第9章-紫外光谱分析分析课件.ppt
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- 紫外光 谱分析 分析 课件
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1、4:08Instrument Analysis 化学化工学院1(Ultraviolet Spectrophotometry,UV)9-1 分子吸收光谱分子吸收光谱 1分子吸收光谱的产生分子吸收光谱的产生由能级间的跃迁引起由能级间的跃迁引起 能级:电子能级、振动能级、转动能级能级:电子能级、振动能级、转动能级 转振电分EEEE4:08Instrument Analysis 化学化工学院2chhE能级差紫外吸收光谱:分子价电子紫外吸收光谱:分子价电子受激发,从低能级转移到受激发,从低能级转移到高能级的过程。高能级的过程。波长范围:波长范围:100-800 nm.(1)远紫外光区远紫外光区:100-
2、200nm (2)近紫外光区近紫外光区:200-400nm4:08Instrument Analysis 化学化工学院32.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M +热热M+荧光或磷光荧光或磷光M +h M*基态基态 激发态激发态E1 (E)E24:08Instrument Analysis 化学化工学院4 E=E2 -E1=h 量子化量子化;选择性吸;选择性吸收收 吸收曲线与最大吸收曲线与最大吸收波长吸收波长 max 用不同波长的单色用不同波长的单色光照射,测吸光度光照射,测吸光度;4:08Instrument Analysis 化学化工学院5能级跃迁 电子能级间跃迁的电子能级间跃迁的同时,总伴随
3、有振动和同时,总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。现宽谱带。4:08Instrument Analysis 化学化工学院6讨论:讨论:(1 1)转动能级间的能量差转动能级间的能量差r r:0.0050.0050.050eV0.050eV,跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红,跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱;外光谱或分子转动光谱;(2 2)振动能级的能量差振动能级的能量差v v约为:约为:0.050.05eVeV,跃迁产生的吸收
4、光谱位于红外区,红外光谱或分,跃迁产生的吸收光谱位于红外区,红外光谱或分子振动光谱;子振动光谱;(3 3)电子能级的能量差电子能级的能量差e e较大较大1 120eV20eV。电子。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区,紫外可见光区,紫外可可见光谱或分子的电子光谱;见光谱或分子的电子光谱;4:08Instrument Analysis 化学化工学院7 (4 4)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定,反映了分子内部能级分布状级间的能量差所决定,反映了分子内部能级分布状况,是物质定性的依据;况,是物质定性的依据;(
5、5 5)吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几)吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关,也提供分子结构的信息。率有关,也提供分子结构的信息。4:08Instrument Analysis 化学化工学院8 通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同物质的不同物质的max有时可有时可能相同,但能相同,但max不一定相同;不一定相同;(6)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,定量分析的依据。正比,定量分析的依据。4:08Instrument Analysis 化学
6、化工学院99-2 9-2 有机物紫外吸收光谱有机物紫外吸收光谱1 1紫外紫外可见吸收光谱可见吸收光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱是三种电子可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果:跃迁的结果:电子、电子、电子、电子、n n电子电子。分子轨道理论分子轨道理论:成键轨道成键轨道反键轨道反键轨道。s sp p *s s*RKE,Bnp p ECOHnp ps sH4:08Instrument Analysis 化学化工学院10 当外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态当外层电子吸收紫外或可见辐射后,就从基态向激发态向激发态(反键轨道反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能跃迁。主要有四种跃迁所
