第十一章：紫外-可见分光光度法
2018-10-23 本文已影响0人
玄语梨落
第十一章：紫外-可见分光光度法
产生于分子的外层价电子在电子能级间的跃迁，属于电子光谱。
优点：仪器普及、操作简单、重现性好、灵敏度高
准确度0.5%~0.2%
第一节：紫外-可见分光光度法的基本原理和概念
电子跃迁类型
分子中的电子类型包括：成单键的σ电子，双键的π电子，未成键的n电子（p电子）
- σ-σ*:远紫外区，波长在150 nm以下
- π-π*:孤立双键一般在200 nm左右吸光系数大，共轭双键吸收增强
- n-π*:含有杂原子的不饱和基团，近紫外区，吸收强度小
- n-σ*:含-OH、-NH2、-X、-S等基团化合物，200 nm左右
- 电荷迁移跃迁：取代芳烃、过渡金属离子与含生色团的试剂，实质上是分子内的氧化还原反应，谱带宽，吸收强
- 配位场跃迁：第四、第五周期过渡金属元素及镧系锕系，吸光系数小，在可见光区
紫外-可见吸收光谱的有关概念
吸收光谱：
- 吸收峰：
- 谷：
- 肩峰：
- 末端吸收：只在图谱短波端呈现强吸收而不成峰的部分
- 生色团：含有π-π*、n-π*跃迁的基团
- 助色团：含有非键电子或杂原子饱和基团，使相连的部分吸收峰长波移动，吸收强度增加的基团
- 红移：
- 蓝移（紫移）：
- 增色效应与减色效应：
- 强带和弱带：摩尔吸光系数大于104为强带，小于102为弱带
吸收带及其与分子结构的关系
- R带：n-π*跃迁引起，较长波长范围，吸收弱。溶剂极性增加，R带短移。
- K带：π-π*跃迁引起，吸收强，苯环上如果有发色团取代，并形成共轭也会出现K带
- B带：芳香族化合物特征吸收带，重心在256nm，系数200左右
- E带：芳香族化合物特征吸收带，由苯环三个乙烯的环状共轭系统的π-π*跃迁产生，分为E1、E2带强
- 电荷转移吸收带：无机物和有机物混合的分子配合物
- 配位体场吸收带：过渡金属水合离子与显色剂所形成的配合物
影响吸收带的因素
核心是对分子中电子共轭结构影响
- 位阻影响：
- 跨环效应：非共轭基团之间的相互作用，空间位置作用
- 溶剂效应：极性溶剂使π-π*跃迁长波移动
- 体系pH影响：
朗伯-比尔定律
E为吸光系数（给定单色光，溶剂和温度下为定值）
表示方式：
- 摩尔吸光系数：一定波长，浓度为1 mol/L厚度为1 cm的吸光度，用
或
标记
- 百分吸光系数或称比吸光系数：一定波长，100 ml溶液中含被测物质1 g、厚度为1 cm的吸光度用
表示
换算关系：
吸光度具有加和性
偏离比尔定律的因素
化学因素：
- 溶质因解离、缔合与溶质作用而发生偏离
光学因素：
- 非单色光：入射光谱带宽度S
- 杂散光：
- 散射光和反射光：
- 非平行光：
透光率测量误差：来自仪器噪声，与光讯号无关称为暗噪声，有关称为散粒噪声
- 暗噪声：A值在0.2~0.7时误差较小，是测量最适宜范围，T=0.368 A=0.434为最小误差读数
第二节：紫外-可见分光光度计
主要部件
- 光源：强、稳定、连续光谱发光面积小，氘灯、钨灯
- 单色器：组成，色散原件
- 吸收池：玻璃制成只能用于可见光区，石英都可用
- 检测器：
- 光电池：硒光电池（只适用于可见光）、硅光电池（都适用）
- 光电管：
- 光电倍增管PMT：
- 光二极管阵列检测器DAD：
- 讯号处理与显示器：
分光光度计的类型和光学性能
几种光路类型
- 单光束分光光度计
- 双光束分光光度计：减免银光源强度不稳定而引入的误差
- 双波长分光光度计
- 二极管阵列检测分光光度计：
- 光纤探头式分光光度计：直接插入样品溶液中检测
光学性能
- 波长范围：
- 光谱带宽：
