第十一章：紫外-可見分光光度法
產(chǎn)生于分子的外層價(jià)電子在電子能級(jí)間的躍遷，屬于電子光譜。
優(yōu)點(diǎn)：儀器普及、操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、靈敏度高
準(zhǔn)確度0.5%~0.2%
第一節(jié)：紫外-可見分光光度法的基本原理和概念
電子躍遷類型
分子中的電子類型包括：成單鍵的σ電子，雙鍵的π電子，未成鍵的n電子（p電子）
- σ-σ*:遠(yuǎn)紫外區(qū)，波長(zhǎng)在150 nm以下
- π-π*:孤立雙鍵一般在200 nm左右吸光系數(shù)大，共軛雙鍵吸收增強(qiáng)
- n-π*:含有雜原子的不飽和基團(tuán)，近紫外區(qū)，吸收強(qiáng)度小
- n-σ*:含-OH、-NH2、-X、-S等基團(tuán)化合物，200 nm左右
- 電荷遷移躍遷：取代芳烴、過(guò)渡金屬離子與含生色團(tuán)的試劑，實(shí)質(zhì)上是分子內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，譜帶寬，吸收強(qiáng)
- 配位場(chǎng)躍遷：第四、第五周期過(guò)渡金屬元素及鑭系錒系，吸光系數(shù)小，在可見光區(qū)
紫外-可見吸收光譜的有關(guān)概念
吸收光譜：
- 吸收峰：
- 谷：
- 肩峰：
- 末端吸收：只在圖譜短波端呈現(xiàn)強(qiáng)吸收而不成峰的部分
- 生色團(tuán)：含有π-π*、n-π*躍遷的基團(tuán)
- 助色團(tuán)：含有非鍵電子或雜原子飽和基團(tuán)，使相連的部分吸收峰長(zhǎng)波移動(dòng)，吸收強(qiáng)度增加的基團(tuán)
- 紅移：
- 藍(lán)移（紫移）：
- 增色效應(yīng)與減色效應(yīng)：
- 強(qiáng)帶和弱帶：摩爾吸光系數(shù)大于104為強(qiáng)帶，小于102為弱帶
吸收帶及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系
- R帶：n-π*躍遷引起，較長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍，吸收弱。溶劑極性增加，R帶短移。
- K帶：π-π*躍遷引起，吸收強(qiáng)，苯環(huán)上如果有發(fā)色團(tuán)取代，并形成共軛也會(huì)出現(xiàn)K帶
- B帶：芳香族化合物特征吸收帶，重心在256nm，系數(shù)200左右
- E帶：芳香族化合物特征吸收帶，由苯環(huán)三個(gè)乙烯的環(huán)狀共軛系統(tǒng)的π-π*躍遷產(chǎn)生，分為E1、E2帶強(qiáng)
- 電荷轉(zhuǎn)移吸收帶：無(wú)機(jī)物和有機(jī)物混合的分子配合物
- 配位體場(chǎng)吸收帶：過(guò)渡金屬水合離子與顯色劑所形成的配合物
影響吸收帶的因素
核心是對(duì)分子中電子共軛結(jié)構(gòu)影響
- 位阻影響：
- 跨環(huán)效應(yīng)：非共軛基團(tuán)之間的相互作用，空間位置作用
- 溶劑效應(yīng)：極性溶劑使π-π*躍遷長(zhǎng)波移動(dòng)
- 體系pH影響：
朗伯-比爾定律
E為吸光系數(shù)（給定單色光，溶劑和溫度下為定值）
表示方式：
- 摩爾吸光系數(shù)：一定波長(zhǎng)，濃度為1 mol/L厚度為1 cm的吸光度，用
或
標(biāo)記
- 百分吸光系數(shù)或稱比吸光系數(shù)：一定波長(zhǎng)，100 ml溶液中含被測(cè)物質(zhì)1 g、厚度為1 cm的吸光度用
表示
換算關(guān)系：
吸光度具有加和性
偏離比爾定律的因素