7、需能量量大小顺序为:大小顺序为:n n n n s sp p *s s*RKE,Bnp p E4:08Instrument Analysis 化学化工学院11 (1 1)N NVV跃迁:由基态跃迁到反键轨道,包括跃迁:由基态跃迁到反键轨道,包括饱和碳氢化合物中饱和碳氢化合物中跃迁,以及不饱和烯烃中跃迁,以及不饱和烯烃中的的 跃迁。跃迁。(2 2)N NQ跃迁跃迁:是分子中未成键的:是分子中未成键的n n电子激发电子激发到反键轨道的跃迁,包括到反键轨道的跃迁,包括n n 和和 跃迁。跃迁。4:08Instrument Analysis 化学化工学院12 (3 3)NR跃迁:是跃迁:是键的电子逐步
8、激发到各高键的电子逐步激发到各高能级,最后电离成分子离子的跃迁(光致电离)。能级,最后电离成分子离子的跃迁(光致电离)。(4)电荷迁移跃迁:在光能激发下,某化合物中)电荷迁移跃迁:在光能激发下,某化合物中的电荷的电荷 发生重新分布,导致电荷可从化合物的一部发生重新分布,导致电荷可从化合物的一部分移至另一部分而产生吸收光谱。分移至另一部分而产生吸收光谱。4:08Instrument Analysis 化学化工学院131.1.饱和烃饱和烃跃迁跃迁 所需能量最大;所需能量最大;电子只有吸收远紫外光的能电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁;量才能发生跃迁;饱和烷烃的分子吸收光谱出现在饱和烷烃的分子吸
9、收光谱出现在远紫外区远紫外区;吸收波长吸收波长200 nm200 nm;例:甲烷的例:甲烷的maxmax为为125nm,125nm,乙烷乙烷maxmax为为135nm135nm。只能被真空紫外分光光度计检测到;只能被真空紫外分光光度计检测到;作为溶剂使用;作为溶剂使用;4:08Instrument Analysis 化学化工学院14n跃迁 所需能量较大。所需能量较大。吸收波长为吸收波长为150150250nm250nm,大部分在远紫外区,大部分在远紫外区,近紫外区仍不易观察到。近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物含非键电子的饱和烃衍生物(含含N、O、S和卤和卤素等杂原子素等杂原子)均
10、呈现均呈现n n*跃迁。跃迁。4:08Instrument Analysis 化学化工学院15600215CH3NH2365258CH3I200173CH3CL150184CH3OH1480167H2Omaxmax(nm)化合物4:08Instrument Analysis 化学化工学院16红移与蓝移 有机化合物的吸收谱带有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长溶剂使最大吸收波长maxmax和吸收强度发生变化和吸收强度发生变化:4:08Instrument Analysis 化学化工学院17 max向长波方向移动向长波方向移动称为称为红移红移,向短波方
11、向移,向短波方向移动称为蓝移动称为蓝移(或紫移或紫移)。吸收。吸收强度即摩尔吸光系数强度即摩尔吸光系数增大增大或减小的现象分别称为或减小的现象分别称为增增色效应色效应或或减色效应减色效应,如图,如图所示。所示。4:08Instrument Analysis 化学化工学院182.不饱和脂肪烃 NQ()跃迁 所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫所需能量较小,吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区,外端或近紫外区,maxmax一般在一般在10104 4L Lmolmol1 1cmcm1 1以上以上,属于强吸收。,属于强吸收。(1 1)不饱和烃不饱和烃*跃迁跃迁 乙烯乙烯*跃迁的跃迁的maxma
12、x为为162nm162nm,maxmax为为:1 110104 4 L Lmolmol-1-1cmcm1 1。K带带共轭非封闭体系的共轭非封闭体系的p p p p*跃迁,特点是摩尔吸光系数大,一般在跃迁,特点是摩尔吸光系数大,一般在10000-10000-2000020000之间。之间。4:08Instrument Analysis 化学化工学院19 C=C 发色基团,发色基团,但但 p p p p*200nm。ccHHHH max=162nm 助色基团取代助色基团取代 p p p p(K带带)发生红移。发生红移。4:08Instrument Analysis 化学化工学院20165nm 21
