卫生化学-紫外可见分光光度法课件教案与.ppt
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- 卫生 化学 紫外 可见 分光光度法 课件 教案
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1、12紫外紫外-可见分光光度法(可见分光光度法(ultraviolet-visible ultraviolet-visible spectrophotometry,UV-Visspectrophotometry,UV-Vis)是光谱分析法中是光谱分析法中一种重要的、广泛应用的分析方法。一种重要的、广泛应用的分析方法。光谱分析法(光谱分析法(spectroscopic analysisspectroscopic analysis):):是指是指利用物质与辐射能作用时所吸收或发射辐射的利用物质与辐射能作用时所吸收或发射辐射的特征和强度而建立起来的定性、定量及结构分特征和强度而建立起来的定性、定量及结
2、构分析方法。析方法。3如原子吸收分光光度法如原子吸收分光光度法如原子发射光谱法如原子发射光谱法如紫外如紫外-可见、红外可见、红外如分子荧光分析法如分子荧光分析法4紫外可见分光光度法紫外可见分光光度法是根据物质是根据物质分子分子对紫外或对紫外或可见光区电磁辐射的可见光区电磁辐射的吸收吸收特征和吸收程度建立特征和吸收程度建立起来的分析方法起来的分析方法紫外区波长紫外区波长200200400nm400nm 可见区波长可见区波长400400760nm760nm特点特点灵敏度、准确度高、操作简便快速、应用广泛灵敏度、准确度高、操作简便快速、应用广泛5待测物质6第一节概述一、电磁辐射和电磁波谱一、电磁辐射
3、和电磁波谱 光属于光属于电磁辐射电磁辐射,基本单位是光子,光,基本单位是光子,光子具有波粒二象性:子具有波粒二象性:波动性波动性7光的传播速度:光的传播速度:c c真空中光速真空中光速2.997924582.9979245810108 8 m/sm/sn n折射率,真空中为折射率,真空中为1 1波长,单位:波长,单位:m,cm,mm,m,cm,mm,m,nm,m,nm,(1=101=10-10-10 m m)频率,单位:赫兹频率,单位:赫兹(周周)Hz)Hz 次次/秒秒ncV8光量子,具有能量:光量子,具有能量:h h普朗克普朗克(Planck)(Planck)常数常数6.6266.62610
4、10-34-34 Js Js频率频率E E光量子具有的能量光量子具有的能量 单位:单位:J(J(焦耳焦耳),eV(eV(电子伏特电子伏特)1 eV=1.602 1 eV=1.6021010-19-19 J J微粒性微粒性hE9结论结论:一定波长的光具有一定的能量,波长越长一定波长的光具有一定的能量,波长越长(频率越低频率越低),光量子的能量越低。,光量子的能量越低。单色光:单色光:具有相同能量具有相同能量(相同波长相同波长)的光。的光。混合光:混合光:具有不同能量具有不同能量(不同波长不同波长)的光复合在一的光复合在一起起.例如白光。例如白光。波粒二象性波粒二象性hchE射线射线 X X 射线
5、射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波1112第二节第二节 基本原理基本原理1.1.紫外紫外-可见吸收光谱的形成可见吸收光谱的形成 当光通过气态、液态或固态的物质时,当光通过气态、液态或固态的物质时,物质分子选择性吸收辐射,产生紫外物质分子选择性吸收辐射,产生紫外-可见可见吸收光谱,又称为分子吸收光谱。吸收光谱,又称为分子吸收光谱。13物质分子内部三种运动状态对应三种能级:物质分子内部三种运动状态对应三种能级:电子绕核运动电子绕核运动(电子跃迁)(电子跃迁)电子能级电子能级E E电电原子在平衡位置上振动原子在平衡位置上振动振动能级振动能级E E振振分子绕轴转动分子绕轴
6、转动(分子转动)(分子转动)转动能级转动能级E E转转转振电EEE远红外吸收光谱红外吸收光谱可见吸收光谱紫外转振电mevEmevEmevE2525005.0005.025.125105.025.106.020114电子基态电子激发态J J3 3J J2 2J J1 1J J3 3J J2 2J J1 1J J3 3J J2 2J J1 1J J3 3J J2 2J J1 1J J3 3J J2 2J J1 1J J3 3J J2 2J J1 115物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力,物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力,物质也只能物质也只能选择性地吸收选择性地吸收那些能量相当于该那些能量
