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分子光谱的分类分子吸收光谱转动光谱（远红外光谱）振动光谱（红外光谱）电子光谱（紫外-可见光谱）分子发射光谱电子光谱（分子荧光、磷光）原子光谱的分类原子吸收光谱原子发射光谱光、电、色1色谱法分类气相色谱法高效液相色谱法电化学分析法分类电位分析法电位滴定法伏安法3紫外-可见分光光度法(紫外-可见吸收光谱法):物质分子对紫外-可见光的吸收进行定性、定量及结构分析。紫外-可见光区分为远紫外(10~200nm)、近紫外(200~360nm)和可见部分(360~760nm)；远紫外的吸收测量在真空下进行；通常研究近紫外-可见光范围的光谱行为。第2章紫外-可见分光光度法4§2－1分子光谱概述1．分子光谱产生M＋hν==M*基态激发态E1E2分子吸收能量后，电子从一个能级跃迁到另一个能级分子内部电子能级的跃迁而产生的光谱：紫外-可见光谱5吸收光谱(吸收曲线):横坐标用波长或频率表示；物质的吸收峰位置对应于分子结构，是定性依据。纵坐标用光强的参数表示，如透光率、吸光度、吸光系数等，是定量依据。2．吸收光谱特征63．光吸收定律：朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律当一束强度为I0的平行单色光照射到均匀而非散射的溶液时，光的一部分(强度为Ia)被吸收，一部分(强度为It)透过溶液，一部分(强度为Ir)被器皿表面所反射，则I0=Ia+It+Ir光的反射损失Ir主要决定于器皿材料、形状、大小和溶液性质。在相同条件下，这些因素是固定的，且反射损失的量很小，故Ir可忽略不计，则:I0=Ia+It散射：光通过不均匀悬浮颗粒时，部分光束将偏离原来方向而分散到各个方向去。单色光:单一频率（波长）的光7透光度（透光率或透射比）（T，Transmittance）：透过光强度与入射光强度之比：T=I/I0吸光度（A,Absorbance）：物质对光的吸收程度，其值为透光度的负对数：注：A、T无单位方便起见,透过光强度It用I表示8人们对光吸收定律认识，经历了较长历史过程。1760年，Lambert提出光吸收程度与溶液厚度b成正比：bkIIA'lg1852年，Beer提出光吸收程度与吸光物质微粒数目（浓度）成正比：ckIIA''lg9两个定律合并起来叫Lambert-Beer定律：abcIIAlg若b的单位是cm；c的单位是g·L-1时，a为吸光系数，单位是：若b的单位是cm；c的单位是mol·L-1时：10e与a的关系：e为物质摩尔质量。注：Lambert-Beer定律不仅适用于溶液，也适用于均匀的气体和固体状态的吸光物质，是各类吸收光谱法，如红外光谱法和原子吸收光谱法等的定量分析依据。11光吸收基本定律:朗伯-比尔定律意义:当一束平行单色光通过均匀、非散射溶液时，其吸光度与溶液浓度和液层厚度乘积成正比.A=lg(I0/It)=kbc12T－透光率（透射比）（Transmittance）A=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT=kbc13吸光度A、透光率T与浓度c的关系14当吸光物质浓度为1mol·L-1,液池厚1cm时，一定波长的单色光通过溶液时的吸光度值。ε是物质本身决定的，是物质吸光能力的量度,可作为定性分析的参考和估量定量分析方法的灵敏度。ε104低ε104~105中ε5×105高ε物理意义：最常用的形式：A＝εbc15非单波长入射光引起的偏离吸收定律仅对单色光的吸收才是正确的。当入射光是非单色光时，将引起定律的偏离。消除措施：选择最大吸收波长。16吸光物质在溶液中发生化学变化引起偏离由于吸光物质变成了不同的存在形式,对原来最大吸收波长光的吸收能力发生变化，引起对吸收定律偏离。消除措施：控制适当的显色条件。对上述反应介质的酸度控制，可消除该影响。配合物不稳定也会引起偏离配合物越稀，解离度越大。解离产生的离子在最大吸收波长处吸收较小或无吸收，引起对吸收定律偏离。消除措施：试液浓缩富集。