13、7nm p*p p p*p*p p p p*(HOMO LVMO)max 共轭烯烃(不多于四个双键)共轭烯烃(不多于四个双键)p p p p*跃迁吸收峰位置跃迁吸收峰位置可由可由伍德沃德伍德沃德菲泽菲泽 规则估算。规则估算。max=基基+ni i(2)共轭烯烃中的)共轭烯烃中的 p p p p*4:08Instrument Analysis 化学化工学院21 基基-是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值;是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值;无环、非稠环二烯母体:无环、非稠环二烯母体:max=217 nm4:08Instrument Analysis 化学化工学院22异环(稠环)二烯母体:异
14、环(稠环)二烯母体:max=214 nm同环(非稠环或稠环)二烯母体同环(非稠环或稠环)二烯母体:max=253 nmni I :由双键上取代基种类和个由双键上取代基种类和个数决定的校正项数决定的校正项4:08Instrument Analysis 化学化工学院23(1)每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 +30(2)环外双键环外双键 +5(3)双键上取代基:双键上取代基:酰基(酰基(-OCOR)0 卤素(卤素(-Cl,-Br)+5烷基(烷基(-R)+5 烷氧基(烷氧基(-OR)+6 4:08Instrument Analysis 化学化工学院24(3)羰基化合物共轭烯烃中的羰基化合物共轭烯
15、烃中的 p p p p*OCRY Y=H,R n s*180-190nm p p*150-160nm n p*275-295nmY=-NH2,-OH,-OR 等助色基团K K R R ppp*n p*4:08Instrument Analysis 化学化工学院25K 带红移,带红移,R 带兰移;带兰移;R带带 max=205nm;10-100不饱和醛酮不饱和醛酮K带红移:带红移:165250nmR 带兰移:带兰移:290310nm 4:08Instrument Analysis 化学化工学院263 芳香烃芳香烃 苯:苯:E1带带180 184nm;=47000E2带带200 204 nm =7
16、000苯环上三个共扼双键的苯环上三个共扼双键的 p p p p*跃迁特征吸收带;跃迁特征吸收带;B带带230-270 nm =200 p pp p*与与苯环振动引起;此带称为精细结构吸收带。苯环振动引起;此带称为精细结构吸收带。含取代基时,含取代基时,B带简化,红移。带简化,红移。4:08Instrument Analysis 化学化工学院27 max(nm)max苯254200甲苯261300间二甲苯2633001,3,5-三甲苯266305六甲苯2723004:08Instrument Analysis 化学化工学院28乙酰苯紫外光谱图乙酰苯紫外光谱图羰基双键与苯环共扼:K带强;苯的E2带
17、与K带合并,红移;取代基使B带简化;氧上的孤对电子:R带,跃迁禁阻,弱;4:08Instrument Analysis 化学化工学院29CC H3On p*;R带p p*;K带R带带由生色基团及助色由生色基团及助色基团中基团中n*跃迁所引起跃迁所引起的谱带。强度较弱。的谱带。强度较弱。maxmax100 L/mol200nm的光的光),但当它们与生色团相连时,但当它们与生色团相连时,就会发生就会发生n共轭作用,增强生色团的生色能力共轭作用,增强生色团的生色能力(吸吸收波长向长波方向移动,且吸收强度增加收波长向长波方向移动,且吸收强度增加),这样的,这样的基团称为助色团。基团称为助色团。4:08
18、Instrument Analysis 化学化工学院32苯环上生色基团对吸收带的影响苯环上生色基团对吸收带的影响4:08Instrument Analysis 化学化工学院33苯环上助色基团对吸收带的影响苯环上助色基团对吸收带的影响4:08Instrument Analysis 化学化工学院349-3 9-3 无机化合物的紫外及可见吸收光谱无机化合物的紫外及可见吸收光谱1.电荷迁移跃迁 在辐射下,分子中原定域在金属在辐射下,分子中原定域在金属M轨道上的电轨道上的电荷转移到配位体荷转移到配位体L的轨道,或按相反方向转移,而的轨道,或按相反方向转移,而产生的吸收光谱称为产生的吸收光谱称为电荷迁移吸
19、收光谱电荷迁移吸收光谱。4:08Instrument Analysis 化学化工学院35Mn+Lb-M(n-1)+L(b-1)-hFe3+CNS-2+hFe2+CNS2+电子给予体电子接受体分子内氧化还原反应分子内氧化还原反应;10104 4Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。4:08Instrument Analysis 化学化工学院362.配体场跃迁(金属离子配体场跃迁(金属离子d-d和和 f-f 电子跃迁)电子跃迁)在配体的作用下过渡金属离子的在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、轨道和镧系、锕系的锕系的f轨道裂分,吸收辐射后,产生轨道
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