1、10:10,第2章 紫外可見光光譜法,2-7 紫外可見光譜法在定性分析中的應用 2-8 紫外可見光度法在定量分析中的應用,10:10,2-7 紫外可見光譜法在定性分析中的應用,一、定性分析 紫外光譜法是依據(jù)max和max來進行定性測定結(jié)構(gòu)的。 但是紫外光譜的吸收峰少，而且一般都是寬峰（帶狀），因此它只能反映分子中生色團及助色團的特性，不能反映整個分子的結(jié)構(gòu)，要想分析一個完整分子的結(jié)構(gòu)，還必須與紅外、質(zhì)譜、核磁共振聯(lián)合運用，綜合分析才能得出結(jié)論。 定性分析常用的方法是對比法，即為了確定某有機物是什么物質(zhì)，就做一個圖，然后把它和已知的純物質(zhì)譜圖比較，和那個相同就是那種物質(zhì)。稍有差異時，則看一下所用

2、的溶劑是否相同，比如，同樣是乙醇作溶劑，用無水乙醇和95%乙醇就不一樣，后者含有極性更大的水。再檢查一下儀器參數(shù)是否一致，然后再確定其結(jié)構(gòu)而定性,10:10,定性分析常用的譜圖集在課本P179列有四種 Organic electronic spectral data The Sadler standard spectra Handbook of ultraviolet and visible absorption spectra of organic compounds Robert A. Friedel :ultraviolet spectra of aromatic compounds,國

3、內(nèi)出版的有： （1）有機物紫外可見吸收光譜手冊 （2）有機物電子光譜數(shù)據(jù)手冊,10:10,二、結(jié)構(gòu)研究,紫外光譜有其他譜學方法所不能及的獨到之處。 主要特點是： （1）它能準確測定分子中共軛程度（即有多少雙鍵共軛，環(huán)狀還是鏈狀，雙鍵共軛的分布等） （2）它可判斷生色團和助色團的種類、位置和數(shù)目。 （3）可以確定幾何異構(gòu)體（順式還是反式）、互變異構(gòu)體（酮式還是烯醇式等）,10:10,1官能團的確定 一般規(guī)律是： （1）若在200800nm范圍內(nèi)無吸收，則可判斷化合物不含共軛體系，不含醛基、酮基和溴、碘。 （2）若在200250nm范圍內(nèi)有一強吸收帶，表示化合物內(nèi)含有共軛二烯（max=217nm）

4、或、不飽和酮、醛（K帶，max在220nm左右） (3)若在230270nm有中等強度吸收（max=20010000），且在氣態(tài)或非極性溶劑中呈現(xiàn)精細結(jié)構(gòu)，表示芳環(huán)存在。,10:10,2異構(gòu)體研究 （1）同分異構(gòu)的確定 根據(jù)max、max及峰的數(shù)目可以確定雙鍵及取代基位置。還可以區(qū)分分子式相同、而結(jié)構(gòu)不同的同分異構(gòu)體。,例1如何區(qū)分分子式為C6H10O2的下面兩種同分異構(gòu)體。,(A),（B）,對于A，其中兩羰基不共軛，其R帶（n）max=285nm ,K帶（*）max=204nm。由于分子中有兩個羰基，其峰位一致，為單個的兩倍，故峰強。 對于B，兩個羰基形成共軛體系，波長顯著紅移，其R帶 ma

5、x=400nm，紫色光、可見光區(qū)。K帶，max=243nm（紅移39nm），由于整個分子形成共軛體系，已不存在兩個羰基，因此，其峰強度較弱，根據(jù)波長、位置的不同，強度的差異即可很方便地得出屬于何種異構(gòu)體。,10:10,（2）順反異構(gòu)體,空間位阻大 為了保持能量小，穩(wěn)定，整個分子需要扭曲，于是鍵能升高，躍遷能差大，max變小，同時電子躍遷幾率也因受阻而變小，從而使max變小。,空間位阻小 整個分子可以共平面，不受外力作用，鍵能級差較小，max較大，躍遷幾率也大，故max也大。,因此，波長長，吸收峰強的為反式異構(gòu)體，波長短， 且吸收峰弱的是順式異構(gòu)體。,10:10,例3 1,2二苯乙烯,10:10

