)紅移和藍(lán)移(或紫移)紅移：吸收峰的波長λmax向長波方向移動(dòng)。藍(lán)移(紫移)：吸收峰的波長λmax向短波方向移動(dòng)。第20頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）有機(jī)物的吸收光譜1飽和烴及其取代衍生物化合物λmax(nm)

εmax

甲烷124

~

乙烷135

~

H2O167

1480CH3OH177

150

CH3Cl173

200CH3I257

365CH3NH2

215

600第21頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2不飽和烴1)非共軛不飽和烴CH2=CH-(CH2)2-CH3184nmCH2=CH-(CH2)2-CH=CH2

185nmCH2=CH2

171nm烯烴λmax第22頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2)共軛不飽和烴CH2=CH-CH=CH-CH=CH2:λmax=258nm第23頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3)羰基化合物R帶：n→π*躍遷，弱吸收K帶：π→π*躍遷，強(qiáng)吸收RC=OY第24頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月RC=OYK帶:

紅移R帶:

藍(lán)移R帶:270~300nm

K帶:~150nmY=H,RY=-NH2,-OH,-OR第25頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月K帶:

紅移→220~260nmR帶:

紅移→310~330nmC=CC=OC=O=第26頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月基團(tuán)結(jié)構(gòu)π→π*λmax(nm)n→π*λmax(nm)－C=O166280－C=C－C=O240320－C=C－C=C－C=O270350245435第27頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月4)苯及其衍生物苯π→π*躍遷的三個(gè)吸收帶E1帶:

180nmε=60000E2帶:

204nmε=8000B帶:

250nmε=200第28頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

苯環(huán)上的取代基使

B帶簡化、紅移，吸收強(qiáng)度增大。苯甲苯苯胺化合物λmax(nm)(B帶)εmax苯254200甲苯261300間二甲苯2633001,3,5-三甲苯266305第29頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月苯環(huán)與羰基雙鍵共軛羰基雙鍵：K帶和R帶紅移；苯環(huán)：B帶簡化，E2帶與K帶重合且紅移乙酰苯的紫外吸收光譜第30頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月5)稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物苯的三個(gè)吸收帶紅移，且強(qiáng)度增加。苯環(huán)的數(shù)目越多，波長紅移越多。第31頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二無機(jī)物的吸收光譜與電子躍遷1電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜無機(jī)絡(luò)合物例：

λmax=490nm,εmax>104，定量測定靈敏度高。電子受體電子給予體第32頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2配位場躍遷在配體的配位場作用下，過渡元素5個(gè)能量相等的d軌道和鑭系、錒系元素7個(gè)能量相等的f軌道分裂成幾組能量不等的d軌道及f軌道，吸收輻射后，低能態(tài)的d或f電子分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道，即產(chǎn)生了d一d和

f一f

躍遷。第33頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月八面體場?E配位場躍遷屬禁戒躍遷，吸收強(qiáng)度弱，εmax<102，不適合用于定量分析，但可用于研究配合物的結(jié)構(gòu)及無機(jī)配合鍵理論等。第34頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月三影響紫外、可見吸收光譜的因素1共軛效應(yīng)的影響CH2=CH2

171nm10000CH2=CH-CH=CH2217nm21000CH2=CH-CH=CH-CH=CH2

258nm34000化合物

λmax(nm)

εmax

電子共軛體系增大，紅移，增大。第35頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月空間阻礙使共軛體系破壞，λmax藍(lán)移，εmax減小。R=R'=Hλmax=294nm,εmax=27600

R=H,R'=CH3,

λmax=272nm,εmax=21000

第36頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2取代基的影響取代基-SR-NR2-OR-Cl-CH3紅移距離(nm)45403055助色團(tuán)取代，

π→π*躍遷吸收帶發(fā)生紅移。第37頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3溶劑的影響氣態(tài)溶劑：環(huán)己烷溶劑：水對(duì)稱四嗪在蒸氣態(tài)、環(huán)己烷和水中的吸收光譜1)

對(duì)吸收譜帶精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響第38頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月無溶劑效應(yīng)極性溶劑效應(yīng)π*nnπππ*能量2)

對(duì)π→π*躍遷和n→π*躍遷的影響溶劑極性增加，

π→π*躍遷吸收帶紅移，

n→π*躍遷吸收帶藍(lán)移。第39頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月π→π*和n→π*躍遷的溶劑效應(yīng)溶劑正己烷CHCl3CH3OHH2Oπ→π*λmax/nm230238237243n→π*λmax/nm329315309305報(bào)告某物的紫外、可見吸收光譜時(shí)，需注明所使用的溶劑。第40頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3)

溶劑的選擇a.

