Ultraviolet/Visible

spectroscopy

Fifthgroup

speaker:GaoxianzheUVradiationUVradiationistheelectromagneticradiationofawavelengthshorterthanthatofvisiblelight,butlongerthanthatofx-rays.ThetypicalrangeofUVwavelengthis10-400nm.UVabsorption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取有關。當一束由各種波長按確定比例組成的光透過一溶液時,某些波長的光被溶液吸取,而另一些波長的光不被吸取而透過溶液。當透過的光包含有可見光波長范圍內的光時,就可以被人眼察到,溶液的顏色正是由透過光的波長所確定。二、Lambert-Beer定律探討表明,有色溶液對單色光的吸取程度與溶液的濃度和液層的厚度存在定量關系,這就是著名的朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律,它是比色分析的基礎。當一束平行單色光通過溶液時,一部分光被介質吸取,一部分透過溶液,而另一部分則被器皿的表面反射。假如入射光的強度為I0、吸取光的強度為Ia、透過光的強度為It,則它們之間的關系為:I0=Ia+It當入射光強度I0確定時,Ia越大,It就越小,即透過光的強度越小,表明有色溶液對光的吸取程度越大。(1)朗伯定律一束單色光通過吸光物質后,光的吸取程度與溶液液層厚度成正比關系,即:A=lg(I0/It)=K′l式中:A———吸光度;I0———入射光強度;It———透射光強度;K′———比例常數(shù);l———液層厚度。(2)比爾定律一束單色光通過吸光物質后,光的吸取程度與吸光物質微粒的數(shù)目(溶液的濃度)成正比關系,即:A=lg(I0/It)=K″c式中:K″———比例常數(shù);c———溶液濃度。(3)朗伯-比爾定律若同時考慮液層厚度和溶液濃度對吸光度的影響,即把朗伯定律和比爾定律合并,即:A=lg(I0/It)=Klc式中:K———與入射光波長、溶液性質及溫度有關的常數(shù)。一束平行單色光通過一勻整溶液時,其吸光度與溶液濃度和光線通過的液層厚度的乘積成正比,此即為朗伯-比爾定律。在單色光和稀溶液的試驗條件下，溶液對光線的吸取遵循Lambert-Beer定律。即吸光度（A）與溶液的濃度（C）和吸取池的厚度（l）成正比。A=KlC若溶液的濃度用摩爾濃度，吸取池的厚度以厘米為單位，則Beer定律的吸光系數(shù)（K）可表達為，即摩爾吸光系數(shù)。A=lC=-lgI/I0;即=A/lCI0:入射光強度；I:透射光強度

UV/Vis

spectroscopyDefinition:It’stheanalysismethodswith

analysis,determinationandinferenceofmaterialcomposition,contentandstructurebyusingheuv-visspectraandthedegreeofabsorptionwhichproducedbymaterialmolecules,orionsontheabsorptionofultravioletandvisiblelight.

Features:highsensitivity,highaccuracy,goodselectivity,easytooperate,fastanalysisspeed,wideapplicationrange.二、紫外可見吸取光譜與分子結構的關系(一

)

有機化合物的紫外可見吸取光譜1.電子躍遷類型有機化合物的紫外—可見吸取光譜是三種電子躍遷的結果：σ電子、π電子、n電子1.電子類型形成單鍵的σ電子C-H、C-C形成雙鍵的π電子C=C、C=O未成對的孤對電子n電子C=O：

例：¨COHnpsH分子軌道有σ、σ*、π、π*、n能量凹凸σ＜π＜n＜π*＜σ*能量n→π*躍遷nσσ→σ*n→σ*π→π*σ*π*π當外層電子吸取紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷類型,躍遷所需能量為：σ→σ*n→σ*π→π*n→π*分子中電子的能級和躍遷