6、,（3）互變異構(gòu)體 常見的互變異構(gòu)體有酮烯醇式互變異構(gòu)體，酰胺的內(nèi)酰胺內(nèi)酰亞胺互變異構(gòu)體，醇醛的環(huán)式鏈式互變異構(gòu)體等，紫外光譜可以判斷、檢測互變異構(gòu)體。以乙酰乙酸乙酯的互變異構(gòu)為例。,酮 式 兩羰基不共軛，共軛體系小，孤立成分多，欲實現(xiàn)*躍遷所需能量高，因此K帶max小。max=204 nm,烯 醇 式 共軛體系變大，*躍遷能較低，K帶躍遷max較大。 max=245 nm,10:10,三、純度檢驗,利用紫外光譜檢驗化合物中是否含有雜質(zhì)，是根據(jù)主體物質(zhì)中所含雜質(zhì)的特征吸收峰是否出現(xiàn)，并且根據(jù)峰的大小可以定量。 當雜質(zhì)在某一波段范圍內(nèi)有一特征峰，而主體成分在這一波長范圍內(nèi)無吸收，或有吸收，但不與

7、雜質(zhì)峰相重疊，此時就可由雜質(zhì)峰是否存在來檢驗雜質(zhì)的有無。 例如：檢驗乙醇中是否含有雜質(zhì)苯，可用410cm液池測定乙醇吸收光譜，若在max=255 nm處出現(xiàn)苯的B帶，即表明雜質(zhì)苯存在。若作苯的AC工作曲線，還可定量測定雜質(zhì)苯的含量。,10:10,四、氫鍵強度測定,含n電子的有機化合物溶于極性溶劑后，其n*發(fā)生蘭移，這是由于化合物在極性溶劑中形成了氫鍵，當化合物吸收能量發(fā)生n*躍遷時，氫鍵也隨之斷裂，此時物質(zhì)吸收的光能一部分用于實現(xiàn)n*躍遷，另一部分用于破壞氫鍵（即氫鍵的鍵能），而在非極性溶劑中，不可能形成分子間氫鍵，吸收的光能僅為了實現(xiàn)n*躍遷，故所吸收的光波能量較低，波長較長。,躍遷能,氫鍵

8、,躍遷能,E1,E1,E2,E,非極性溶劑,極性溶劑,10:10,例6丙酮在己烷中，R帶 =279.0 nm, 在水中，R 帶 ，求丙酮在水中形成氫鍵的鍵能(J, J/mol)。,解：R帶能量：,在己烷中：,在水中：,氫鍵強度：=E2-E1=7.51510-19-7.12510-19=3.910-20 J 每1mol丙酮在水中氫鍵強度為： =3.910-206.021023=2.35104 J/mol,作業(yè)：P191 14、18、19,10:10,2-9 紫外可見光度法在定量分析中的應用,一、顯色反應及顯色條件的選擇 顯色反應：將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔锏姆磻Q顯色反應。（在光度分析中，有吸收

9、稱為有色） 顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑稱顯色劑。 1顯色反應應具備的條件 (1) 靈敏度高 (2) 選擇性好 (3) 顯色劑在測定波長處無明顯吸收 (4) 反應生成的有色化合物組成恒定，化學性質(zhì)穩(wěn)定。,10:10,2影響顯色反應的因素 1顯色劑的用量 M+R=MR 加入的顯色劑的量只要能將全部待測組分轉(zhuǎn)化為有色化合物即可，過多的顯色劑有可能導致副產(chǎn)物的生成。 吸光度A隨R的變化有以下三種情況。,情況A，CR在a、b之間，不需嚴格控制。 情況B，CR在a、b之間，應較嚴格控制。 情況C，CR應嚴格控制，如Fe3+與SCN-絡合反應。,圖2-9-1 顯色劑用量對吸光度的影響,10:10