7、相当于该分子分子振动能变化振动能变化E Ev v、转动能变化、转动能变化E Er r以及以及电子运动能量变化电子运动能量变化E Ee e的总和的总和E E的辐射。的辐射。由于各种物质分子内部结构的不同,分子的由于各种物质分子内部结构的不同,分子的各种能级之间的间隔也互不相同,这样就决各种能级之间的间隔也互不相同,这样就决定了定了物质对不同波长光线的选择性吸收物质对不同波长光线的选择性吸收。172.2.分子吸收光谱及其特征分子吸收光谱及其特征将不同波长的单色光依次通过一定的溶液,分将不同波长的单色光依次通过一定的溶液,分别测出对各种波长的光的吸收程度(用别测出对各种波长的光的吸收程度(用A A表
8、表示)。示)。以波长为横坐标,吸光程度为纵坐标作图,所以波长为横坐标,吸光程度为纵坐标作图,所得的曲线称为得的曲线称为吸收曲线吸收曲线(absorption curveabsorption curve)或或吸收光谱吸收光谱(absorption spectrum)(absorption spectrum)。18A1920(一)有机化合物的电子跃迁类型(一)有机化合物的电子跃迁类型二、紫外可见吸收光谱与分子结构的关系21按能量大小:按能量大小:*n *n*221.1.*跃迁跃迁饱和烃类(单键,饱和烃类(单键,且都是且都是键)键)吸收光能后吸收光能后多发生此类跃迁,此跃迁所需能量大,(大多发生此类
9、跃迁,此跃迁所需能量大,(大约约350k j/mol350k j/mol键)键)一般吸收一般吸收150 nm 150 nm 的光,属于远紫外区的光,属于远紫外区 (真空紫外区)(真空紫外区)23nn*跃迁跃迁 含有含有杂原子(杂原子(O O、N N、S S、X X)的饱和烃衍)的饱和烃衍生物生物,这些杂原子上的,这些杂原子上的 n n 电子向着电子向着*跃跃迁。吸收波长在迁。吸收波长在200 nm200 nm左右左右 24*此跃迁所需能量小(约此跃迁所需能量小(约200kj/mol200kj/mol键)吸键)吸收波长为收波长为200nm 200nm 左右具有左右具有碳碳碳双键(三键)碳双键(三
10、键)的化合物会发生此类跃迁的化合物会发生此类跃迁孤立的孤立的*跃迁跃迁 吸收波长在吸收波长在160160190nm190nm左右左右.如如 CHCH2 2=CH=CH2 2 maxmax=165nm =10=165nm =104 4共轭双键的共轭双键的*跃迁跃迁 由于由于 与与 键之间相互作用形成离域键,键之间相互作用形成离域键,使使*跃迁所需能量减小,而且共轭键越长跃迁所需能量减小,而且共轭键越长所需能量越小所需能量越小 如丁二烯如丁二烯CHCH2 2=CH-CH=CH=CH-CH=CH2 2 maxmax=217nm,=21000=217nm,=2100025nn*易发生在易发生在含有杂原
11、子的不饱和基团含有杂原子的不饱和基团中,如中,如 C=O C=O、C=S C=S、N=NN=N等化合物。这些杂原等化合物。这些杂原子都有未成键的孤电子对此类跃迁一般在子都有未成键的孤电子对此类跃迁一般在近紫外区(近紫外区(200-400nm200-400nm),但),但小,在小,在1010100100之间之间261 1电荷迁移跃迁(亦称内电荷迁移跃迁(亦称内 oxred oxred 过程)过程)所谓迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时,电所谓迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时,电子从给予体向接受体相联系的轨道上跃迁,过程见下:子从给予体向接受体相联系的轨道上跃迁,过程见下:NCH3CH3NC H
12、3C H3+CROCRO+_CNSFeCNSFehv23(二)无机化合物的电子跃迁类型(二)无机化合物的电子跃迁类型272 2配位场跃迁配位场跃迁四、五周期中的过渡金属元素分别有四、五周期中的过渡金属元素分别有3d3d和和4d4d轨道,镧系锕系分别含有轨道,镧系锕系分别含有4f4f和和5f5f轨道,轨道,在在配体存在下过渡元素五个能量相等的配体存在下过渡元素五个能量相等的d d轨道和轨道和镧、锕元素七个能量相等的镧、锕元素七个能量相等的f f轨道分别分裂成轨道分别分裂成几组能量不等的几组能量不等的d d轨道及轨道及f f轨道轨道.当它们吸收光当它们吸收光能后,低能态的能后,低能态的d d电子或
13、电子或f f电子可以分别跃迁到电子可以分别跃迁到高能态的高能态的d d轨道及轨道及f f轨道上去。轨道上去。一定要有配体的配位场作用一定要有配体的配位场作用.281生色团(发色团):能吸收紫外-可见光的基团 有机化合物:具有不饱和键和未成对电子的基团 具n 电子和电子的基团 产生n*跃迁和*跃迁 跃迁E较低例:CC;CO;CN;NN 2 2助色团:本身无紫外吸收,但可以使生助色团:本身无紫外吸收,但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团团有机物:连有杂原子的饱和基团有机物:连有杂原子的饱和基团例:例:OHOH,OROR,NHNH,NR2NR2,XX5红移