1、*transition它須要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。飽和烴中的—c—c—鍵屬于這類躍遷。2.n*transition實現(xiàn)這類躍遷所須要的能量較高，吸取波長為150～250nm，大部分在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易視察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。如CH3OH3.*transition它須要的能量低于*躍遷，吸取峰一般處于近紫外光區(qū)，其特征是摩爾吸光系數(shù)大，一般max104，為強吸取帶。4.n*transition這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū),一般>200nm。它是簡潔的生色團如羰基、硝基等中的孤對電子向反鍵軌道躍遷。其特點是譜帶強度弱，摩爾吸光系數(shù)小，通常小于100，屬于禁阻躍遷。2、常用術語發(fā)色團——含不飽和鍵基團，有π鍵含有不飽和鍵，能吸取紫外可見光，產生n→π*或π→π*躍遷的基團稱為發(fā)色團助色團——含雜原子的飽和基團一些本身在紫外和可見光區(qū)無吸取,但能使生色團吸取峰紅移,吸取強度增大的基團稱為助色團長移與短移——向長波方向移動叫紅移——向短波方向移動叫藍移例：λmax=254nm

=230λmax=270nm

=1250吸取帶—吸取峰在吸取光譜上的波帶位置（1）R吸取帶：n→π*躍遷特點：a躍遷所需能量較小，吸取峰位于200~400nmb吸取強度弱，＜102（2）K吸取帶：共軛雙鍵中π→π*躍遷特點：a躍遷所需能量較R帶大，吸取峰位于210~280nmb吸取強度強，104隨著共軛體系的增長，K吸取帶長移，210~700nm增大。K吸取帶是共軛分子的特征吸取帶，可用于推斷共軛結構——應用最多的吸取帶B吸取帶和E吸取帶—苯環(huán)帶B吸取帶：有苯環(huán)必有B帶230-270nm之間有一系列吸取峰，中吸取，芳香族化合物的特征吸取峰

苯環(huán)上有取代基并與苯環(huán)共軛，精細結構消逝AλnmAλnmλmax長移苯吸取曲線λmax=254nmE吸取帶：π→π*躍遷E1=185nm強吸取>104E2=204nm較強吸取>103小結：R帶n→π*弱吸取K帶π→π*強吸取共軛B帶π→π*中吸取E帶π→π*強吸?。ㄈ┯绊懽贤饪梢娢」庾V的因素1.

共軛效應——π→π共軛——中間有一個單鍵隔開的雙鍵或三鍵，形成大π鍵。由于存在共軛雙鍵，使吸取峰長移，吸取強度增加的這種效應——兩個生色團處于非共軛狀態(tài),各生色團獨立的產生吸取,總吸取是各生色團吸取加和.λmax1-己烯1771041.5-己二烯1782×104

λmax

1-己烯1771041.3-己二烯2172.1×104

1.3.5-己三烯2584.3×104——共軛狀態(tài),吸取峰向長波方向移動,吸取強度增加。醛、酮和羧酸中碳氧雙鍵同烯鍵之間的共軛作用會使π*軌道能量降低,從而使π→π*躍遷和n→π*躍遷的吸取峰都發(fā)生紅移.——共軛效應越大，向長波方向移動越多。2.助色效應——n—π共軛長移助色團與發(fā)色團相連時，助色團的n電子與發(fā)色團的π電子共軛，使吸取峰長移，吸取強度增加的這種效應3.超共軛效應——σ—π共軛長移烷基上的σ電子與共軛體系中的π電子共軛，使吸取峰長移，吸取強度增加的這種效應例：max=217nm

max=226nm超共軛效應比共軛效應的影響小的多4.空間位阻由于空間位阻，防礙兩個發(fā)色團處在同一平面，使共軛程度降低。吸取峰短移，吸取強度降低的這種現(xiàn)象例：反式大共軛體系順式max=294nmmax=280nm=2.7104=1.4104主要有四種躍遷類型躍遷所需能量為：

σ→σ*n→σ*

π→π*n→π*分子中電子的能級和躍遷

Absorptioncurve

Usingdifferentwavelengthsoflightthroughaconstantconcentrationandthicknessofthesolutionundertesttomeasuretheabsorptiondegreeofthesolutionundertestoneachwavelengthlight(absorbance),andthenmakethewavelengthastheabscissaandtheabsorbanceastheordinatetomapacurve.Thematerialabsorptioncapacityofdifferentwavelengthcanbedescribedbythecurve,calledabsorptioncurveorabsorptionspectra.Accordingtotheanalysisofabsorptioncurve:Thesameconcentrationofthesolutionundertesthasdifferentabsorbancetodifferentwavelengthsoflight.Forthesametestsolution,thegreatertheconcentration,thegreatertheabsorbance.Forthesamematerial,nomatterwhattheconcentrationis,thewavelengthconnectedwiththemaximumabsorptionpeak(themaximumabsorptionwavelengthλmax)isthesame,andtheshapeofthecurveisalsothesame.UV-VisSpectrometerGeneralcomponentsRadiationsourceMonochromatorSamplecontainerDetectorreadoutdevice