溶劑應(yīng)能很好地溶解被測試樣，溶劑對(duì)溶質(zhì)應(yīng)該是惰性的。b.

在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。c.

溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收第41頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

§4-3紫外-可見分光光度計(jì)顯示一基本結(jié)構(gòu)光源單色器樣品池檢測器第42頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1光源作用:提供輻射能激發(fā)被測物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷吸收光譜。連續(xù)光源可見區(qū)鎢燈,碘鎢燈紫外區(qū)氘燈,氫燈第43頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3吸收池

石英吸收池：紫外－可見區(qū)使用。

玻璃吸收池：可見區(qū)使用。4檢測器

光電倍增管，二極管陣列檢測器2單色器作用:由連續(xù)光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束。第44頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二紫外-可見分光光度計(jì)類型1單波長分光光度計(jì)1)單光束分光光度計(jì)缺點(diǎn)測量結(jié)果易受光源波動(dòng)性的影響，誤差較大第45頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2)雙光束分光光度計(jì)可自動(dòng)掃描吸收光譜；自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化帶來的誤差第46頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2雙波長分光光度計(jì)雙波長分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩個(gè)單色器不需要參比溶液第47頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月測量信號(hào)：第48頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月}兩波長處的背景吸收相等定量分析關(guān)系式：自動(dòng)校正背景吸收原理適合測定混濁液第49頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

§4-4紫外-可見吸收光譜法的應(yīng)用一定性分析1吸收曲線比較法吸收峰的數(shù)目，形狀，λmax,

εmax等。1)

與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較2)與標(biāo)準(zhǔn)化合物的吸收光譜比較第50頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月維生素A1,λmax:326nm維生素A2,λmax:351nm第51頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月A合成維生素維生素A2第52頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2計(jì)算不飽和有機(jī)化合物λmax的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則1)伍德沃德(Woodward-Fieser)規(guī)則適用于共軛烯烴(不多于四個(gè)雙鍵)、共軛烯酮類化合物π→π*躍遷吸收峰λmax的計(jì)算。P79表4-9，表4-10第53頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月P80例1異環(huán)二烯基數(shù)：214環(huán)外雙鍵：52，3，5位烷基取代：4×5

λ計(jì)算：239nm

共軛烯烴第54頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月例：水芹烯有兩種異構(gòu)體，經(jīng)其他方法測定其結(jié)構(gòu)為A及B。其紫外光譜：α體的λmax為263nm(εmax為2500)，β體的λmax為231nm(εmax為900)。試問A及B何者為α體，何者為β體？基數(shù)：214環(huán)外雙鍵：5烷基取代：2×5

λ計(jì)算：229nmA基數(shù)：253烷基取代：3×5

λ計(jì)算：268nmB第55頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月基數(shù)：215增加一個(gè)共軛雙鍵：30同環(huán)二烯：39環(huán)外雙鍵：5α取代烷基：10δ取代烷基：18

λ計(jì)算：317nmP80例2

、不飽和羰基化合物第56頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月例：根據(jù)紅外光譜和核磁共振譜推定某一化合物的結(jié)構(gòu)可能為(1)或(2),其紫外光譜的=284nm，通過計(jì)算說明其結(jié)構(gòu)為何式。215-13-223512×2239nm第57頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2)斯科特(Scott)規(guī)則適用于芳香族羰基取代衍生物λmax的計(jì)算基數(shù)：230對(duì)位胺基：58

λ計(jì)算：288nmλ測定：288nm第58頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月二結(jié)構(gòu)分析1判別順反異構(gòu)體順式反式λmax=280nmεmax=13500λmax=295nmεmax=27000第59頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2判別互變異構(gòu)體酮式:λmax=272nm,εmax=16烯醇式:λmax=243nm,εmax=16000第60頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月三純度的控制和檢驗(yàn)乙醇含10ppm苯的乙醇苯溶液含10-6M蒽的苯溶液a)

