紫外可見(jiàn)吸收光譜法

1、第三章 紫外-可見(jiàn)吸收光譜法2022-2-2紫外-可見(jiàn)吸收光譜法是利用某些物質(zhì)的分子吸收200800nm光譜區(qū)的輻射來(lái)進(jìn)行分析測(cè)定的方法。這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價(jià)電子和分子軌道上的電子在電子能級(jí)間的躍遷，廣泛用于有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定。包括比色法和紫外-可見(jiàn)光分光光度法概述0:55:11波長(zhǎng)范圍：100 800 nm。遠(yuǎn)紫外區(qū)： 100 200 nm；近紫外區(qū)： 200 400 nm；可見(jiàn)光區(qū)： 400 800 nm。 紫外吸收光譜：價(jià)電子能級(jí)躍遷。結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。 電子躍遷同時(shí)，伴有振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，帶狀光譜。 最大吸收峰的波長(zhǎng)max和相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)max反映了構(gòu)成有機(jī)分子

2、部分結(jié)構(gòu)的發(fā)射團(tuán)的特征。 紫外-可見(jiàn)吸收光譜的產(chǎn)生 0:55:11M + 熱M + 熒光或磷光E = E2 - E1 = h量子化 ；選擇性吸收；吸收曲線與最大吸收波長(zhǎng)表征參數(shù)： max； maxmaxM + h M *基態(tài)基態(tài) 激發(fā)激發(fā)態(tài)態(tài)E1 （E） E2 不同分子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，E及所吸收光的波長(zhǎng)不同。 由、 分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系結(jié)構(gòu)鑒定。 250 300 350 400nm1234電子躍遷與分子吸收光譜0:55:12物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動(dòng)形式： （1）電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)。 （2）原子核在其平衡位置附近的相對(duì)振動(dòng)。 （3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。分子有三種不同能級(jí)：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)

3、動(dòng)能級(jí)三種能級(jí)都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee 、振動(dòng)能量Ev 、轉(zhuǎn)動(dòng)能量Er 即: EEe+Ev+Er evr 電子的能級(jí)躍遷0:55:12 分子軌道理論：分子中電子軌道有成鍵軌道和 *反鍵軌道， 成鍵軌道和 *反鍵軌道和n未成鍵軌道能量高低： n * *基態(tài)時(shí)成鍵電子占據(jù)成鍵軌道，未成鍵孤對(duì)電子占據(jù)非鍵軌道分子吸收紫外或可見(jiàn)光輻射后，電子就由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的反鍵軌道電子能級(jí)間躍遷的同時(shí)，總伴隨有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷，即電子光譜中總包含有振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。電子躍遷和吸收帶類(lèi)型0:55:12 有機(jī)化合物的紫外-可見(jiàn)吸收光譜是三種

4、電子、四種躍遷的結(jié)果：電子、電子、電子、電子、n電子電子。分子軌道理論分子軌道理論：成鍵軌道反鍵軌道，非鍵軌道。 當(dāng)外層電子吸收紫外或可見(jiàn)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，四種躍遷，所需能量能量大小順大小順序序?yàn)椋簄 n s sp p *s s *RKE,Bnp p ECOHnp ps sH1.躍遷0:55:12 所需能量最大，所需能量最大，電子只有吸收遠(yuǎn)紫外線的能量電子只有吸收遠(yuǎn)紫外線的能量才能發(fā)生躍遷。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)。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(zhǎng)吸收波長(zhǎng) 200 nm。例：甲烷例：甲烷max為為125 nm

5、, 乙烷乙烷max為為135 nm， 環(huán)丙烷（飽和烴中最長(zhǎng)）環(huán)丙烷（飽和烴中最長(zhǎng)） max為為190 nm。 在近紫外沒(méi)有飽和碳?xì)浠衔锏墓庾V，需真空在近紫外沒(méi)有飽和碳?xì)浠衔锏墓庾V，需真空紫外分光光度計(jì)檢測(cè)；可作為溶劑使用。紫外分光光度計(jì)檢測(cè)；可作為溶劑使用。2.n躍遷0:55:12 所需能量較大,但比小。 吸收波長(zhǎng)為150250 nm，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* 躍遷。n* 躍遷所需能量取決于帶有n電子的原子的性質(zhì)以及分子結(jié)構(gòu)。 3.n 躍遷0:55:12 由n*躍遷產(chǎn)生的吸收帶稱(chēng)為R帶(德文Radikal)。