1.Radiationsource

IntheUVregionorthevisibleregionofthespectrumcan

emitcontinuousspectrum(200-1000nm),withenoughradiationintensity,goodstability,longservicelife.Therearetwokindsoflightsource,thermalradiationlightsource

andgasdischargelightsource.VisiblelightRegion：tungstenfilamentlamp

asalightsource,itsradiationwavelengthrangefrom320to2500nm.UltravioletlightRegion：deuteriumandhydrogenlamp

emit

Continuousspectrumof185to400nm.(Ⅱ)monochromatorMonochromatoristhedevicerequiredmonochromaticlightfromthecontinuousspectrum.prismandgratingmonochromatorarethemostcommonMonochromator.Theshortcomingsofprismmonochromatoristhatdispersionratevarieswithwavelength,thespectraobtainedwerenonuniformlyarranged,andthelighttransferefficiencyislow.gratingmonochromatorhasagoodandthesamedispersioncapacityalmostinthewholespectralregion.Therefore,themodernultravioletvisiblespectrophotometerusinggratingmonochromator.①入射狹縫：光源的光由此進入單色器；②準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；④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；⑤出射狹縫。(Ⅲ)sampleroom

Thesamplechamberisplacedinavarietyoftypesofabsorptionpool(theratioofthecoloreddishes)andthecorrespondingtankrackaccessories.

Therearetwomaintypesoftheabsorptionpool,quartzand

glass.Commonly,weshouldusethequartzpoolintheUVvisibleregion,andusetheglasstankinthevisibleregion

.（四）檢測器利用光電效應將透過吸取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。

（五）信號顯示器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。二、儀器的類型

（一）Single-beamUV-Visspectrophotometer光源單色器參比樣品檢測器顯示器只有一條光路，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簡潔，價廉，適于在給定波特長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。單色器參比樣品檢測器顯示器斬光器光源2.Double-beam雙光束自動記錄，快速全波段掃描?？上斯庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變更等因素的影響，特殊適合于結構分析。儀器困難，價格較高。（三）Double-wavelength一個光源，兩個單色器，一個吸取池光源單色器Ⅰ單色器Ⅱ吸收池檢測器12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，不需運用參比溶液，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(λ1、λ2)快速交替通過同一吸取池而后到達檢測器。產生溝通信號。無需參比池?！?1～2nm。ΔA=Aλ2-Aλ1=(ελ2-ελ1)bc=KcApplicationofultravioletabsorptionspectrumQualitativeandquantitativebasisOrganicstructureassistedanalysis1.qualitativeanalysisAtthesamecondition,Itusuallyincludes

thedeterminationofunknownmaterialuvspectra,comparedwiththeabsorptionspectrumofknown

standardmaterial,analyzingtheabsorptionspectralcharacteristics,suchasabsorptionpeaknumber,location,absorptionvalley,shoulderpeakposition,etc.Ifthemolecularstructureofthecompoundsisthesame,theyshouldhavethesameabsorptionspectra.SampletobemeasuredThesamecondiionThesamplespectrumStandardmaterialThestandardspectrumAtacertainwavelength,thesamesubstanceindifferentconcentrationshavethedifferentabsorbanceA,andthedifferenceofabsorbanceatλMaxwasthelargest.Thischaracteristiccanbeusedasthebasisforquantitativeanalysis.

2.QuantitativeanalysisThebasis:Lambert-Beer’sLawLambert-Beer’sLawA=bc-lgT=bc

highsensitivity：

max：104～105L·mol-1·

cm-1；Generally,wemeasureAatthepointofλmaxinsinglecomponent,andthendothestandardcurvetogetthebestsensitivity.

