第3章 紫外可見分光光度法

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第3章紫外可見分光光度法

第三章

紫外-可見分光光度法UV-VisibleSpectrometry

2023/2/13

山東師范大學人資環(huán)學院

邴建生

第3章紫外可見分光光度法

目錄3-1基本原理3-3-2顯色反應條件的選擇3-1-1紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生3-3-3共存離子干擾的消除3-1-2有機物吸收光譜與電子躍遷3-3-4測定條件的選擇3-1-3金屬協(xié)同物的紫外—可見3-3-5提高光度測定靈敏度和吸收光譜選擇性的途徑3-1-4光的吸收定律3-4定性分析3-2紫外-可見分光光度計3-4-1定性方法3-2-1基本組成3-4-2有機化合物結(jié)構(gòu)解析3-2-2分光光度計的類型3-2-3作為HPLC檢測器3-5定量分析3-5-1普通分光光度法(參見HPLC有關(guān)章節(jié))3-5-2示差分光光度法3-3顯色與測量條件的選擇3-5-3雙波長分光光度法3-3-1顯色反應的選擇3-5-4導數(shù)分光光度法

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3-1基本原理3-1-1紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生

1.概述紫外吸收光譜：分子價電子能級躍遷。波長范圍：100-800nm.(1)遠紫外光區(qū):100-200nm

(2)近紫外光區(qū):200-400nm(3)可見光區(qū):400-800nm可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。電子躍遷的同時，伴隨著振動轉(zhuǎn)動能級的躍遷;帶狀光譜。2023/2/13山東師范大學人資環(huán)學院

e

1

423300λ350400nm

250

邴建生

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2.物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線

M+h

M*

M+熱M+熒光或磷光

基態(tài)激發(fā)態(tài)E1(△E)E2E=E2-E1=h量子化；選擇性吸收;分子結(jié)構(gòu)的繁雜性使其對不同波長光的吸收程度不同；用不同波長的單色光照射，測吸光

度—吸收曲線與最大吸收波長max;

光的互補：藍黃

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(1)同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax(2)不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相像λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。(3)吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。也是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。(4)不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異在λmax處吸光度A的差異最大所以測定最靈敏。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。

2023/2/13

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邴建生

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3.紫外—可見分子吸收光譜與電子躍遷

物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式：(1)電子相對于原子核的運動(2)原子核在其平衡位置附近的相對振動(3)分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動

分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動能量Ev、轉(zhuǎn)動能量Er即E=Ee+Ev+ErΔΕeΔΕvΔΕr

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能級躍遷

紫外-可見光譜屬于電子躍遷光譜。電子能級間躍遷的同時總伴隨有振動和轉(zhuǎn)

動能級間的躍遷。即電子光譜中總包

含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而浮現(xiàn)寬譜帶。2023/2/13山東師范大學人資環(huán)學院邴建生7

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(1)轉(zhuǎn)動能級間的能量差ΔEr:0.005~0.050eV,躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠紅外區(qū)。遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；(2)振動能級的能量差ΔEv約為：0.05~1eV,躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜；(3)電子能級的能量差ΔEe較大1~20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜(4)吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，是物質(zhì)定性的依據(jù)。(5)吸收譜帶強度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關(guān)，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。尋常將在最大吸收波優(yōu)點測得的摩爾吸光系數(shù)εmax也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的λmax有時可能一致，但εmax不一定一致；(6)吸收譜帶強度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，定量分析的依據(jù)。

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1.紫外—可見吸收光譜

3-1-2有機物吸收光譜與電子躍遷

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。s*

pEps分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。當外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序為：

s

H

CH

O

n

KE,B

R

p*

n

n→π*π→π*n→σ2023/2/13

*

σ→σ邴建生

*9

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生色團與助色團

生色團：最有用的紫外—可見光譜是由π→π*和n→π*躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機物分子中含有不飽和基團。這類含有π鍵的不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N=N—、乙炔基、腈基—C三N等。助色團：有一些含有n電子的基團(如—OH、—OR、—NH2、—NHR、—X等),它們本身沒有生色功能(不能吸收λ200nm的光),但當它們與生色團相連時，就會發(fā)生n—π共軛作用，增強生色團的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強度增加),這樣的基團稱為助色團。山東師范大學人資環(huán)學院邴建生10

2023/2/13

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紅移與藍移

有機化合物的吸收譜帶

往往因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強度發(fā)生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移(或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應

或減色效應，如下圖。2023/2/13山東師范大學人資環(huán)學院邴建生11

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2.

σ→σ*躍遷所需能

量最大；σ電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)；吸收波長λ200nm;

生躍遷；

例：甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。

只能被真空紫外分光光度計檢測到；作為溶劑使用；

s*KE,BR

E

p*

n

ps

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3.n→σ*躍遷

所需能量較大。吸收波長為150~250nm,大部分在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀測到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均浮現(xiàn)n→σ*躍遷?；衔颒2OCH3OHCH3CLCH3ICH3NH22023/2/13

max(nm)167184173258215山東師范大學人資環(huán)學院邴建生

emax148015020036560013

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4.p→p*躍遷

所需能量較小，吸收波優(yōu)點于遠紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，εmax一般在104Lmol-1cm-1以上，屬于強吸收。(1)不飽和烴π→π*躍遷乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm,εmax為:意思)

1104

Lmol-1cm-1。K帶——共軛非封閉體系的pp*躍遷(共軛的C=CHcHcH

發(fā)色基團，但pp*200nm。H

max=162nm助色基團取代p-NR240(nm)-OR30(nm)-Cl

p(K帶)發(fā)生紅移。CH35(nm)5(nm)

取代基

-SR

紅移距離45(nm)

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(2)共軛烯烴中的p→p*

p(HOMO

p*max

p*165nmp

p*217nmpp

p*p

LVMO)

共軛烯烴(不多于四個雙鍵)pp*躍遷吸收峰位置可由伍德

沃德——菲澤規(guī)則估算。

max=基+nii

基是由非環(huán)或六環(huán)共軛二烯母體決定的基準值；無環(huán)、非稠環(huán)二烯母體：max=217nm

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異環(huán)(稠環(huán))二烯母體：同環(huán)(非稠環(huán)或稠環(huán))二烯母體：

max=214nm

max=253nmniI:由雙鍵上取代基種類和個數(shù)決定的校正項(1)每增加一個共軛雙鍵+30(2)環(huán)外雙鍵(3)雙鍵上取代基：酰基(-OCOR)烷基(-R)0+5鹵素(-Cl,-Br)烷氧基(-OR)+5+6+5

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①Y=H,Rn→s*180-190nmp→p*150-160nmn→p*275-295nm②Y=-NH2,-OH,-OR等助色基團K帶紅移，R帶蘭移；R帶max=205nm;e10-100

(3)羰基化合物共軛烯烴中的p→p*RCOY

p*Kpp*p*p*

p*

R

K

Rnp

p*

③不飽和醛酮K帶紅移：165250nmR帶蘭移：290310nm

165nmp

n

ppcOc

npO

cc

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(4)芳香烴及其雜環(huán)化合物

苯：E1帶180184nm;e=47000E2帶200204nm

e=7000

苯環(huán)上三個共扼雙鍵的p→p*躍遷特征吸收帶；B帶230-270nm

e=200苯甲苯間二甲苯

p→p*與苯環(huán)振動引起；

max(nm)254261263

emax200300300

含取代基時，B帶簡化，紅移。2023/2/13

1,3,5-三甲苯六甲苯

266272

30530018

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乙酰苯紫外光譜圖

羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：K帶強；苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B