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1、第二章 分子吸光分析法 第一节 紫外可见吸收光谱法 第二节 红外吸收光谱法 第一节紫外-可见分子吸收光谱法 一 概述 (一)、分子吸收光谱分析的发展概况 紫外-可见-红外 目视比色-光电比色-分光光度 光声光谱-长光程吸收光谱-传感器 (二)、分子吸收光谱的分类和特征 紫外-可见电子光谱Ee =1 - 20 eV 红外振动光谱 0.05-1 远红外转动光谱 0.005-0.05 a b c Ro Ro Ro Vo V1 Eo E1 E电子能级 V振动能级 R转动能级 A /nm H C N N N N C H 对称四嗪 水中 环己烷中 蒸汽中 500555 分子的电子光谱的特点： 在波长范围内
2、按一定强度分布的谱带带光谱 波长位于紫外-可见区 p可进行分子的定性和定量分析 p可用于一些物理化学常数的测定（如平 衡常数等） p仪器结构简单、价格便宜 p应用范围广泛（无机离子、有机化合物 、生物大分子分析等） 3、分子吸收光谱的特点 (一)、吸收光谱与分子结构 1、有机化合物的吸收光谱 根据分子轨道理论，分子中的电子轨道有 n、和 三种 * * n 二 紫外-可见分子吸收光谱的理论基础 反键轨道 非键轨道 成键轨道 *跃迁 能量很大 吸收光谱在真空紫外区 多为饱和烃 甲烷125 nm 乙烷135 nm n * 跃迁 所需能量小于 *跃迁（150-250 nm） 含有未共用电子对（n电子）
3、原子的饱和化合物都可发生 跃迁的摩尔吸光系数比较小，一般在100-3000 L / mol cm 化合物maxmax H2O1671480 CH3OH184150 CH3Cl173200 (CH3)2O1842520 * 和 n * 跃迁 * 和 n * 跃迁能量低（200 nm） 含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁 C=C C=C ; N=N ; C=O 有机化合物的紫外-可见吸收光谱分析多以这两类跃 迁为基础 * 比 n * 跃迁几率大 100-1000 倍 *跃迁吸收强， 104 n * 跃迁吸收弱， 500 生色团 含有 键不饱和官能团 助色团 基团本身无色，但能增强生色团颜色 为含
4、有n电子，且能与电子作用， 产生n 共轭 184 204 254 270 苯 （ *） 苯酚 （OH为助色团） A /nm 2、无机化合物的吸收光谱 d-d 电子跃迁 绝大多数过渡金属离子都具有未充满的 d 轨道， 按照晶体场理论，当它们在溶液中与水或其它配体生成 配合物时，受配体配位场的影响，原来能量相同的 d轨道 发生能级分裂，产生 d-d 电子跃迁。 配体配位场越强，d 轨道分裂能越大，吸收波长越 短。 （f - f 跃迁与此类似） 没有配位场八面体配位场 dxy dxx dyz dx2 dx2-y2 E 例如：H2O 配位场 3000 饱和 200很强 =75-200强 =25-75中
5、 =5-25弱 0 因此， 越小，分子对称性越高 通过测量拉曼谱线的去偏振度可以确定分子的对称性 C N（CH3）2 N（CH3）2CI-（CH3）2 N C N（CH3）2 N（CH3）2（CH3）2 N + + 测得： 0 故为对称结构 结晶紫 去偏振度测量 = I I/ 入射光 拉曼散射 偏振器 5. 拉曼光谱的强度 I = K (0 - ) 4 I0 ( ) d dr (三)、拉曼光谱仪 光源 单色器检测器 样品室 1、光源 通常采用激光光源 （1）He-Ne激光器主要波长632.8 nm （2）氩离子激光器 主要波长514.5 nm 488.0 nm 与Rayleigh散射一样，拉曼
6、散射的强度反比于波长 的四次方，因此使用较短波长的激光可以获得较 大的散射强度 荧光干扰拉曼光谱的测定，因此当样品或杂质有 荧光时，使用较短波长的激光也获得较大的荧光 干扰 2、样品室 样品池的设计可用于测不仅液体、固体、也可气体 可进行变温、变压实验 为防止样品在强光照射下分解，可设置旋转池 3、单色器 色散型 ： 色散性好且降低杂散光影响 常采用双光栅分光 非色散型： 采用傅立叶变换型仪器 (四)、检测器 早期采用摄谱仪 现采用光电倍增管和CCD 显微拉曼分析仪器 CCD UnfilteredFiltered without R6G 210-11M R6G210-11M R6G 210-1
7、0M R6G 210-9M R6G (五)、高灵敏度拉曼光谱分析的应用 传统上认为，拉曼光谱的主要缺点是灵敏度低，其 强度较荧光若10-12-10-14数量级，因此应用受到限制。为了 提高灵敏度，近年来发展了一些新的技术： 1、共振拉曼光谱 当激光的频率接近或等于样品分子中某些官能团（ 生色团）的电子跃迁吸收频率时，由于电子跃迁和振动跃 迁的耦合，产生共振拉曼效应。 拉曼谱线强度提高104-106倍。 2、表面增强拉曼散射效应 Surface-enhance Raman Scattering （SERS） 拉曼谱线强度提高1012-1014倍 INRS(s)=NI(l)Sfree Raman
8、普通Raman 表面增强Raman机理示意图 SERS Ag ISERS(s)=NI(l)|A (l)|2|A(s)|2Sads SERS基质 金属 Ag,Au,Cu Ni,Al,Li,Na,K,Pt 半导体 CdS,Fe2O3,TiO2 SERS活性物质 先决条件：能吸附在金属基体表面 吡啶等杂环化合物 苯甲酸衍生物 氰基衍生物 一些染料，金属络合物，生物分子，无机分子 1984年,J.Phys.Chem 上Peter Hildebrandt等首先研 究了R6G在Ag胶表面SERS光谱，发现两种不同机理造成 的增强，聚集的纳米银粒子有更强的Raman增强。 1997年，Science上，Shuming Nie 和StevenR.Emory 利用Ag和R6G进行了单分子、单纳米粒子检测。他们发现 在一些单个纳米Ag粒子表面，SERS增强因子可达1014-15. 1999年11月，Journal of American Chemical Society ，Michaels A.M等对同样体系进行了Rayleigh散射研究， 对比SERS,建立了一个新的模型。 SERS免疫分析