紫外-可见和红外吸收光谱分析(3)

2019-04-08 19:51

(1) 酸度的影响:由于酸度的变化会使有机化合物的存在形式发生变化,从而导致谱带的位移,例如苯酚

随着PH值的增高,谱带就会红移,吸收峰分别从211 nm和270 nm位移到236 nm和287nm。又如苯胺

随着pH值的降低,谱带会蓝移,吸收峰分别从230 nm和280 nm处位移到203 nm和254 nm处。

另外酸度的变化还会影响到络合平衡,从而造成有色络合物的组成发生变化,而使得吸收带发生位移,例如Fe (III) 与磺基水杨酸的络合物,在不同pH时会形成不同的络合比,从而产生紫红、橙红、黄色等不同颜色的络合物。

(2) 溶剂效应:

紫外吸收光谱中有机化合物的测定往往需要溶剂,而溶剂尤其是极性溶剂,常会对溶质的吸收波长、强度及形状产生较大影响。 在极性溶剂中,紫外光谱的精细结构会完全消失,其原因是极性溶剂分子与溶质分子的相互作用,限制了溶质分子的自由转动和振动,从而使振动和转动的精细结构随之消失。

一般来说,溶剂对于产生???* 跃迁谱带的影响表现为:溶剂的极性越强,谱带越向长波长方向位移。这是由于大多数能发生???* 跃迁的分子,激发态的极性总是比基态极性大,因而激发态与极性溶剂之间发生相互作用而导致的能量降低的程度就要比极性小的基态与极性溶剂发生作用而降低的能量大,因此要实现这一跃迁的能量也就小了。

另一方面,溶剂对于产生n??* 跃迁谱带的影响表现为:溶剂的极性越强,n??* 跃迁的谱带越向短波长位移。这是由于非成键的n 电子会与含有极性溶剂相互作用形成氢键,从而较多地降低了基态的能量,而使得跃迁的能量增大,紫外吸收光谱就发生了向短波长方向的位移。 8.2 仪器的测试性能

影响紫外及可见吸收谱带的另一主要因素,即是仪器的测试性能。其中最主要的有:

(1) 仪器的单色性(即仪器的分辨率):一般要求对于双光束紫外及可见分光光度计在260 nm处,仪器应该能够分辨间隔为0.3 nm的谱线。分辨率低有时就会使相邻峰无法分开,而给定性或结构分析带来困难。对于定量分析来说,就会产生误差。

(2) 仪器的波长精度:波长误差会使紫外光谱发生严重位移而导致分析结果错误,因此必须对仪器进行定期的经常校正。

(3) 仪器的测光精度:指的是仪器上测得的透光度或吸光度与真实值之间的偏差。精密的紫外光谱仪可以达到?0.001 A。

除了上述的主要影响因素外,影响紫外及可见光谱的测量因素还有很多,这里就不一 一介绍了。

9.紫外-可见光谱的定性和定量应用

9.1紫外光谱定性解析程序

(1)由紫外光谱图找出最大吸收峰对应的波长λmax,并算出ε; (2)推断该吸收带属何种吸收带及可能的化合物骨架结构类型;

(3)与同类已知化合物紫外光谱进行比较,或将预定结构计算值与实测值进行比较; (4)与标准品进行比较对照或查找文献核对。

根据有机化合物的紫外光谱,可以大致地推断出该化合物的主要生色团及其取代基的种类和位置以及该化合物的共轭体系的数目和位置,这些就是紫外吸收光谱在定性、结构分析中的最重的应用。例如(1)在210-250nm间有吸收峰,ε较大,说明可能有两个共轭双键。(2)260-300nm间,有吸收峰,ε较大,可能有3-5个共轭双键。(3)250-300nm间有吸收峰,但ε较小,且增加溶剂极性会蓝移,说明可能有羰基存在。(4)250-300nm间有吸收峰,中等强度,伴有振动精细结构,说明有苯环存在

对于有机化合物的分析与鉴定,通常采用的方法是与标准的有机化合物的图谱对照。但由于物质的紫外光谱基本上是其分子中的生色团和助色团的特性,具有相同生色团及助色团的化合物的紫外光谱大致上是相同的,因此单根据紫外光谱只能知道是否存在某些基团,不能完全决定其结构,还必须与其它谱学方法结合起来,才能进行结构分析。可是根据共轭效应对紫外光谱的影响很大这一特点,紫外光谱是可以用来进行同分异构体的判别的,这是紫外光谱的一个特点。例如某一化合物具有顺式和反式两种异构体,当该化合物中的生色团与助色团在同一平面上时,由于能产生最大的共轭效应,因而吸收波长就会向长波长方向移动。如果因为在顺式时,由于位阻效应,而使共轭程度降低,则吸收峰会向短波长方向位移。据此,即可判断该化合物的顺反异构。

