紫外可见吸收光谱法基本原理.ppt
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1、第二章 紫外可见吸收光谱法分析法,第一节 基本原理,一、概述 二、紫外可见吸收光谱 三、光的吸收定律,光的基本性质 光是一种电磁波,具有波粒二象性。 单色光:单一波长的光(由具有相同能量的光子组成) 白光:由各种单色光组成的复合光,一、概述,在光谱分析中,依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法。,1.定义 光谱分析法是指在光的作用下,通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。,本章主要讲授紫外-可见吸光光度法。,二、紫外可见吸收光谱分析法,2.物质对光的选择性吸收及其吸收曲线,E = E2 - E1 = h 量子化;选择性吸收; 分子结构的复杂性
2、使其对不同波长光的吸收程度不同; 用不同波长的单色光照射,吸收曲线测吸光度与吸收波长之间的关系。,M + h M *,基态 激发态 E1 (E) E2,吸收曲线的讨论:,(1)同一种物质对不同波长的光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max (2)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似,max不变。而对于不同物质,它们的吸收曲线形状和max则不同。,(3)吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一. (4)不同浓度的同一种物质,在每一波长下吸光度 A 有差异,在max处吸光度A 的差异最大,所以测定最灵敏,此特性可作为物质定量分析的依据。,3.紫外-可见吸
3、收光谱与电子跃迁的关系,物质分子内部三种运动形式: (1)电子相对于原子核的运动 (2)原子核在其平衡位置附近的相对振动 (3)分子本身绕其重心的转动 分子具有三种不同能级:电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量。 分子的内能:电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er 即 E Ee + Ev + Er evr,紫外-可见光谱属于电子跃迁光谱。 电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。,能级跃迁,吸收光谱与电子跃迁,1紫外可见吸收光谱 有机化合物的紫外-可见吸收光谱,是其分子
4、中外层价电子跃迁的结果(三种):电子、电子、n电子。,分子轨道理论:一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态,即成键轨道或非键轨道上。,外层电子吸收紫外或可见光后,就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为:n n , 跃迁,所需能量最大,电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长200nm,只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的为125nm,乙烷max为135nm。, n 跃迁 所需能量较大。吸收波长为150250nm,大部分在远紫外区,近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、
5、O、S和卤素等杂原子)均呈现n *跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n *跃迁的分别为173nm、183nm和227nm。,n n , 跃迁,所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区,摩尔吸光系数max一般在104Lmol-1cm-1以上,属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如:乙烯*跃迁的为162 nm, max为: 1104 L mol-1cm-1。, n 跃迁 需能量最低,吸收波长200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁,摩尔吸光系数一般为10100Lmol-1cm-1,吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和键同时存在,同时发生n 跃迁。丙酮n 跃迁的为
6、275nm,max为22 Lmol-1 cm -1(溶剂环己烷)。,生色团与助色团,生色团: 最有用的紫外-可见光谱是由和n跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有键等不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成,如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基-NN-、乙炔基、腈基-CN等。 助色团: 有一些含有n电子的基团(如-OH、-OR、-NH、-NHR、-X等),它们本身没有生色功能(不能吸收200nm的光),但当它们与生色团相连时,就会发生n-共轭作用,增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动,且吸收强度增加),这样的基团称为助色团。,红移和蓝移,有机化合物的吸
7、收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长max和吸收强度发生变化: max向长波方向移动称为红移,向短波方向移动称为蓝移。 吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应,如图所示。,4. 定性和定量分析依据,(1)定性分析依据: 可根据吸收光谱曲线的形状,即曲线上吸收峰的数目,峰所对应的波长及峰的相对高度来进行定性分析。 (2)定量分析的依据: 根据某一特征峰的高度与物质浓度成正比的关系来进行定量分析。 Alg(I0/It)= b c,三、光的吸收定律,1.朗白-比尔定律 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度与吸
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