17介质不均匀引起的偏离Lambert-Beer定律要求吸光物质的溶液均匀。如果被测液是胶体溶液、乳浊液或悬浮物质，当入射光通过溶液时，因散射现象而造成损失，使实际测得的吸光度增大，从而偏离Lambert-Beer定律。故紫外-可见吸光光度法一般仅适用于透明溶液。A=lg(I0/It)18与紫外-可见吸收光谱有关的电子有3种:形成单键的σ电子,形成双键的π电子以及未参与成键的n电子(孤对电子)根据分子轨道理论，这三种电子的能级高低次序为：（σ）（π）（n）（π＊）（σ＊）σ、π表示成键分子轨道.n:非键分子轨道.σ＊、π＊：反键分子轨道1．电子跃迁类型、能量及所在波长区§2-2化合物电子光谱的产生19跃迁所需能量次序：σ→σ＊n→σ＊π→π＊n→π＊有机化合物分子主要有四种类型的跃迁①σ→σ＊跃迁；②n→σ＊跃迁；③π→π＊跃迁；④n→π＊跃迁；受到外来辐射时，处在较低能级的电子跃迁到较高能级。分子轨道的能级不同，要实现各种不同的跃迁所需要吸收外来辐射的能量也各不相同。20对于有机化合物,最有用的吸收光谱是基于π→π＊和n→π＊跃迁产生的,实现这两类跃迁所需要的能量相对较小,其吸收峰波长一般处于大于200nm的近紫外光区,n→π＊跃迁还可能在可见光区22①生色团：能导致化合物在紫外-可见光区产生吸收的基团，主要有含不饱和键和未成对电子的基团。如-C=C-、C=O、-N=O、-N=N-、-C=N等，相应于π→π＊与n→π＊跃迁。相同生色团，λmax相同，但随生色团数目的不同有变，一般是随生色团数增加而波长增长；不同生色团，有不同的λmax，同一化合物中有几个不同生色团时，吸收光谱上有几个吸收峰（但不一定能分开）。2．常用术语：生（发）色团、助色团23②助色团：本身无吸收，但能使生色团吸收强度和波长发生改变的基团，通常是含有孤对电子的基团。如：-OH、-NH2、-SH、-X(卤素）等。孤对电子与生色团中π电子相互作用,使π→π＊跃迁能量降低并引起吸收峰位移.入孤对电子（lonepairelectrons）或称孤电子对，指不与其他原子结合或共享的成对价电子.24③红移、蓝（紫）移、增色效应和减色效应由于在化合物中引入取代基、或改变溶剂、或引入增敏试剂等，使最大吸收波长移向长波方向为红移；移向短波方向为蓝移。伴随强度增大或减小为增色效应或减色效应。253．影响紫外可见光谱的因素π→π＊跃迁中，激发态极性大于基态，当使用极性大的溶剂时，由于溶剂与溶质相互作用，激发态π＊比基态π的能量下降更多，使得激发态与基态之间的能量差减小，导致吸收光谱λmax红移。n→π＊跃迁中，基态n电子与极性溶剂形成氢键，降低了基态能量，使得激发态与基态之间能量差变大，导致吸收光谱λmax蓝移。溶剂极性不同引起吸收光谱红移或蓝移--溶剂效应（1）溶剂效应26影响吸收强度和精细结构极性溶剂使精细结构消失，典型的例子是对称四嗪在不同溶剂中的吸收光谱（1）溶剂效应27溶剂的选择原则：(a)溶解样品；(b)在样品吸收的范围内无吸收；(c)尽量选用非极性溶剂。28（2）空间效应如果一个共轭有机化合物的分子处于同一平面时，则各个生色团之间的相互作用达到最大，分子的激发能降低，吸收较长波长的光，且强度增大。二苯乙烯29（3）吸收与结构的关系生色团共轭链越长，吸收红移越多，λ越大；助色团越多，红移越大；30结构示意图§2-3紫外-可见分光光度计1．基本组成部件（1）光源紫外：氢、氘灯发射160~375nm的连续光。可见：钨灯或碘钨灯发射320~2500nm的连续光。氙灯适合于紫外和可见部分，发射250~750nm的连续光。33（2）单色器由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝组成。核心部分：色散元件，将复合光色散成单色光色散元件为棱镜和光栅。棱镜有玻璃和石英两种。玻璃:用于350~3200nm波长范围,吸收紫外光，只能用于可见光域石英:185~4500nm，用于紫外和可见光域光栅：利用光的衍射与干涉作用，用于紫外和可见光域。