10、,2溶液的酸度,若H+，則HR，MR，同樣會出現(xiàn)下面三種情況，應根據(jù)試驗決定采用最合適的酸度條件（范圍）。,圖2-9-2 溶液酸度對吸光度的影響,10:10,3顯色時間 絡合反應需要一定的時間，所以配好的溶液應放一段時間，達到絡合完全再測定。 但是有些絡合物放置一定時間后，由于種種原因而褪色， 因此 應根據(jù)試驗選擇適宜的顯色時間來進行測定 如下情況，時間應選在a、b之間。,圖2-9-3 顯色時間對吸光度的影響,10:10,4顯色溫度 有些反應加熱才能反應完全，有些反應加熱生成的絡合物又會分解，所以 合適的反應溫度應由實驗確定。 5干擾消除 （1）加入絡合掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑，使干擾物質(zhì)生成無

11、色物質(zhì)或無色離子。 如用NH4SCN作顯色劑測定Co2+時，F(xiàn)e3+干擾，加入NaF使Fe3+生成無色的FeF52-而消除干擾。 （2）選擇適當?shù)娘@色條件以避免干擾。 （3）分離干擾離子。,10:10,二、吸光度測量條件的選擇,1入射光的選擇 入射光的波長應選擇在最大吸收處為宜。 因為此時吸光系數(shù)最大，測定有較高的靈敏度。同時在此波長處的一個較小范圍內(nèi)，吸光系數(shù)變化不大，不會造成對比爾定律的偏離，使測定有較高的準確度。 A=bc 如果最大吸收波長不在儀器可測波長范圍內(nèi)，或干擾物質(zhì)在此處有較大吸收，也可選擇非最大吸收波長。,10:10,2參比溶液的選擇,設有色物質(zhì)對光的吸光度為A，測得的總吸光度

12、為A總，由比色皿及溶液的吸收、散射及反射導致的吸光度為A參，則， A=A總A參 若調(diào)節(jié)儀器使A參=0，即增加光強，抵消比色皿及溶液對光的吸收、散射、反射所造成的光損失，則測到的吸光度A總即為A。,在測定時，我們總是希望參比溶液的吸光度代表除被測物質(zhì)吸光度以外所有的光度損失。因此， 選擇參比溶液時，應選擇這樣的溶液：它產(chǎn)生的吸收可以代表被測試液中除被測物質(zhì)產(chǎn)生的光損失外，其他所有造成的光損失。,10:10,選擇參比溶液的原則: （1）當試液、顯色劑及其它試劑均無色時，可用蒸餾水作參比溶液。 （2）如果顯色劑或其它試劑略有吸收，應用空白溶液作參比。 （3）如果試樣中其它組分有吸收，但不與顯色劑反應

13、，則當顯色劑無吸收時，可用試樣溶液作參比。 選擇參比溶液的總原則是： 使試液的吸光度真正反映待測物的濃度。,10:10,3吸光度讀數(shù)范圍的選擇 試液服從朗伯比爾定律,對上式進行微分：,(2)/(1)得：,以有限值表示，,T：透光率的絕對誤差,10:10,一般分光光度計的T約為0.2%2%，今假定為0.5%，帶入（3）式，算出不同透光度值的濃度的相對誤差，以 為縱坐標，T為橫坐標，作圖,圖5 濃度測量誤差與透光率T的關系,濃度的相對誤差和透光讀數(shù)有關，當所測吸光度為0.151.0或T=7010%的范圍內(nèi)，濃度測量誤差小于2%。 測量的吸光度不宜過高或過低，否則測量誤差較大。,令 ， 則T=36.

