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)的分子或離子對紫外、可見光區(qū)輻射能的吸收，對物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)進行分析的方法。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：分子價電子能級躍遷。波長范圍：10-780nm。(1)遠紫外光區(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)對光的選擇性吸收/nm顏色互補光400-450紫黃綠450-480藍黃480-490綠藍橙490-500藍綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍610-650橙綠藍650-780紅藍綠3.特點：(1)靈敏度較高，可達10-4~10-7g/mL；(2)準確度較高，一般為1%

~5%；(3)儀器價格較低，操作簡便、快速；(4)應(yīng)用范圍廣。既能進行定量分析，又可進行定性分析和結(jié)構(gòu)分析；既可用于無機物化合物分析，也可用于有機物化合物分析；還可用于絡(luò)合物組成、酸堿解離常數(shù)的測定等。第二節(jié)紫外-可見吸收光譜一、有機化合物的紫外-可見吸收光譜(一)電子躍遷類型有機化合物的紫外-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分子的電子能級和躍遷它們的能級高低為：

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（遠紫外區(qū)）2.n→σ*躍遷：含雜原子飽和基團（-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（-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),為強吸收帶。4.n→π*躍遷：含雜原子不飽和基團（-N＝N-,>C＝O,-N＝O等）能量最小，λ200～

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

εmax為22L·mol-1·cm-1（溶劑環(huán)己烷)。sp

*s*npE（二）生色團與助色團

1、生色團：

能吸收紫外-可見光的基團。實際為具有不飽和鍵和未成對電子的基團。

例：>C＝C<；-C≡C-；>C＝O；

-N＝O；-N＝N-常見生色團吸收特性如P18表3-2一些常見生色團的吸收光譜注：(1).若含有數(shù)個生色團的化合物，它們并不發(fā)生共軛，則生色團原有的吸收帶存在，且它們的位置及強度影響不大；當(dāng)出現(xiàn)這些生色團共軛時，則原來生色團的吸收帶將消失，在長波方向出現(xiàn)新的共軛吸收帶，強度也增強。(2).對于多烯化合物，非共軛體系的最大吸收波長與單個烯鍵的基本相同，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。C=O基團主要可產(chǎn)生*、n*、n*三個吸收帶，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)的振動能級疊加而產(chǎn)生具有精細結(jié)構(gòu)。(4).芳香族化合物的紫外光譜具有由π→π*躍遷產(chǎn)生的三個特征吸收譜帶。其很易受苯環(huán)上取代基的強烈影響。184nm處強吸收帶204nm處較強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：

本身無紫外吸收，但可以使生色團吸收峰加強同時使吸收峰長移的基團。對有機化合物：主要為連有雜原子的飽和基團例：-OH，-OR，-NH2，-NR2，-X注：助色團至少要有一對非鍵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）——酚鹽負離子（助色增強）(三)溶劑對吸收光譜的影響1.對最大吸收波長的影響

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.對光譜精細結(jié)構(gòu)和吸收強度的影響極性溶劑使精細結(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，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、無機化合物的吸收光譜金屬配合物的紫外光譜產(chǎn)生機理主要有三種類型：1.d一d

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

摩爾吸收系數(shù)ε很小，對定量分析意義不大。但可用于絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)及無機絡(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，吸收波長越長。；>1043.金屬離子影響下配體的→*

躍遷

顯色劑大多含有生色團和助色團，與金屬離子配位時，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時與Al３＋配位后，為紅色，λmax=475nm，相對于酸性茜素磺酸鈉吸收峰紅移，相對于堿性茜素磺酸鈉吸收峰藍移。

定量分析中，要求絡(luò)合物與配位劑的最大吸收波長之差大約為60nm以上，有利于提高測定準確度。儀器第三節(jié)紫外-可見分光光度計一、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——對不同波長的光折射率不同色散元件

分出光波長不等距

光柵——衍射和干涉分出光波長等距

材質(zhì)為：石英或玻璃3入射狹縫準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)檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b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紅敏藍敏共有9個倍增極放大倍數(shù)：106~107缺點：熱發(fā)射強，因此暗電流大。不得置于強光(如日光)下，否則可永久損壞優(yōu)點：高靈敏度；響應(yīng)快；適于弱光測定，甚至對單一光子均可響應(yīng)。K123564AmA負電壓R1R2R3R4R5R6R(五)信號顯示器

指針式顯示器——簡易型分光光度計

檢流計、微安表、電位計

中高檔型分光光度計

數(shù)字顯示、記錄儀、示波器及數(shù)字微處理機進行儀器自動控制和結(jié)果處理。

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

二、分光光度計的構(gòu)造原理

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

自動記錄，快速全波段掃描。可消除光源不穩(wěn)定、檢測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，價格較高。國產(chǎn)710型、740型、日立UV-340型等(三)雙波長分光光度計將不同波長的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過同一吸收池而后到達檢測器。產(chǎn)生交流信號。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）、強度、相應(yīng)的吸光系數(shù)，與已知化合物吸收光譜進行比較。非常一致，認為其具有相同生色團，推其結(jié)構(gòu)骨架，或認為是同一化合物標準譜圖庫：46000種化合物紫外光譜的標準譜圖有一定局限性，需與紅外、核磁、質(zhì)譜等法相結(jié)合進行準確鑒定。(二)結(jié)構(gòu)分析紫外—可見吸收光譜中有機物發(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有強吸收峰，則可能含有2個共軛雙鍵；若在260～350nm內(nèi)有強吸收峰，則說明該有機物含有3個或3個以上共軛雙鍵。(3)若在270～350nm波長范圍內(nèi)有低強度吸收峰(ε＝10～100

L·mol-1·cm-1),（n→π*

躍遷），則可能含有一個簡單非共軛且含有n電子的生色團，如羰基。⑷在270～300nm區(qū)域內(nèi)有一個隨溶劑極性增大而向藍移的吸收帶，表明有羥基存在。⑸若在2５0～300nm波長范圍內(nèi)有中等強度的吸收峰則可能含苯環(huán)，假設(shè)有精細結(jié)構(gòu)的話，可能是苯環(huán)的特征吸收。⑹若該有機物的吸收峰延伸至可見光區(qū)，則該有機物可能是長鏈共軛或稠環(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、催化動力學(xué)光度法動力學(xué)分析法：通過測量反應(yīng)速率來進行定量分析的方法。催化動力學(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，以光度法來檢測催化反應(yīng)速率來實現(xiàn)對催化劑的濃度的測定。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：價電子躍遷1.有機物吸收光譜與電子躍遷：躍遷類型；常用術(shù)語；共軛作用及溶劑對光譜的影響立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)對光譜的影響；2.金屬配合物的紫外吸收光譜

配位場躍遷:d-d

電荷遷移躍遷二.紫外-可見分光光度計五大組成部分分光光度計的類型：優(yōu)缺點三、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：若在酸中測量時，該吸收峰會怎樣變化？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)中有兩個吸收帶的物質(zhì)是哪個？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，對于吸收波長最大的那個吸收峰，在下列四種溶劑中吸收波