第二章 可见紫外吸收光谱分析2

分光光度计的类型1)按光束分：单光束和双光束型2)按波长分：单波长和双波长型3)按工作波长范围分：可见分光光度计紫外可见分光光度计红外分光光度计1)单波长单光束光度计2)双光束分光光度计3)双波长分光光度计由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长（1和2）的单色光；利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值ΔA（ΔA=A1-A2）。对于多组分混合物、混浊试样（如生物组织液）分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。光度计的光学性能1)波长范围：195－820nm2)波长准确度：仪器显示的波长与单色光的实际波长之间的误差≤0.5nm3)波长的重现性：≤0.5nm4)透光率测量范围：0～150%5)吸光度测量范围：－0.1730～+2.0000第二章可见紫外吸收光谱分析2.4光度测量误差和测量条件的选择2.4.1仪器测量误差仪器测量误差光电池不灵敏光电流测量不准光源不稳定如果测量误差以光电流表示为Δi，相当于光强的误差ΔI，由此引起透光率的误差为ΔT。对于同一光度仪器，ΔT基本上为一常数，一般为0.01～0.02。因为吸光度A与被测物质的浓度c成正比，如果ΔA引起的浓度测量误差为Δc，则:ΔA=K’Δc当被测物质浓度很低时，ΔA和Δc很小，但因为此时被测物质的浓度c很小，故相对误差Δc/c比较大的。相反，当被测物质的浓度很大时，虽然A很大，因ΔA此时较大，Δc也较大，故相对误差Δc/c是比较大的。由此可以推测，只有当被测物质浓度在适当范围时，即吸光度在一定范围时，仪器测量误差所引起的相对误差才是比较小的。仪器测量误差T-Δc/cT-Δc/cT-Δc/cT-Δc/c0.950.900.850.800.750.7020.510.67.25.64.644.010.650.600.550.500.450.403.573.263.042.882.782.730.350.300.250.200.152.722.772.893.113.510.100.050.020.014.346.712.843.8不同T值时浓度测量的相对误差仪器测量误差在T=15～65%，吸光度A在0.2～0.8范围内的相对测量误差较小。第二章可见紫外吸收光谱分析2.4光度测量误差和测量条件的选择2.4.2测量条件的选择测量条件的选择1)入射光波长的选择入射光应选择被测物质溶液的最大吸收波长。如遇干扰时，则可选另一灵敏度稍低，但能避免干扰的入射光。选择适当的波长不仅能提高分析的灵敏度，还能提高分析的准确度。测量条件的选择2)控制适当的吸光度范围一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.2～0.8范围内。控制溶液的浓度，如改变试样的称量量和改变溶液的稀释度等。选择适当厚度的比色皿。第二章可见紫外吸收光谱分析2.5紫外吸收光谱2.5.1有机化合物的紫外吸收光谱原子轨道和分子轨道轨道：电子围绕分子或原子运动的几率分布叫轨道，轨道不同电子所具有的能量也不同。分子轨道：是指当两个原子靠近而结合形成分子时，两个原子轨道可以线性组合生成两个分子轨道，其中一个能量低的叫成键轨道，另一个能量高叫反键轨道。能量EPxPyPz1S1Sσ*π*σπσσ*原子轨道与分子轨道的关系（一）电子跃迁的类型分子中的价电子有:成键电子：电子、电子（轨道上能量低）未成键电子:n电子（轨道上能量较低）这三类电子都可能吸收一定的能量跃迁到能级较高的反键轨道上去，见如下图所示。**RKE,BnE电子跃迁的类型1）-*跃迁-*的能量差大所需能量高吸收峰在真空紫外区(150nm)饱和烃只有、*轨道，只能产生-*跃迁，例如：甲烷吸收峰在125nm；乙烷吸收峰在135nm(150nm)2）-*跃迁-*能量差较小所需能量较低吸收峰紫外区(200nm左右)不饱和烃类分子中有电子，也有*轨道，能产生-*跃迁：CH2=CH2,吸收峰165nm。（吸收系数大，吸收强度大，属于强吸收）3）n-*跃迁n-*能量较低;收峰紫外区(200nm左右)（与-*接近）含有杂原子团如：-OH，-NH2-X，-S等的有机物分子中除能产生-*跃迁外，同时能产生n-*跃迁。例如：三甲基胺(CH3)3N-的n-*吸收峰在227nm，约为900L/mol·cm，属于中强吸收。4）n-*跃迁n-*能量低；吸收峰在近紫外、可见区(200－700nm)。含有杂原子的不饱和基团，如-C=O，-CN等，例如：丙酮：n-*跃迁，max280nm左右（同时也可产生-*跃迁），属于弱吸收，500L/mol·cm。各种跃迁所需能量大小次序为：-*n-*-*n-*紫外-可见吸收光谱法在有机化合物中应用主要以：-*、n-*为基础。