第三章紫外可見吸收光譜法

第三章紫外-可見吸收光譜法

UV-VisUltravioletVisibleAbsorptionSpectrometry第一節(jié)概述紫外一可見吸收光譜法（UV-Vis）：

是利用物質(zhì)的分子或離子對(duì)紫外、可見光區(qū)輻射能的吸收，對(duì)物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的方法。也稱為紫外和可見吸收光度法，包括比色分析法和紫外-可見分光光度法。1.概述紫外可見吸收光譜：分子價(jià)電子能級(jí)躍遷。波長(zhǎng)范圍：10-780nm。(1)遠(yuǎn)紫外光區(qū):10-200nm(真空紫外區(qū))

(2)近紫外光區(qū):200-400nm(3)可見光區(qū):400-780nm2.物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收/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)650-780紅藍(lán)綠3.特點(diǎn)：(1)靈敏度較高，可達(dá)10-4~10-7g/mL；(2)準(zhǔn)確度較高，一般為1%

~5%；(3)儀器價(jià)格較低，操作簡(jiǎn)便、快速；(4)應(yīng)用范圍廣。既能進(jìn)行定量分析，又可進(jìn)行定性分析和結(jié)構(gòu)分析；既可用于無機(jī)物化合物分析，也可用于有機(jī)物化合物分析；還可用于絡(luò)合物組成、酸堿解離常數(shù)的測(cè)定等。第二節(jié)紫外-可見吸收光譜一、有機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜(一)電子躍遷類型有機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜是三種電子躍遷的結(jié)果：σ電子、π電子、n電子。COHnpsH成鍵軌道成鍵軌道非鍵軌道反鍵軌道反鍵軌道四種躍遷類型：

n→π＊

π→π＊

n→σ＊

σ→σ＊

<<<sp

*s*npE分子的電子能級(jí)和躍遷它們的能級(jí)高低為：

σ<π<

n<π*

<σ*1.σ→σ*躍遷：飽和烴（甲烷125nm，乙烷135nm）能量很高，λ<150nm（遠(yuǎn)紫外區(qū)）2.n→σ*躍遷：含雜原子飽和基團(tuán)（-OH，-NH2，-SH,-X等）如：CH3OH183nm,CH3NH2213nm,

（CH3)3N227nm,CH3Cl173nm.

能量較大，λ150～250nm（大多在真空紫外區(qū)）sp

*s*npE3.π→π*躍遷：

不飽和基團(tuán)（-C＝C-，-C≡C-等）能量較小，λ趨于200nm左右例：乙烯λmax為162nm，其

εmax為1.0×104L·mol-1·cm-1。特征:摩爾吸光系數(shù)大(max104),為強(qiáng)吸收帶。4.n→π*躍遷：含雜原子不飽和基團(tuán)（-N＝N-,>C＝O,-N＝O等）能量最小，λ200～

400nm（近紫外區(qū)），譜帶強(qiáng)度弱,max100。例：丙酮λmax為275nm

εmax為22L·mol-1·cm-1（溶劑環(huán)己烷)。sp

*s*npE（二）生色團(tuán)與助色團(tuán)

1、生色團(tuán)：

能吸收紫外-可見光的基團(tuán)。實(shí)際為具有不飽和鍵和未成對(duì)電子的基團(tuán)。

例：>C＝C<；-C≡C-；>C＝O；

-N＝O；-N＝N-常見生色團(tuán)吸收特性如P18表3-2一些常見生色團(tuán)的吸收光譜注：(1).若含有數(shù)個(gè)生色團(tuán)的化合物，它們并不發(fā)生共軛，則生色團(tuán)原有的吸收帶存在，且它們的位置及強(qiáng)度影響不大；當(dāng)出現(xiàn)這些生色團(tuán)共軛時(shí)，則原來生色團(tuán)的吸收帶將消失，在長(zhǎng)波方向出現(xiàn)新的共軛吸收帶，強(qiáng)度也增強(qiáng)。(2).對(duì)于多烯化合物，非共軛體系的最大吸收波長(zhǎng)與單個(gè)烯鍵的基本相同，但摩爾吸光系數(shù)則與烯鍵數(shù)目同步增大。共軛多烯化合物的影響如表3-3.在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。(3)