9.2.定量分析方法

紫外光谱的最主要应用是在定量分析上,由于具有π键电子及共轭双键的有机化合物,在紫外区有强烈以吸收,而且ε很大,达到10-10,所以有很高的检测灵敏度,对于无机化合物来说,也因为电荷转移吸收带不仅谱带宽而且强度大,一般,ε>10000,所以紫外光谱在定量分析上,有着广泛的应用。

单组份的基本定量方法:

单组份定量分析根据Lambert-Beer定律: A = K C (1) 单个标样测定法

测定单个标样浓度Cs的吸光度As –K值不变—得测试样品的浓度Cx为: Cx=(Ax·Cs)/As

(2) 系列标样测定法--求K 的平均值, 得测试样品的浓度Cx;或以As-Cs作图得工作曲线, 由图查Ax对应得到Cx 值;或通过拟合线性方程,求出K值,再由Ax求出Cx 值

第一章 红外吸收光谱

【教学内容】

1. 红外光谱基础知识 2. 红外光谱仪原理

3. 红外光谱仪的原理图(光栅型) 4.红外光谱原理概述

5. 红外光谱分析的基本方法 6、光谱峰位的影响因素 7. 定量分析 8、样品制备技术

9、Fourier变换红外光谱仪(FTIR仪) 10. 红外光谱图谱定性分析训练 11. 红外新技术及应用

【掌握内容】

1. 红外光谱的基本原理

2. 光栅型红外光谱仪工作原理 3. 红外光谱分析的四要素 4. 谱图分析的三种基本方法 5. 样品制备技术

6. 实际谱图的分析能力 【熟悉内容】

1. 红外光谱的基本概念 2. 红外光谱的应用 【了解内容】

付立叶变换红外光谱仪原理及特点 【教学重点和难点】

教学重点:红外光谱的分析方法和谱图训练,正确的制备样品方法 教学难点:红外谱图分析能力的培养

【教学目标】

1. 熟悉红外光谱的基本概念和红外光谱的应用。

2. 掌握红外光谱的原理和分析方法、常见基团吸收峰的特征和红外样品正确制备方法 3. 具备红外谱图的独立分析能力 4.掌握红外光谱的定量分析方法

【教学手段】课堂讲授,辅以多媒体幻灯图片,结合大量谱图练习 【教学过程】

引言: 材料学院学生学习的内容:材料的制备-结构-性能,结构决定性能。结构分析方法-红外光谱:表征有机分子的基团和无机离子。

一、红外光谱的基础知识

红外光区的划分 0.75-1000 μm, 中红外区是研究和应用最多的区域,一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱。

表1-1红外光谱分类及功能 近红外光区 中红外光区 远红外光区 (0.75 ~ 2.5μm) (2.5 ~ 25μm ) (25 ~1000μm ) 400-4000 cm-1 低能电子跃迁、含氢原子团(如O-H、N-H、C-H)伸缩振动的倍频吸收等产生 研究:稀土,过渡金属离子化合物,并适用于水、醇、某些高分子化合物 分子振动伴随转动, 基频振动是红外光谱中吸收最强的振动,所以该区最适于物质的定性和定量分析 大多数有机化合物(基团)分析,无机离子的分析 气体分子中纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起 异构体的研究,金属有机化合物(包括络合物)、氢键、吸附现象的研究

注:

1.红外光谱的定义:

当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收某些频率的辐射,并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化,产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。

2.红外活性分子和非红外活性分子

产生红外吸收的分子称为红外活性分子,如CO2分子;反之为非红外活性分子,如O2

分子。因此,红外测试应去除空气干扰!

3.局限

(1)CH3(CH2)6CH3 与 CH3(CH2)8CH3 图谱区别不大? (2)定量测量的误差可达百分之几!

4.分子振动方式

用弹簧振动来模拟,以双原子分子为例。

采用经典力学方法把双原子分子的振动形式用两个刚性小球弹簧振动模拟

该体系的基本振动频率的计算公式为:

由上式可见,振动频率的直接影响因素是相对原子质量和化学键的力常数K。K与化学键的类型及其周围键接环境有关。

一般将振动形式分成两类:伸缩振动和变形振动。 (1) 伸缩振动(νs νas )

原子沿键轴方向伸缩,键长发生变化而键角不变的振动。它又分为对称伸缩振动(νs )和不对称伸缩振动(νas ) 。

(2)变形振动(又称弯曲振动或变角振动,用符号δ等表示) 基团键角发生周期变化而键长不变的振动。变形振动又分为面内变形振动和面内变形振动。例如:

例子,以水分子的振动为例加以说明:

水分子是非线型分子,振动自由度:3×3-6=3个振动形式,分别为不对称伸缩振动、对称伸缩振动和变形振动。这三种振动皆有偶极矩的变化,具有红外活性。如图所示:

水的红外光谱(供参考)

这里的水是指化合物中以不同状态存在的水,在红外光谱图中,吸收谱带有差异。


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