14、8%，A=0.434,10:10,三、定量分析方法,1工作曲線法 這是實際工作中用的最多的一種方法。具體做法是： 配制一系列不同含量的標準溶液，以不含被測組份的空白溶液為參比，在相同條件下測得標準溶液的吸光度，繪制吸光度濃度曲線，這種曲線就是校準曲線。在相同條件下測定未知樣品的吸光度，從校準曲線上就可以找到與之對應的未知試樣的濃度。,A=bC,c1 c2 c3 c4 c5. A1 A2 A3 A4 A5.An,10:10,例：用吸光光度法測定自來水中鎂含量(用mg/L表示).取一系列鎂標準溶液(1g/mL)及20mL水樣于50mL容量瓶中,分別加入顯色劑2mL后,用蒸餾水稀釋至刻度.然后測其吸

15、光度.其數(shù)據(jù)如下表。試用標準曲線法求算水中鎂的含量。,10:10,從圖上查出，吸光度為0.135時，相當于標準水樣1.91mL,解:,10:10,2高組分含量的測定示差法 當待測組分含量較高時，采用純試劑作參比溶液，測得的吸光度值太高，超出適宜的讀數(shù)范圍而引入較大的誤差，示差法能夠克服這一缺點。,由此可看到，(1)A與C符合朗伯比爾定律;(2)控制C，可以使A處于合適的讀數(shù)范圍。,示差法使用的參比溶液是一定濃度的標準溶液，設標準溶液的濃度為Cs，待測試樣濃度為Cx，且CxCs，則,10:10,即 Ar=bC C=Cx-Cs Cx=Cs+C 如果用上述濃度為Cs的標準溶液作參比，測得一系列C已知

16、的標準溶液的相對吸光度Ar，繪制ArC曲線，則由測得的試液的相對吸光度Ar,x，即可從工作曲線上查得C，再根據(jù)Cx=Cs+C計算出試樣的濃度。,用標準溶液Cs作參比溶液，調(diào)節(jié)儀器使As=0，則測得的吸光度Ar實際上是A,10:10,例：某溶液用蒸餾水做參比溶液時，透光率為8%，改用透光率為10%的溶液做參比溶液，其透光率是多少？,解：,10:10,3多組份的測定 （1）吸收光譜不重疊，可分別測定。,（2）吸收光譜重疊，利用吸光度具有加和性的特點進行聯(lián)合測定。 設二組分體系，濃度分別為Cx、Cy，在波長1、2處測得的吸光度分別為A1、A2，則：,x1、x2、y1、y2皆可用純組分預先測出，則根據(jù)

17、A1、A2可求Cx、Cy。,A,x,y,10:10,例1利用b=1cm的比色皿，測得P、Q兩種物質(zhì)在450nm、700nm波長下的A值如下： 溶液 濃度 mol/L A450 A700 P單獨 5.010-4 0.500 0.100 Q單獨 2.010-4 0.100 0.60 P+Q 未知 0.600 1.00 求P、Q未知液的濃度。,450nm處， A=bc,解：,10:10,700nm處，,P+Q,解得：CP=4.4810-4 mol/L CQ=3.0310-4 mol/L,10:10,4雙波長分光光度法 1測量原理 從同一光源發(fā)射出的光分成兩束，分別經(jīng)過兩個可以調(diào)節(jié)的單色器，得到兩束具

18、有不同波長的單色光，利用切光器使這兩束光以一定時間間隔交替照射到同一樣品池，測量樣品對1、2兩束光的吸光度，并計算其差值，從而計算被測物質(zhì)的濃度。,單色器,單色器,樣 品 池,檢測器,波長1,波長2,As為背景吸收，即溶液、比色皿對光散射、吸收等造成的光損失。,切光器,10:10,一般情況下，As1=As2 A= A2 A1 =(21)bc A與C成正比，這就是雙波長法定量的依據(jù)。,2定量分析方法 （1）單組分測定 一般樣品混濁，對光散射大和背景吸收嚴重時應用。 背景造成吸收的吸光度為A2，則,A=A2A1=2bC+A2(1bC+A2)=(21)bC,10:10,(2)多組分測定 -等吸收法 雙波長法主要用于多組分測定,A: 待測組分 B: 干擾組分,A,10:10,5導數(shù)光譜法 1概述 導數(shù)光譜就是普通吸收光譜中吸光度對波長求導，然后， 對作圖，即得吸收導數(shù)光譜。,導數(shù)光譜圖與原吸收光譜圖區(qū)別示于如右圖,10:10,導數(shù)光譜的優(yōu)點: (1) 靈敏度高