14、和蓝移:由于化合物结构变化(共轭、引入助色团取代基)或采用不同溶剂后 吸收峰位置向长波方向的移动,叫红移(长移)吸收峰位置向短波方向移动,叫蓝移(紫移,短移)32三、光的吸收定律(一)(一)Lambert-BeerLambert-Beer定律定律 一束单色光通过含吸光物质的溶液时一束单色光通过含吸光物质的溶液时I Ia a入射光入射光I I0 0透过光透过光I It t 反射光反射光I Ir rI0Ia+It+Ir Ia+It 由上式可知由上式可知,I,I0 0不变,若不变,若 I Ia a则则I It t,反之亦然反之亦然33我们把:我们把:I It t I I0 0 =T T 称作透光率(
15、度)称作透光率(度)T T 100=T%100=T%称作百分透光率(度)称作百分透光率(度)T T越大,表示溶液对光的吸收越少越大,表示溶液对光的吸收越少T T越小,表示溶液对光的吸收越多越小,表示溶液对光的吸收越多常用吸光度来表示物质对光的吸收程度:常用吸光度来表示物质对光的吸收程度:tIITA0lg1lg34朗伯定律朗伯定律 (1760(1760年年):):A=lg(IA=lg(I0 0/I/It t)=k)=k1 1b b当入射光的当入射光的,吸光物质的吸光物质的c c 一定时一定时,溶液的溶液的吸光度吸光度A A与液层厚度与液层厚度b b成正比。成正比。比尔定律比尔定律(1852(18
16、52年年):):A=lg(I A=lg(I0 0/I/It t)=k)=k2 2c c当入射光的当入射光的,液层厚度液层厚度b b一定时一定时,溶液的吸光溶液的吸光度度A A与吸光物质的与吸光物质的c c成正比。成正比。35朗伯朗伯-比尔定律比尔定律式中:式中:A A:吸光度;:吸光度;:透射率;透射率;b b:液层厚度:液层厚度(光程长度光程长度),通常以,通常以cmcm为单位;为单位;c c:溶液的浓度,单位:溶液的浓度,单位molLmolL-1-1或或gLgL-1-1;K K:吸光系数:吸光系数意义意义:当一束平行单色光通过均匀、非散射的溶当一束平行单色光通过均匀、非散射的溶液时,其吸光
17、度与溶液中吸光质点的浓度和吸液时,其吸光度与溶液中吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比收层厚度的乘积成正比.KbcTIIAt1lglg036值得注意的是:值得注意的是:透过率透过率T T与与c c或或b b之间的关系是之间的关系是指数函数指数函数关系关系吸光度吸光度A A与与c c或或b b之间是简单的之间是简单的正比例正比例关系关系37应明确定律的三个应用条件:应明确定律的三个应用条件:1 1)稀溶液()稀溶液(C C0.01mol/L)0.01mol/L)2 2)入射光为单色光)入射光为单色光3 3)均匀介质,可以为固体、液体和气体)均匀介质,可以为固体、液体和气体吸光度特性吸光度特性加
18、和性:加和性:A A总总=A=A1 1+A+A2 2+A+A3 3+A+A4 4.38吸光系数(AbsorptivityAbsorptivity)cbAabcA bcEA1%1cmMaE 10 101%1cm 39摩尔吸光系数 物理意义:物理意义:当一定波长的单色光通过浓度为当一定波长的单色光通过浓度为1mol/L1mol/L,吸收池厚度为吸收池厚度为1cm1cm的溶液时测得的吸的溶液时测得的吸光度。光度。入射波长不同,入射波长不同,不同不同溶剂不同,溶剂不同,不同不同物质性质不同,物质性质不同,不同不同氯仿465可作为定性依据可作为定性依据41(二)(二)的因素的因素正偏离正偏离负偏离负偏离
19、42 非单色光指的是包含一定波长范围的有限宽非单色光指的是包含一定波长范围的有限宽度的谱带,是以度的谱带,是以(中心吸收波长)为中(中心吸收波长)为中心的一狭窄波长范围的复合光,对于带宽为心的一狭窄波长范围的复合光,对于带宽为(即图中的(即图中的)的单色光,)的单色光,测得的吸光度一般小于测得的吸光度一般小于处的真实吸光度处的真实吸光度值,从而产生负偏离。值,从而产生负偏离。43 若样品不吸收若样品不吸收 I IS S 则(则(I I0 0+I+I s s)()(I+II+Is s)I I0 0I I,使使A A若样品吸收若样品吸收 I IS S,则反之,则反之,。StSIIIIA0lg44)
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