34（3）吸收池紫外及可见光区：石英比色皿可见光区：光学玻璃比色皿注意：不能用手拿光学面；放入试样室时必须用滤纸（或镜头纸）吸干外面的溶液；盛溶液时只装2/3。（4）信号接收器光电管、光电倍增管。（5）读出装置数字显示、记录仪、表头等。352．分光光度计类型①单波长单光束分光光度计：一般分光光度计36②单波长双光束分光光度计：在单色器后采用光束分裂器将光束分为强度相等的两个光束；一束通过参比池，另一束通过样品池。可以消除光源强度变化带来的误差。一般自动记录式分光光度计均为双光束37§2-4分析条件选择一、仪器测量条件误差来源：光源不稳定、实验条件偶然变动、读数不准确等选择适宜的吸光度范围（0.15~1.00)，使测量结果的误差尽量减小。通过调节待测溶液浓度，选用适当厚度的吸收池使A落在此区间内。38选择最大吸收波长为入射光波长（最大吸收原则），灵敏度最高。狭缝宽度直接影响测定灵敏度和校准曲线线性范围。狭缝宽度增大，入射光单色性降低，灵敏度降低，校准曲线偏离朗伯-比耳定律。39二、显色反应与分析条件选择1显色反应2反应条件确定3测定中干扰及消除40显色反应选择灵敏度高，一般ε104选择性好显色剂在测定波长处无明显吸收。对照性好,显色剂与有色配合物反应生成的有色化合物组成恒定，稳定。显色条件易于控制，重现性好。M+nR=MRn(R:显色剂)41反应条件确定（1）显色剂用量M+nR=MRn显色剂用量通过实验确定，作A随显色剂浓度变化曲线，选恒定A值时的显色剂用量。（2）溶液酸度影响最佳酸度通过实验确定，固定溶液中待测组分与显色剂浓度，改变pH值，测定A与pH关系，找出最适宜pH范围。(R:显色剂)（3）其它问题显色反应时间、温度、放置时间对配合物稳定性的影响。三、参比溶液的选择用参比溶液调节透射比为100％（A=0），以消除溶液中其它成分以及吸收池和溶剂对光的吸收所带来误差431、溶剂参比当试样溶液组成简单、共存其它组分很少且对测定波长的光几乎没有吸收时，采用溶剂参比，可消除溶剂、吸收池影响2、试剂参比如显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同条件，只是不加试样，同样加入试剂和溶剂为参比。可消除试剂中组分产生吸收的影响3、试样参比如试样在测定波长有吸收，可按与显色反应相同的条件以试样作为参比（只是不加显色剂）。要求显色剂在该测定波长处无吸收44平行操作溶液参比用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测试样同样进行处理，得到平行操作参比溶液45四、干扰及消除方法控制酸度、选择适当的掩蔽剂、选择适当的测定波长、分离等。46§2－5紫外-可见分光光度法应用—定性、定量、结构分析及物理常数测定1．定性分析在极性溶剂中，物质吸收如果红移，则物质具有π电子，由π→π＊跃迁产生；如果吸收紫移，则物质含有n电子，由n→π＊跃迁产生。（溶剂化作用）47溶剂对分子轨道能量的影响σ*π*nπσσ*π*πnσ原轨道溶剂化后EE'使得△E’π-π*△Eπ-π*π→π＊跃迁的吸收红移；△E’σ-σ*△Eσ-σ*σ→σ＊跃迁的吸收红移；△E’n-σ*△En-σ*n→σ＊跃迁的吸收紫移；△E’n-π*△En-π*n→π＊跃迁的吸收紫移。48①比较吸收光谱在相同测量条件下，测定未知物的吸收光谱与所推断化合物的标准物吸收光谱直接比较。如吸收光谱形状完全一致（λmax，吸收峰数目、位置及ε等）。可初步认为是同一化合物。两种定性方法49②经验规则计算λmax623．定量分析（1）单组分分析：标准曲线法或标准对比法标准曲线法：配制一系列不同含量的标准溶液，以不含被测组分的空白溶液为参比，在相同条件下测定标准溶液的吸光度。绘制标准曲线。在相同条件下测定未知试样的吸光度，从标准曲线上找到与之对应的未知试样的浓度。建立一个方法时，首先要确定符合朗伯-比尔定律的浓度范围，即线性范围，定量测定一般在线性范围内进行。63标准对比法：在相同条件下测定试样溶液和某一浓度的标准溶液的吸光度Ax和AS,由标准溶液的浓度cs可计算出试样中被测物浓度cx