羰基化合物碳氧雙鍵與烯鍵之間的共軛導(dǎo)致*能級(jí)降低，從而使→*,n→*躍遷吸收峰發(fā)生明顯紅移。

羰基化合物含有C=O基團(tuán)。C=O基團(tuán)主要可產(chǎn)生*、n*、n*三個(gè)吸收帶，n*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)，R帶吸收較弱（εmax<100）醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。254nm處弱吸收帶即B帶由π→π*躍遷和苯環(huán)的振動(dòng)能級(jí)疊加而產(chǎn)生具有精細(xì)結(jié)構(gòu)。(4).芳香族化合物的紫外光譜具有由π→π*躍遷產(chǎn)生的三個(gè)特征吸收譜帶。其很易受苯環(huán)上取代基的強(qiáng)烈影響。184nm處強(qiáng)吸收帶204nm處較強(qiáng)吸收帶化合物分子式溶劑λmax/nmkmax/L·mol-1·cm-1苯C6H62%甲醇2542002047400甲苯C6H5CH32%甲醇2622252087000氯苯C6H5Cl2%甲醇2641902107400碘苯C6H5I2%甲醇2587002077000苯酚C6H5OH2%甲醇27112602136200酚鹽離子C6H5O-2%甲醇28624002359400苯甲酸C6H5COOH2%甲醇27297023011600苯胺C6H5NH22%甲醇28013202308600苯胺鹽離子C6H5NH3+2%甲醇2541692037500表3-4某些苯衍生物的吸收特性2、助色團(tuán)：

本身無紫外吸收，但可以使生色團(tuán)吸收峰加強(qiáng)同時(shí)使吸收峰長(zhǎng)移的基團(tuán)。對(duì)有機(jī)化合物：主要為連有雜原子的飽和基團(tuán)例：-OH，-OR，-NH2，-NR2，-X注：助色團(tuán)至少要有一對(duì)非鍵n電子，才能與苯環(huán)上的π電子相作用，產(chǎn)生助色作用。例：苯胺（助色）——苯胺正離子（助色消失）酚羥基（助色）——酚鹽負(fù)離子（助色增強(qiáng)）(三)溶劑對(duì)吸收光譜的影響1.對(duì)最大吸收波長(zhǎng)的影響

n

p

n>pn

np

n<pn無溶劑效應(yīng)極性溶劑效應(yīng)n

→*躍遷：藍(lán)移；

→*躍遷：紅移；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)*230238237243n

*329315309305無溶劑效應(yīng)極性溶劑效應(yīng)2.對(duì)光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)和吸收強(qiáng)度的影響極性溶劑使精細(xì)結(jié)構(gòu)消失3.溶劑的選擇（1）比較未知物與已知物的吸收光譜時(shí)，必須采用相同的溶劑。（2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑，以便獲得物質(zhì)吸收光譜的特征精細(xì)結(jié)構(gòu)。（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收。二、無機(jī)化合物的吸收光譜金屬配合物的紫外光譜產(chǎn)生機(jī)理主要有三種類型：1.d一d

配位場(chǎng)躍遷必須在配體的配位場(chǎng)作用下才可能產(chǎn)生;一般的規(guī)律：軌道分裂能隨場(chǎng)強(qiáng)增加而增加，吸收峰波長(zhǎng)則發(fā)生紫移。例如：水合銅離子(Ⅱ)是淺藍(lán)色的λmax=794nm，而它的氨絡(luò)合物卻是深藍(lán)色的λmax=663nm。

摩爾吸收系數(shù)ε很小，對(duì)定量分析意義不大。但可用于絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)及無機(jī)絡(luò)合物的鍵合理論研究。2.電荷轉(zhuǎn)移躍遷

電荷轉(zhuǎn)移躍遷：是指絡(luò)合物中配位體和金屬離子之間，一方的電子向主要屬于另一方的軌道的躍遷，所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+(SCN-)]2+h[Fe2+SCN]2+電子給予體電子接受體電荷遷移躍遷吸收光譜的波長(zhǎng)取決于電子給予體的電子親和力。電子的親和力越小，激發(fā)所需能量越低，吸收波長(zhǎng)越長(zhǎng)。；>1043.金屬離子影響下配體的→*

躍遷

顯色劑大多含有生色團(tuán)和助色團(tuán)，與金屬離子配位時(shí)，其共軛結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致吸收光譜發(fā)生紅移或藍(lán)移。例：茜素磺酸鈉

弱酸性－黃色－λmax=420nm

弱堿性－紫紅色－λmax=560nm

pH為4~5時(shí)與Al３＋配位后，為紅色，λmax=475nm，相對(duì)于酸性茜素磺酸鈉吸收峰紅移，相對(duì)于堿性茜素磺酸鈉吸收峰藍(lán)移。

