紫外可見吸收光譜

紫外可見吸收光譜第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一一．分子吸收光譜的產(chǎn)生——由能級間的躍遷引起分子光譜：帶光譜§8-1

概述第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,主要有:紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析?？梢娢展庾V：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750nm

，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m,主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。二、分子吸收光譜的分類第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一按分析方法分：比色法（目視比色，光電比色），分光光度法光的互補(bǔ)：藍(lán)黃目視比色:

眼睛光電比色:

濾光片光電檢測器分光光度法：單色器光電檢測器第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一§8-2

基本原理

1.吸收曲線第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一吸收曲線的討論：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(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax②不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似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。第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一③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。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。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。⑤在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一二、光的吸收定律

1.朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。A∝c

二者的結(jié)合稱為朗伯—比耳定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

A＝－lgT

＝－lg（It/I0)=εbc

第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一2.摩爾吸光系數(shù)ε

A＝-lgT

＝εbc

⑴吸光物質(zhì)的特征常數(shù)ε(λ)；在最大吸收波長λmax處，常以εmax表示。⑵在溫度和介質(zhì)條件一定時，ε僅與吸光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有關(guān)，可作為定性鑒定的參數(shù)；⑶不隨濃度c和光程長度b的改變而改變：ε＝bc/A。第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一⑷吸光能力與測定靈敏度的度量；εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，測定的靈敏度越高。

ε>105：超高靈敏；C=A/εb=0.01/105=10-7mol/L

ε=104

：高靈敏；C=A/εb=0.01/5×104=2×10-7mol/Lε<104

：不靈敏。C=A/εb=0.01/104=10-6mol/L⑸ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一3、偏離Beer定律的因素（1）光學(xué)因素（2）化學(xué)因素A＝-lgT

＝εbc

第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（1）光學(xué)因素

①．非單色光的影響：Beer定律應(yīng)用的重要前提——入射光為單色光

照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后并非真正單色光選λmax作為測定波長第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一②．雜散光的影響：

雜散光來源：儀器本身缺陷；光學(xué)元件污染造成。雜散光可使吸收光譜變形，吸光度變值。③．反射光和散色光的影響：反射光和散色光均是入射光譜帶寬度內(nèi)的光。散射和反射使T↓，A↑，吸收光譜變形。注：一般可用空白對比校正消除。④．非平行光的影響：使光程↑，A↑，吸收光譜變形。第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一（2）化學(xué)性因素朗伯—比耳定律只適用于稀溶液朗—比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用；假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)時才基本符合。當(dāng)溶液濃度c>10－2mol/L時，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。

第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一一、電子躍遷的類型

有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜，是其分子中外層價(jià)電子躍遷的結(jié)果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相對應(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。§8-3紫外—可見吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

當(dāng)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?yàn)椋簄→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一⑴σ→σ＊躍遷

所需能量最大，σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)(吸收波長λ<200nm，只能被真空紫外分光光度計(jì)檢測到)。如甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*躍遷的λmax分別為173nm、183nm和227nm。⑵n→σ＊躍遷第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

⑶π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，摩爾吸光系數(shù)εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強(qiáng)吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類均可發(fā)生該類躍遷。如乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，εmax為1×104L·mol－1·cm－1。第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

需能量最低，吸收波長λ>200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10～100L·mol－1·cm－1，吸收譜帶強(qiáng)度較弱。分子中孤對電子和π鍵同時存在時發(fā)生n→π＊躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λmax為275nmεmax為22L·mol－1·cm－1（溶劑環(huán)己烷)。⑷n→π＊躍遷第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一二.生色團(tuán)與助色團(tuán)生色團(tuán)：最有用的紫外光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機(jī)物分子中含有不飽和基團(tuán)。這類含有π鍵的不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán)。簡單的生色團(tuán)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(tuán)：有一些含有n電子的基團(tuán)(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時，就會發(fā)生n—π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強(qiáng)度增加)，這樣的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一紅移與藍(lán)移

有機(jī)化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強(qiáng)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(lán)移(或紫移)。吸收強(qiáng)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(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一三、吸收帶類型和影響因素1．R帶：由含雜原子的不飽和基團(tuán)的n→π*躍遷產(chǎn)生C＝O；C＝N；—N＝N—λmax250~400nm，εmax<100溶劑極性↑，λmax↓→藍(lán)移（短移）2．K帶：由共軛雙鍵的π→π*躍遷產(chǎn)生(—CH＝CH—)n，—CH＝C—CO—λmax>200nm，εmax>104共軛體系增長，λmax↑→紅移，εmax↑溶劑極性↑，對于—(—CH＝CH—)n—λmax不變對于—CH＝C—CO—λmax↑→紅移第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一3．B帶：由π→π*躍遷產(chǎn)生芳香族化合物的主要特征吸收帶λmax=254nm，寬帶，具有精細(xì)結(jié)構(gòu)；εmax=200極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細(xì)結(jié)構(gòu)消失4．E帶：由苯環(huán)環(huán)形共軛系統(tǒng)的π→π*躍遷產(chǎn)生芳香族化合物的特征吸收帶E1180nmεmax>104

（常觀察不到）E2200nmεmax=7000強(qiáng)吸收苯環(huán)有發(fā)色團(tuán)取代且與苯環(huán)共軛時，E2帶與K帶合并一起紅移（長移）第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一四.有機(jī)化合物紫外-可見吸收光譜1.飽和烴及其取代衍生物飽和烴類分子中只含有鍵，因此只能產(chǎn)生*躍遷，即電子從成鍵軌道（）躍遷到反鍵軌道（*）。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見分光光度計(jì)的測量范圍。第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n*

的躍遷。n*的能量低于*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。這些數(shù)據(jù)不僅說明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團(tuán)的助色作用。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實(shí)用價(jià)值不大。但是它們是測定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

2.不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和*兩種躍遷。*躍遷的能量小于*躍遷。例如，在乙烯分子中，*躍遷最大吸收波長為180nm

在不飽和烴類分子中，當(dāng)有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統(tǒng)的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一3.羰基化合物

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*三個吸收帶，n*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。

羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n*吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對的助色團(tuán)，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n共軛，導(dǎo)致*軌道的能級有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級，因此實(shí)現(xiàn)n*

躍遷所需的能量變大，使n*吸收帶藍(lán)移至210nm左右。

第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一4.苯及其衍生物

苯有三個吸收帶，它們都是由*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（MAX=60，000）；

E2帶出現(xiàn)在204nm（MAX=8，000）；B帶出現(xiàn)在255nm（MAX=200）。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。當(dāng)苯環(huán)上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

5.稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物

稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長紅移越多，吸收強(qiáng)度也相應(yīng)增加。當(dāng)芳環(huán)上的-CH基團(tuán)被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n*吸收帶。第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

§8-4紫外分光光度計(jì)第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一一、基本組成光源單色器樣品室檢測器顯示第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一1.光源

在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命?？梢姽鈪^(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

2.單色器①入射狹縫：②準(zhǔn)光裝置：③色散元件：棱鏡或光柵；④聚焦裝置：⑤出射狹縫。將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一3.樣品室4.檢測器利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)

檢流計(jì)、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動控制和結(jié)果處理。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一二、分光光度計(jì)的類型1.單光束：簡單，價(jià)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。2.雙光束：自動記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(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(jià)格較高。第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一第三十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一

3.雙波長：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(dá)檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池?！?1～2nm。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。第四十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期一§8-5應(yīng)用（測量條件的選擇）1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL一般應(yīng)該選擇λmax