根據(jù)吸收光譜判斷b)

根據(jù)lgε判斷例如：標(biāo)準(zhǔn)菲現(xiàn)測得某菲的精制品，說明精制品不純。第61頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月四定量分析1單組分定量方法校準(zhǔn)曲線法第62頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2多組分定量方法1)解聯(lián)立方程組{第63頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2)雙波長等吸收分光光度法ab(270nm)兩個(gè)基本條件:

選定的兩個(gè)波長下干擾組分具有等吸收點(diǎn)

選定的兩個(gè)波長下待測組分的吸光度差值應(yīng)足夠大b組分測定波長第64頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月△A標(biāo)準(zhǔn)曲線第65頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

§4-5分子熒光和磷光分析一

原理1

熒光和磷光的產(chǎn)生

分子的多重度M=2s+1s:

電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和單重態(tài)(S):分子中全部軌道

里的電子都是自旋配對(duì)的，即s=0,則M=1。S0:

基態(tài)單重態(tài)，S1:

第一激發(fā)單重態(tài)，S2:

第二激發(fā)單重態(tài)三重態(tài)(T):分子中具有兩個(gè)自旋不配對(duì)的電子，即s=1,則M=3。T0:基態(tài)三重態(tài)，T1：第一激發(fā)三重態(tài)，T2：第二激發(fā)三重態(tài)。第66頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月T1基態(tài)激發(fā)態(tài)單重態(tài)激發(fā)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)S1S0&T1的能量低于S1的能量第67頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月(激發(fā))系間竄躍kf激發(fā)態(tài)分子從單重激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能層經(jīng)輻射回到基態(tài)的過程。熒光發(fā)射第68頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月激發(fā)態(tài)分子從三重激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能層經(jīng)輻射回到基態(tài)的過程磷光發(fā)射(激發(fā))系間竄躍磷光第69頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月

激發(fā)光譜：將熒光（磷光）的發(fā)射波長固定在最大發(fā)射波長處,改變激發(fā)波長并測定相應(yīng)的熒光（磷光）強(qiáng)度，由此得到的熒光(磷光）強(qiáng)度與激發(fā)波長的關(guān)系曲線即為激發(fā)光譜。

發(fā)射光譜：將激發(fā)光波長固定在最大激發(fā)波長處,改變發(fā)射波長并測定相應(yīng)的熒光（磷光）強(qiáng)度，由此得到的熒光(磷光）強(qiáng)度與發(fā)射波長的關(guān)系曲線即為發(fā)射光譜。2

激發(fā)光譜和發(fā)射光譜第70頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)強(qiáng)度萘的激發(fā)、熒光和磷光光譜激發(fā)光譜熒光光譜磷光光譜第71頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月熒光發(fā)射光譜的特點(diǎn)：1)Stokes位移：與激發(fā)光譜相比,發(fā)射光譜的波長總是出現(xiàn)在更長的波長處。2)發(fā)射光譜的形狀與激發(fā)波長無關(guān)。3)吸收光譜與發(fā)射光譜呈鏡像對(duì)稱關(guān)系。

維生素B2熒光發(fā)射光譜第72頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1)躍遷類型與躍遷相比，躍遷的大100~1000倍，壽命較短，通過系間竄躍至三重態(tài)的速率也較小，因此躍遷的熒光效率較高。激發(fā)發(fā)射3熒光和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系第74頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2)共軛效應(yīng)化合物λ/nm苯0.07283萘0.29321蒽0.46400一般而言，π電子共軛體系越大，熒光效率越高，且熒光光譜紅移。強(qiáng)熒光無熒光第75頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3)剛性平面結(jié)構(gòu)酚酞(無熒光)熒光素(強(qiáng)熒光)剛性平面結(jié)構(gòu)可減少分子的振動(dòng)，使分子與溶劑和其它溶質(zhì)分子的相互作用減小，因而有利于提高熒光效率。第76頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月芴(=1.0)聯(lián)苯(=0.18