化學(xué)因素：
- 溶質(zhì)因解離、締合與溶質(zhì)作用而發(fā)生偏離
光學(xué)因素：
- 非單色光：入射光譜帶寬度S
- 雜散光：
- 散射光和反射光：
- 非平行光：
透光率測(cè)量誤差：來(lái)自儀器噪聲，與光訊號(hào)無(wú)關(guān)稱為暗噪聲，有關(guān)稱為散粒噪聲
- 暗噪聲：A值在0.2~0.7時(shí)誤差較小，是測(cè)量最適宜范圍，T=0.368 A=0.434為最小誤差讀數(shù)
第二節(jié)：紫外-可見分光光度計(jì)
主要部件
- 光源：強(qiáng)、穩(wěn)定、連續(xù)光譜發(fā)光面積小，氘燈、鎢燈
- 單色器：組成，色散原件
- 吸收池：玻璃制成只能用于可見光區(qū)，石英都可用
- 檢測(cè)器：
- 光電池：硒光電池（只適用于可見光）、硅光電池（都適用）
- 光電管：
- 光電倍增管PMT：
- 光二極管陣列檢測(cè)器DAD：
- 訊號(hào)處理與顯示器：
分光光度計(jì)的類型和光學(xué)性能
幾種光路類型
- 單光束分光光度計(jì)
- 雙光束分光光度計(jì)：減免銀光源強(qiáng)度不穩(wěn)定而引入的誤差
- 雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)
- 二極管陣列檢測(cè)分光光度計(jì)：
- 光纖探頭式分光光度計(jì)：直接插入樣品溶液中檢測(cè)
光學(xué)性能
- 波長(zhǎng)范圍：
- 光譜帶寬：
- 波長(zhǎng)準(zhǔn)確度：
- 波長(zhǎng)重現(xiàn)性
- 透光率測(cè)量范圍
- 吸光度測(cè)量范圍
- 光度準(zhǔn)確度：
- 光度重復(fù)性
- 分辨率
- 雜散光：
儀器的校正
- 波長(zhǎng)的校正：氫燈或氘燈的發(fā)射譜線；繪制鐠釹玻璃的吸收光譜；苯蒸汽在紫外去的B吸收帶
- 吸光度的校正：鉻酸鉀、硫酸銅、硫酸鈷胺標(biāo)準(zhǔn)溶液
- 吸收池的校正（配對(duì)）：
紫外-可見分光光度分析方法
定性分析
- 對(duì)比吸收光譜特征數(shù)據(jù)：波長(zhǎng)、吸收峰、谷、尖峰、吸光系數(shù)
- 對(duì)比吸光度比值：根據(jù)不同吸收峰處吸光度比值作為鑒別依據(jù)
- 對(duì)比吸收光譜一致性：非極性溶劑、窄的光譜通帶
純度檢查
- 雜質(zhì)檢查：
- 雜質(zhì)的限量檢測(cè)：某處吸光度大小限度；峰谷吸光度比值
單組份的定量方法
溶劑的紫外截止波長(zhǎng)：
吸光系數(shù)法（絕對(duì)法）
從手冊(cè)中查吸光系數(shù)
工作曲線法
- 配置一系列濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液
- 繪制工作曲線
- 在相同條件下測(cè)出樣品吸光度
- 用直線回歸方程計(jì)算試樣濃度
對(duì)照法
在相同條件下配置標(biāo)準(zhǔn)溶液與試樣溶液，在選定波長(zhǎng)處分別測(cè)量吸光度，計(jì)算。
紫外-可見分光光度法不僅可以測(cè)定試樣中組分的含量，而且還可以測(cè)定弱酸（堿）的離解常數(shù)和配合平衡常數(shù)及配合物的組成。計(jì)算題
弱酸解離常數(shù)：
同時(shí)測(cè)定多組分的定量方法-計(jì)算分光光度法
計(jì)算分光光度法：運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法，在傳統(tǒng)分光光度法基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)量試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)的變換、解析和預(yù)測(cè)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性定量的方法，屬于化學(xué)計(jì)量學(xué)的范疇。