定量分析中，要求絡(luò)合物與配位劑的最大吸收波長(zhǎng)之差大約為60nm以上，有利于提高測(cè)定準(zhǔn)確度。儀器第三節(jié)紫外-可見分光光度計(jì)一、基本部件：鎢燈或鹵鎢燈——可見光源320~2500nm氫燈或氘燈——紫外光源180~375nm(一)光源：光源單色器樣品室檢測(cè)器顯示器(二)單色器：

單色器：從連續(xù)光譜中獲得所需單色光的裝置。主要組成部件：①入射狹縫;

②準(zhǔn)光裝置;③色散元件;④聚焦裝置;⑤出射狹縫。(三)吸收池

玻璃——能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英——不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)要求：匹配性（對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）最常用的吸收池吸光厚度為1cm

棱鏡——對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同色散元件

分出光波長(zhǎng)不等距

光柵——衍射和干涉分出光波長(zhǎng)等距

材質(zhì)為：石英或玻璃3入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫G入射狹縫出射狹縫反射光柵凹面鏡(四)檢測(cè)器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置2.光電倍增管1.光電管銫銻陰極適于220~625nm銀和氯化銫適于600~1200nm紅敏藍(lán)敏共有9個(gè)倍增極放大倍數(shù)：106~107缺點(diǎn)：熱發(fā)射強(qiáng)，因此暗電流大。不得置于強(qiáng)光(如日光)下，否則可永久損壞優(yōu)點(diǎn)：高靈敏度；響應(yīng)快；適于弱光測(cè)定，甚至對(duì)單一光子均可響應(yīng)。K123564AmA負(fù)電壓R1R2R3R4R5R6R(五)信號(hào)顯示器

指針式顯示器——簡(jiǎn)易型分光光度計(jì)

檢流計(jì)、微安表、電位計(jì)

中高檔型分光光度計(jì)

數(shù)字顯示、記錄儀、示波器及數(shù)字微處理機(jī)進(jìn)行儀器自動(dòng)控制和結(jié)果處理。

0.575光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示單波長(zhǎng)單光束分光光度計(jì)(一)單光束分光光度計(jì)

二、分光光度計(jì)的構(gòu)造原理

簡(jiǎn)單，價(jià)廉，適于在給定波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高的穩(wěn)定性。國(guó)產(chǎn)751型、752型、721型、722型、724型、英國(guó)SP-500等型單波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)差值ΔA光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器參比池(二)雙光束分光光度計(jì)

自動(dòng)記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。國(guó)產(chǎn)710型、740型、日立UV-340型等(三)雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)將不同波長(zhǎng)的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過同一吸收池而后到達(dá)檢測(cè)器。產(chǎn)生交流信號(hào)。無需參比池。△=1～2nm。

ΔA=Aλ2-Aλ1=(ελ2-ελ1)bc=Kc

第四節(jié)紫外-可見吸收光譜法的應(yīng)用

一、紫外吸收光譜法在有機(jī)定性分析中的應(yīng)用(一)化合物的鑒定原則：未知化合物吸收光譜的特征吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目、位置（波長(zhǎng)）、強(qiáng)度、相應(yīng)的吸光系數(shù)，與已知化合物吸收光譜進(jìn)行比較。非常一致，認(rèn)為其具有相同生色團(tuán)，推其結(jié)構(gòu)骨架，或認(rèn)為是同一化合物標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)：46000種化合物紫外光譜的標(biāo)準(zhǔn)譜圖有一定局限性，需與紅外、核磁、質(zhì)譜等法相結(jié)合進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定。(二)結(jié)構(gòu)分析紫外—可見吸收光譜中有機(jī)物發(fā)色體系信息分析的一般規(guī)律：(1)若在220～280nm內(nèi)無吸收峰，可推斷化合物不含苯環(huán)、共軛雙鍵、醛基、酮基、溴和碘(飽和脂肪族溴化物在200-210nm有吸收)。⑵若在210～250nm有強(qiáng)吸收峰，則可能含有2個(gè)共軛雙鍵；若在260～350nm內(nèi)有強(qiáng)吸收峰，則說明該有機(jī)物含有3個(gè)或3個(gè)以上共軛雙鍵。(3)若在270～350nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有低強(qiáng)度吸收峰(ε＝10～100

