第三章 紫外-可見(jiàn)光譜法

第三章紫外-可見(jiàn)光譜法湖南中醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校藥學(xué)系藥物化學(xué)教研室蔣梅香紫外-可見(jiàn)分光光度法理論基礎(chǔ)1紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)2實(shí)用分析技術(shù)3主要內(nèi)容理論基礎(chǔ)1什么是紫外-可見(jiàn)分光光度法？通過(guò)被測(cè)物質(zhì)在紫外光區(qū)或可見(jiàn)光區(qū)的特定波長(zhǎng)處或一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光程度，對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法。光的基本性質(zhì)1電磁輻射有什么特性？波動(dòng)性粒子性σE光的折射光的反射光的偏振光的散射光電效應(yīng)光的波粒二象性

結(jié)論:一定波長(zhǎng)的光具有一定的能量，波長(zhǎng)λ越長(zhǎng)(頻率υ越低)，光子的能量E越低。

波粒二象性

從射線到無(wú)線電波都是電磁輻射，它們?cè)谛再|(zhì)上是相同的，僅僅是波長(zhǎng)或頻率不同，即能量不同。

光的基本性質(zhì)1電磁波譜：把電磁輻射按波長(zhǎng)或頻率的順序排列起來(lái)。波長(zhǎng)射線x射線紫外光紅外光微波無(wú)線電波10-3nm10nm400

nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見(jiàn)光400～760nm0.1nm～10nm~760nm~0.1cm0.1cm～1m1m～1000m10nm~200nm200~400nm遠(yuǎn)紫外近紫外（真空紫外）0.76~2.5μm2.5~50μm近紅外中紅外50~1000μmm遠(yuǎn)紅外光的基本性質(zhì)1單色光復(fù)合光單一波長(zhǎng)的光由不同波長(zhǎng)的光組合而成的光白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)互補(bǔ)色可見(jiàn)光/nm顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-760紅藍(lán)綠不同顏色的可見(jiàn)光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光藍(lán)黃紫紅綠紫黃綠綠藍(lán)橙紅藍(lán)綠非光譜法不以光的波長(zhǎng)為特征訊號(hào)例如折射法，濁度法，旋光法光譜法光學(xué)分析法在光（或其它能量）的作用下，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行分析的方法。分為：吸收光譜法，發(fā)射光譜法根據(jù)物質(zhì)與輻射能間作用的性質(zhì)不同，光學(xué)分析法又分為光譜法和非光譜法。M+熱M+熒光或磷光M+

h

M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E0

（△E）Ei物質(zhì)對(duì)光的吸收滿足Plank條件物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長(zhǎng)也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收基礎(chǔ)。物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收價(jià)電子：σ電子→飽和的單鍵

π電子→不飽和的雙鍵

n電子→非鍵電子紫外-可見(jiàn)吸收光譜法是分子中的價(jià)電子吸收一定波長(zhǎng)的光在不同的分子軌道之間躍遷而產(chǎn)生。定性基本原理有機(jī)化合物的紫外—可見(jiàn)吸收光譜，是其分子中外層價(jià)電子躍遷的結(jié)果：分子軌道理論：一個(gè)成鍵軌道必定有一個(gè)相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。紫外-可見(jiàn)光范圍內(nèi)，躍遷類型有σ→σ*、n→σ*、π→π*、n→π*

等,引起這些電子躍遷所需能量大小的順序?yàn)椋害摇?

＞n→σ*

＞π→π*

＞n→π*σπnπ*σ*n→σ*π→π*n→π*⊿Eσ→σ*

分子中價(jià)電子能級(jí)及躍遷示意圖反鍵反鍵非鍵成鍵成鍵特點(diǎn)：ΔE很高，λ<150nm遠(yuǎn)紫外弱吸收，e100飽和烴（甲烷，乙烷λ=135nm）1.σ→σ*

躍遷紫外吸收光譜分析中常用作溶劑，不干擾其他物質(zhì)的紫外吸收光譜測(cè)定。特點(diǎn)：能量較低，集中在200nm左右。強(qiáng)吸收，一般吸光系數(shù)e10000不飽和基團(tuán)（—C＝C—，—C＝O）2.π→π*

躍遷共軛體系增加，吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，且吸光系數(shù)增大。共軛雙鍵數(shù)越多，趨勢(shì)越明顯。特點(diǎn)：能量低，300nm左右。弱吸收，e100

含雜原子不飽和基團(tuán)（—C≡N，C＝O）

3.n→π*躍遷例如，丙酮在具有π→π*躍遷的強(qiáng)吸收外,279nm處還有n→π*躍遷的弱吸收(ε=10~30)。特點(diǎn)：

ΔE較高，λ200nm左右弱吸收，e<100

含未共用電子對(duì)的飽和基團(tuán)（—OH，—NH2，鹵代烴等

）

4.n→σ*

躍遷含未共用電子對(duì)的飽和基團(tuán)，λ≈200nm，弱吸收

4.n→σ*

躍遷

3.n→π*躍遷含雜原子不飽和基團(tuán),λ：300nm，弱吸收2.π→π*

躍遷不飽和基團(tuán),λ≈200nm強(qiáng)吸收1.σ→σ*

躍遷飽和烴，λ<150nm

躍遷類型有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*四種，其相對(duì)能量大小次序?yàn)椋?/p>

σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*

有機(jī)物最有用的吸收光譜是基于

n→π*和π→π*躍遷而產(chǎn)生的。當(dāng)一束平行單色光，通過(guò)一均勻的溶液后，光的強(qiáng)度會(huì)減弱。I0=Ia+It入射光強(qiáng)度吸收光強(qiáng)度透過(guò)光強(qiáng)度二、光的吸收定律1、透光率(T)和吸光率(A)透光率(T)透光率定義:T取值為0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光強(qiáng)度

I0透射光強(qiáng)度It一束平行單色光光的吸收定律吸光度A吸光度1、吸光度與透光率成反比。2、吸光度具有加和性。在同一波長(zhǎng)下，各組分吸光度具有加和性，A=A1+A2++An二、光的吸收定律2、Lambert-Beer定律K--吸光系數(shù)L--吸光液層的厚度(光程)，cmC--吸光物質(zhì)的濃度，g/100ml,mol/L當(dāng)一束平行單色光通過(guò)均勻、透明的含有吸光介質(zhì)的稀溶液時(shí)，其吸光度與吸光溶液的濃度和吸光液層厚度的乘積成正比.化學(xué)因素：吸光物質(zhì)不穩(wěn)定,濃度太大光學(xué)因素：非單色光，反射光，散射光，非平行光儀器因素偏離Beer定律的因素偏離Beer定律的因素二、光的吸收定律2、Lambert-Beer定律c：mol/Lc：g/100mLK

K

百分吸光系數(shù),100mL·g-1·cm-1吸光系數(shù)(K)入射光波長(zhǎng)溫度與濃度無(wú)關(guān),取值與濃度的單位相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)摩爾吸光系數(shù)，L·mol–1·cm-1二、光的吸收定律

物質(zhì)對(duì)光的吸收特征，可用吸收曲線來(lái)描述。以波長(zhǎng)λ為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)作圖，得到的A—λ曲線即為紫外-可見(jiàn)吸收光譜(或紫外-可見(jiàn)吸收曲線)。三、紫外-可見(jiàn)吸收光譜1.吸收光譜

吸收峰：曲線上吸光度最大的地方；最大吸收波長(zhǎng)(λmax)

：

最大吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；肩峰：最大吸收峰旁邊的一個(gè)小的曲折；次峰：低于高吸收峰的峰；波谷：峰與峰之間吸光度最小的部位，即曲線中的低谷；最小吸收波長(zhǎng)(λmin)：波谷所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；末端吸收：只在圖譜短波端呈現(xiàn)強(qiáng)吸收而不成峰形的部分。三、紫外-可見(jiàn)吸收光譜生色團(tuán)有機(jī)化合物分子中，含有n→π*或π→π*躍遷的基團(tuán)，即在紫外-可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)產(chǎn)生吸收的原子團(tuán)。

如＞C＝C＜、＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、

—N＝O

等，能夠產(chǎn)生n→π*

或π→π*

躍遷。含有非鍵電子對(duì)的雜原子飽和基團(tuán),它們是能與生色團(tuán)或飽和烴相連，使它們的吸收峰（λmax）向長(zhǎng)波段移動(dòng)并使吸收強(qiáng)度增加的基團(tuán)，稱為助色團(tuán)。

—OH、—NH2、—SH、—OR、—I、—Br、—Cl

助色團(tuán)受基團(tuán)、溶劑、酸度等影響，使化合物的吸收峰(λmax)

向長(zhǎng)波段移動(dòng)的效應(yīng)稱為紅移或稱長(zhǎng)移。常常伴隨有摩爾吸收系數(shù)(εmax)值增加的增色效應(yīng)。εmax>104為強(qiáng)帶

紅移與藍(lán)移

紅移與藍(lán)移反之，受基團(tuán)、溶劑、酸度等影響，使化合物的吸收峰（λmax）向短波段移動(dòng)的效應(yīng)稱為藍(lán)移，或稱短移。常常伴隨有摩爾吸光系數(shù)(εmax)值降低的減色效應(yīng)。εmax<102為弱帶。

紫外可見(jiàn)吸收光譜主要取決于分子中價(jià)電子的能級(jí)躍遷，但分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境都會(huì)對(duì)紫外可見(jiàn)吸收光譜產(chǎn)生影響。1、溶劑效應(yīng)2、體系的pH影響3、溫度的影響2、影響吸收光譜的因素三、紫外-可見(jiàn)吸收光譜1.溶劑的影響

溶劑的極性強(qiáng)弱能影響紫外-可見(jiàn)吸收光譜的吸收峰波長(zhǎng)、吸收強(qiáng)度及形狀。如改變?nèi)軇┑臉O性，會(huì)使吸收峰波長(zhǎng)發(fā)生變化。異丙叉丙酮的溶劑效應(yīng)吸收帶

正己烷

氯仿

甲醇

水

遷移方向

π→π*

230nm238nm237nm243nm向長(zhǎng)波移動(dòng)

n→π*

329nm315nm305nm305nm向短波移動(dòng)

在溶劑能夠