分為數(shù)值計(jì)算法和數(shù)學(xué)變換法兩大類
數(shù)值計(jì)算法：圖解法、信號(hào)處理法、矩陣解法
數(shù)學(xué)變換法：導(dǎo)數(shù)光譜法、正交函數(shù)法、褶合光譜法
等吸收雙波長(zhǎng)法：
? 選擇波長(zhǎng)原則：干擾組分b在這兩個(gè)波長(zhǎng)應(yīng)具有相同吸光度；被測(cè)組分在這兩個(gè)波長(zhǎng)處吸光度差值應(yīng)足夠大。
紫外吸收光譜用于有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)研究
有機(jī)化合物的紫外吸收光譜
- 飽和碳?xì)浠衔铮?00~400無(wú)吸收
- 含孤立助色團(tuán)和生色團(tuán)的飽和有機(jī)化和物：
- 共軛烯烴：
- α，β不飽和醛酮酸和酯：
- 芳香族化合物：
- 苯和取代苯：有E1、E2、B帶三個(gè)吸收帶，當(dāng)苯環(huán)上有取代基時(shí)，苯的三個(gè)吸收帶都長(zhǎng)移，吸光系數(shù)增大，B帶精細(xì)程度降低。取代基紅移效應(yīng)次序：
- 助色團(tuán)取代：
- 生色團(tuán)取代：出現(xiàn)K帶，B帶長(zhǎng)移，有時(shí)B被K掩蓋
- 芳雜環(huán)化合物：分子中雜原子上n電子參加了芳環(huán)共軛所需的六個(gè)π電子，這類化合物不顯示n-π*躍遷
有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)研究
- 從吸收光譜初步判斷基團(tuán)：
- 210~250可能有兩個(gè)共軛單位，260~300有強(qiáng)吸收可能有3~5個(gè)共軛單位，250~300有弱吸收，表示羰基存在；在250~300中等強(qiáng)度吸收，表示有苯環(huán)存在，如果有顏色，分子中含有的共軛生色團(tuán)一般在5個(gè)以上
- 異構(gòu)體的推定：結(jié)構(gòu)異構(gòu)體、順反異構(gòu)體
- 化合物骨架推定：未知化和物與已知化合物的紫外吸收光譜一致時(shí)，可認(rèn)為兩者有同樣的生色團(tuán)
比色法
比色法是對(duì)于能吸收可見光的有色溶液的測(cè)定方法，通常也稱為可見光分光光度法
特點(diǎn)：靈敏，簡(jiǎn)便，許多不吸收可見光的物質(zhì)可通過(guò)顯色反應(yīng)變?yōu)橛猩镔|(zhì)，一般通過(guò)配位反應(yīng)
顯色反應(yīng)及其條件
對(duì)顯色反應(yīng)的要求：
- 被測(cè)物質(zhì)與生成的有色物質(zhì)之間，有確定的定量關(guān)系
- 產(chǎn)物足夠的穩(wěn)定性
- 如試劑本身有色，則反應(yīng)產(chǎn)物與試劑顏色有明顯的差別
- 產(chǎn)物摩爾吸光系數(shù)足夠大
- 顯色反應(yīng)有較好的選擇性，如果需要萃取，應(yīng)該有足夠大的分配比
反應(yīng)條件：
- 顯色試劑與溶劑：依據(jù)顯色反應(yīng)靈敏度、穩(wěn)定性、反應(yīng)選擇性選擇顯色試劑，同時(shí)考慮顯色試劑用量
- 酸堿度：
- 時(shí)間：
- 溫度及其他：考慮溫度對(duì)反應(yīng)速度及溶解度影響
通過(guò)試驗(yàn)確定顯色反應(yīng)的最適宜條件，對(duì)于已經(jīng)制定的比色方法不應(yīng)隨意改變條件，可以通過(guò)繪制吸光度-條件曲線選擇最適宜條件