5）电荷迁移跃迁饱和烃及其取代衍生物的紫外-可见吸收光谱饱和烃只能产生σ→σ*跃迁，λmax150nm，位于远紫外区。其取代烃，如卤代烃，其卤素原子上有n个电子，可产生n→σ*跃迁；例如，CH3Cl、CH3Br、CH3I的n→σ*分别在173，204，258nm，说明-Cl、-Br、-I引入后，其相应的λmax红移，显示了助色团的作用。因饱和烃不吸收，不干扰测定，可作紫外和可见吸收光谱的良好溶剂。不饱和烃及共轭烯烃的紫外-可见吸收光谱不饱和烃除了含有σ键外，还含有π键，可产生σ→σ*及π→π*跃迁，ΔE(π→π*)ΔE(σ→σ*)，如乙烯的π→π*的λmax为171nm。在不饱和烃中，当有两个以上双键共轭时，随着共轭系统的延长，π→π*跃迁的吸收带将明显的向长波方向移动，ε也增大。在共轭体系中，π→π*跃迁产生的吸收带又叫K带，K带的波长及强度与共轭体系的数目、位置和取代基的种类等因素有关。如共轭双键的数目越多，深色移动愈显著，甚至产生颜色。羰基化合物的紫外-可见吸收光谱含有羰基基团，可以产生n→σ*，n→π*，π→π*三个吸收带。醛、酮、羧酸及羧酸衍生物如酯、酰胺、酰卤等都含有羰基。n→π*吸收带又叫R带，落在近紫外或紫外光区。醛、酮的吸收带出现在270-300nm附近，εmax=10-20，而且吸收带略宽；当醛和酮的羰基与双键共轭时，形成了α，β—不饱和醛、酮类化合物。羧酸与乙烯基共轭，即产生π→π共轭作用，使π→π*和n→π*吸收带分别移到200-260nm和310-330nm。苯及其衍生物的紫外-可见吸收光谱苯有三个吸收带，均由π→π*所引起的E1带：180nm，εmax=60000；E2带：204nm，εmax=80000；B带：255nm，εmax=200，精细结构。λmax：BE2E1；εmax：BE2E1当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都将发生显著的变化，其中影响较大的是E2和B带。有机化合物吸收带①R带：n→＊跃迁引起的吸收带。R带是C=O、-NO、-NO2、–N=N-这类杂原子的不饱和的发色团的特征，波长范围在300nm左右，为弱吸收带，在100以内。在极性溶剂中R带发生蓝移，当其附近有强吸收峰存在时其有时出现红移，有时将被掩盖。②K带：→＊跃迁引起的吸收带。其相当于共轭双键的→＊跃迁引起的吸收峰，其为强吸收带，一般大于104，如：CH2＝CH－CH＝CH2，λmax=218nm,＝104。③B带：芳香族化合物的特征吸收带。④E带：芳香族化合物（gas）特征吸收带,包括E1、E2带。有机化合物吸收带第二章可见紫外吸收光谱分析2.5紫外吸收光谱2.5.2无机化合物的紫外吸收光谱1）电荷迁移跃迁与某些有机化合物类似，许多无机络合物也有电荷迁移跃迁产生电荷迁移吸收光谱；过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的络合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁；一些具有d10电子结构的过度元素形成的卤化物及硫化物，如AgBr、PbI2、HgS等也是由于这类跃迁而产生的颜色。电荷转移跃迁：辐射下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，所产生的吸收光谱称为电荷转移光谱。电荷迁移跃迁Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+CNS-]2+h[Fe2+CNS]2+电子接受体电子给予体分子内氧化还原反应；104Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体、相应电子轨道的能量差；电荷迁移吸收光谱的最大特点是εmax较大，一般εmax104；因此应用这类谱带进行定量分析，可以提高接测的灵敏度。配位场跃迁：MLn过渡金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。这些轨道的能量通常是相等的（简并的）。而当配为体按一定的几何方向配为在金属离子的周围时，使得原来简并的5个d轨道或7个f轨道分别分裂成几组能量不等d轨道或f轨道。如果轨道是未充满的，当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁到高能态的d或f轨道上去，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f-f跃迁。d-d跃迁和f-f跃迁必须在配位体的配位场作用下才有可能产生，因此又称配位场跃迁。如Ti（H2O）63＋，=490nm;Fe-邻二氮菲，=515nm无配场八面体场四面体场平面四面形场d轨道电子云分布及在配场下的分裂示意图