Theapplicabilityof

Lambert-Beer’sLaw

TheconditionofLambert-Beer’sLaw

establishisthat

thesampletobemeasuredishomogeneousdilutesolution,gas,etc..Nosolute,solventandsuspendedmattercausedbyscattering;theincidentlightismonochromaticparallellight.Thefollowingcircumstancesdonotsetuporhavealargedeviation:

1.Notfoundedundertheeffectionofchemicalfactors

2.

Dissociation,association,theformationofcomplexorsolvent,etc..causeddeviation

3.Notfoundedundertheeffectionofinstrumentfactors.

4.Nonmonochromaticlightcauseddeviationtothelaw.5.Theclutterofscatteredlight(notthelight)willcauseaneffectonthelaw.

6.Otherfactorsincludingsolvent,lighteffect,etc..

2.Organiccompoundstructureassistantanalysis.

1.structuralinformationfromUV-Vis

Tounderstandthedegreeofconjugation,thespaceeffect,etc..,todeterminethesaturatedandunsaturatedcompounds,isomersandconformation.

ThegeneralruleoftheinformationanalysisoforganiccompoundhaircolorsystemintheUV/Visabsorptionspectrais:

⑴iftherehavenoabsorptionpeakwithinthewavelengthrangeof200~750nm,itmaybeastraightchainalkanes,cycloalkanes,saturatedaliphaticcompoundsorolefincontainingonlyonedoublebond.

⑵iftherehavealowintensityabsorptionpeakwithinthewavelengthrangeof270to350nm(ε＝10～100L·mol-1·cm-1),(n→π*transition),itmaycontainasimplenonconjugateandn-electronicchromophore,suchascarbonyl.⑶若在2５0～300nm波長范圍內有中等強度的吸取峰則可能含苯環(huán)，假設有精細結構的話，可能是苯環(huán)的特征吸取。⑷若在210～250nm波長范圍內有強吸取峰，則可能含有2個共軛雙鍵；若在260～350nm波長范圍內有強吸取峰，則說明該有機物含有3個或3個以上共軛雙鍵。⑸若該有機物的吸取峰延長至可見光區(qū)，則該有機物可能是長鏈共軛或稠環(huán)化合物。2.光譜解析留意事項(1)確認max，并算出㏒ε，初步估計屬于何種吸取帶；(2)視察主要吸取帶的范圍，推斷屬于何種共軛體系；三.Puritycheck純度檢查假如一化合物在紫外區(qū)沒有吸取峰，而其中的雜質有較強吸取，就可便利地檢出該化合物中的痕量雜質。例如：要檢定甲醇或乙醇中的雜質苯，可利用苯在254nm處的B吸取帶，而甲醇或乙醇在此波特長幾乎沒有吸取。ApplicationofultravioletabsorptionspectrumQualitativeandquantitativebasisOrganicstructureassistedanalysis1.qualitativeanalysisAtthesamecondition,Itusuallyincludes

thedeterminationofunknownmaterialuvspectra,comparedwiththeabsorptionspectrumofknown

standardmaterial,analyzingtheabsorptionspectralcharacteristics,suchasabsorptionpeaknumber,location,absorptionvalley,shoulderpeakposition,etc.Ifthemolecularstructureofthecompoundsisthesame,theyshouldhavethesameabsorptionspectra.SampletobemeasuredThesamecondiionThesamplespectrumStandardmaterialThestandardspectrumAtacertainwavelength,thesamesubstanceindifferentconcentrationshavethedifferentabsorbanceA,andthedifferenceofabsorbanceatλMaxwasthelargest.Thischaracteristiccanbeusedasthebasisforquantitativeanalysis.

2.QuantitativeanalysisThebasis:Lambert-Beer’sLawLambert-Beer’sLawA=bc-lgT=bc

highsensitivity：

max：104～105L·mol-1·

cm-1；Generally,wemeasureAatthepointofλmaxinsinglecomponent,andthendothestandardcurvetogetthebestsensitivity.

Theapplicabilityof

Lambert-Beer’sLaw

TheconditionofLambert-Beer’sLaw

establishisthat

thesampletobemeasuredishomogeneousdilutesolution,