L·mol-1·cm-1),（n→π*

躍遷），則可能含有一個(gè)簡(jiǎn)單非共軛且含有n電子的生色團(tuán)，如羰基。⑷在270～300nm區(qū)域內(nèi)有一個(gè)隨溶劑極性增大而向藍(lán)移的吸收帶，表明有羥基存在。⑸若在2５0～300nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有中等強(qiáng)度的吸收峰則可能含苯環(huán)，假設(shè)有精細(xì)結(jié)構(gòu)的話，可能是苯環(huán)的特征吸收。⑹若該有機(jī)物的吸收峰延伸至可見光區(qū)，則該有機(jī)物可能是長(zhǎng)鏈共軛或稠環(huán)化合物。(7)判斷同分異構(gòu)CH3-C-CH2-CH2-C-CH3OOCH3—CH2—C—C—CH2—CH3OOλmax=270nmλmax=400nm(7)順反異構(gòu)：

順式：λmax=280nm；空間位阻大

不易共軛

反式：λmax=295.5nm；空間位阻小易共軛(8)互變異構(gòu)：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=245nm

二、催化動(dòng)力學(xué)光度法動(dòng)力學(xué)分析法：通過測(cè)量反應(yīng)速率來進(jìn)行定量分析的方法。催化動(dòng)力學(xué)光度法：利用催化劑加快反應(yīng)速率，其催化反應(yīng)速率與催化劑的濃度成比例關(guān)系，以光度法來檢測(cè)催化反應(yīng)速率來實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑的濃度的測(cè)定。催化顯色反應(yīng)

A=kb(cF)t=Kc催t催化褪色反應(yīng)

lgA0/A=K'c催t三、定量分析

依據(jù)：朗伯-比耳定律吸光度：A=bc

透光度：-lgT=bc

靈敏度高：

max：104～105L·mol-1·

cm-1；

本章小結(jié)一.紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生：價(jià)電子躍遷1.有機(jī)物吸收光譜與電子躍遷：躍遷類型；常用術(shù)語(yǔ)；共軛作用及溶劑對(duì)光譜的影響立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)對(duì)光譜的影響；2.金屬配合物的紫外吸收光譜

配位場(chǎng)躍遷:d-d

電荷遷移躍遷二.紫外-可見分光光度計(jì)五大組成部分分光光度計(jì)的類型：優(yōu)缺點(diǎn)三、紫外吸收光譜的應(yīng)用定性、定量的依據(jù)

作業(yè)P30-31:

1.3.5.6.7.81.采用什么方法可以區(qū)別n－π*和π－π*躍遷類型？2.分子能發(fā)生n－σ*躍遷，

λmax為227nm(ε為900)。試問：若在酸中測(cè)量時(shí)，該吸收峰會(huì)怎樣變化？為什么？3.某化合物的為305nm，而為307nm。試問：引起該吸收的是n－π*還是π－π*躍遷？答案:為π－π*躍遷引起的吸收帶。答案:n－σ*躍遷產(chǎn)生的吸收峰消失。答案:溶劑效應(yīng)練習(xí)4.試比較下列各化合物最大吸收峰的波長(zhǎng)大小并說明理由。

答案:d>c>a>b。(a)

(b)

(c)

(d)

答案:1,3,5－己三烯>1,3－丁二烯>乙烯。5.

排出下列化合物的及的順序：乙烯、1,3,5－己三烯、1,3－丁二烯。6.

紫羅蘭酮有兩種異構(gòu)體，α異構(gòu)體的吸收峰在228nm(ε＝14000)，β異構(gòu)體吸收峰在296nm(ε＝11000)。試指出這兩種異構(gòu)體分別屬于下面的哪一種結(jié)構(gòu)。(Ⅰ)

答案:I為β，II為α。(Ⅱ)7.已知亞異丙基丙酮(CH3)2C=CH－COCH3在各種溶劑中近紫外光譜特征下：溶劑環(huán)己烷乙醇甲醇水λmax/nm335320312300εmax256363112試問：該吸收帶是由哪一電子躍遷類型產(chǎn)生的？

n-π*8.下列化合物中，在近紫外光區(qū)中有兩個(gè)吸收帶的物質(zhì)是哪個(gè)？A.丙烯；B.丙烯醛；C.1，3－丁二烯；D.丁烯。9.丙酮的紫外－可見吸收光譜中，對(duì)于吸收波長(zhǎng)最大的那個(gè)吸收峰，在下列四種溶劑中吸收波