- 波长准确度：
- 波长重现性
- 透光率测量范围
- 吸光度测量范围
- 光度准确度：
- 光度重复性
- 分辨率
- 杂散光：
仪器的校正
- 波长的校正：氢灯或氘灯的发射谱线；绘制镨钕玻璃的吸收光谱；苯蒸汽在紫外去的B吸收带
- 吸光度的校正：铬酸钾、硫酸铜、硫酸钴胺标准溶液
- 吸收池的校正（配对）：
紫外-可见分光光度分析方法
定性分析
- 对比吸收光谱特征数据：波长、吸收峰、谷、尖峰、吸光系数
- 对比吸光度比值：根据不同吸收峰处吸光度比值作为鉴别依据
- 对比吸收光谱一致性：非极性溶剂、窄的光谱通带
纯度检查
- 杂质检查：
- 杂质的限量检测：某处吸光度大小限度；峰谷吸光度比值
单组份的定量方法
溶剂的紫外截止波长：
吸光系数法（绝对法）
从手册中查吸光系数
工作曲线法
- 配置一系列浓度不同的标准溶液
- 绘制工作曲线
- 在相同条件下测出样品吸光度
- 用直线回归方程计算试样浓度
对照法
在相同条件下配置标准溶液与试样溶液，在选定波长处分别测量吸光度，计算。
紫外-可见分光光度法不仅可以测定试样中组分的含量，而且还可以测定弱酸（碱）的离解常数和配合平衡常数及配合物的组成。计算题
弱酸解离常数：
同时测定多组分的定量方法-计算分光光度法
计算分光光度法：运用数学、统计学与计算机科学的方法，在传统分光光度法基础上，通过测量试验设计与数据的变换、解析和预测对物质进行定性定量的方法，属于化学计量学的范畴。
分为数值计算法和数学变换法两大类
数值计算法：图解法、信号处理法、矩阵解法
数学变换法：导数光谱法、正交函数法、褶合光谱法
等吸收双波长法：
选择波长原则：干扰组分b在这两个波长应具有相同吸光度；被测组分在这两个波长处吸光度差值应足够大。
紫外吸收光谱用于有机化合物分子结构研究
有机化合物的紫外吸收光谱
- 饱和碳氢化合物：200~400无吸收
- 含孤立助色团和生色团的饱和有机化和物：
- 共轭烯烃：
- α，β不饱和醛酮酸和酯：
- 芳香族化合物：
- 苯和取代苯：有E1、E2、B带三个吸收带，当苯环上有取代基时，苯的三个吸收带都长移，吸光系数增大，B带精细程度降低。取代基红移效应次序：
- 助色团取代：
- 生色团取代：出现K带，B带长移，有时B被K掩盖
- 芳杂环化合物：分子中杂原子上n电子参加了芳环共轭所需的六个π电子，这类化合物不显示n-π*跃迁
有机化合物结构研究
- 从吸收光谱初步判断基团：
- 210~250可能有两个共轭单位，260~300有强吸收可能有3~5个共轭单位，250~300有弱吸收，表示羰基存在；在250~300中等强度吸收，表示有苯环存在，如果有颜色，分子中含有的共轭生色团一般在5个以上
- 异构体的推定：结构异构体、顺反异构体
- 化合物骨架推定：未知化和物与已知化合物的紫外吸收光谱一致时，可认为两者有同样的生色团
比色法
比色法是对于能吸收可见光的有色溶液的测定方法，通常也称为可见光分光光度法
特点：灵敏，简便，许多不吸收可见光的物质可通过显色反应变为有色物质，一般通过配位反应
显色反应及其条件
对显色反应的要求：
- 被测物质与生成的有色物质之间，有确定的定量关系
- 产物足够的稳定性
- 如试剂本身有色，则反应产物与试剂颜色有明显的差别
- 产物摩尔吸光系数足够大
- 显色反应有较好的选择性，如果需要萃取，应该有足够大的分配比
反应条件：
- 显色试剂与溶剂：依据显色反应灵敏度、稳定性、反应选择性选择显色试剂，同时考虑显色试剂用量
- 酸碱度：
- 时间：
- 温度及其他：考虑温度对反应速度及溶解度影响
通过试验确定显色反应的最适宜条件，对于已经制定的比色方法不应随意改变条件，可以通过绘制吸光度-条件曲线选择最适宜条件