6、 能量最??；200700 nm； max 104 Lmol-1cm-1 ，強(qiáng)吸收。 （1）K帶（德 Konjugation，共軛 ） 非封閉共軛體系的 p p * 躍遷丁二烯（CH2CHCHCH2） K帶：max=217nm，max=21 000 Lmol-1cm-1 。 極性溶劑使 K 帶發(fā)生紅移。苯乙烯、苯甲醛、乙酰苯等，也都會(huì)出現(xiàn) K 帶。 紫外-可見(jiàn)吸收光譜常用術(shù)語(yǔ)0:55:121.1.非發(fā)色團(tuán)非發(fā)色團(tuán) 在200800 nm近紫外和可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)無(wú)吸收的基團(tuán)。 只具有鍵電子或具有鍵電子和n非鍵電子的基團(tuán)為非發(fā)色團(tuán)； 一般指的是飽和碳?xì)浠衔锖痛蟛糠趾蠴，N，S，X等雜原子的飽和化合物；

7、對(duì)應(yīng)的躍遷類(lèi)型*躍遷和n*躍遷，大部分都出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)。2.發(fā)色團(tuán) 0:55:121 在近紫外和可見(jiàn)區(qū)域有特征吸收的基團(tuán)。 發(fā)色團(tuán)的電子結(jié)構(gòu)特征是具有電子： CC，CO，CN，NN，NO，NO2等。1 一個(gè)雙鍵：*躍遷,強(qiáng)吸收，遠(yuǎn)紫外區(qū)。 多個(gè)發(fā)色團(tuán)（共軛）：吸收出現(xiàn)在近紫外區(qū)。1 發(fā)色團(tuán)對(duì)應(yīng)躍遷類(lèi)型是*和n*。1 在紫外光譜中，發(fā)色團(tuán)并非一定有顏色。3.助色團(tuán) 0:55:121 具有非鍵電子n的基團(tuán)：NH2，NR2，OH， OR，SR，Cl，SO3H，COOH等；1 本身在紫外和可見(jiàn)光區(qū)無(wú)吸收；1 至少有一對(duì)能與電子相互作用的n電子； 相當(dāng)于共軛體系 ()，使發(fā)色團(tuán)max （紅移），1 “助

8、色”能力：FCH3ClBrOHOCH3NH2 NHCH3 N(CH3)2NHC6H5 O-。4.紅移-藍(lán)移0:55:12紅移：由取代基或溶劑效應(yīng)引起的使吸收向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)稱(chēng)為紅移。藍(lán)移：使吸收向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)稱(chēng)為藍(lán)移。 增色效應(yīng)增色效應(yīng)max ； 減色效應(yīng)減色效應(yīng)max ；強(qiáng)帶強(qiáng)帶 max104 Lmol-1cm-1 弱帶弱帶max103 Lmol-1cm-1 ； 溶劑影響 0:55:121.1.紫外紫外- -可見(jiàn)吸收可見(jiàn)吸收常用的溶劑常用的溶劑 常見(jiàn)溶劑：環(huán)己烷、95的乙醇和二氧六環(huán)。 雜質(zhì)去除：活性硅膠過(guò)濾的方法來(lái)去除溶劑中微量的芳香烴和烯烴雜質(zhì)。 非極性溶劑 ：環(huán)己烷，“透明”極限波長(zhǎng)

9、210 nm； 極性溶劑 ：95的乙醇 ，透明”極限波長(zhǎng)是210 nm 。溶劑選擇時(shí)需要考慮的因素： 溶劑本身的透明范圍； 溶劑對(duì)溶質(zhì)是惰性的； 溶劑對(duì)溶質(zhì)要有良好的溶解性。 光吸收定律（朗伯-比耳定律）0:55:12 Alg（I0/It)= - lg T =c l 式中 A：吸光度，描述溶液對(duì)光的吸收程度； l：液層厚度(光程長(zhǎng)度)，通常以cm為單位； c：溶液的摩爾濃度，單位 molL-1； ：摩爾吸光系數(shù)，單位 Lmol-1 cm -1 ； 或 Alg（I0/It)= a l ：溶液的質(zhì)量濃度，單位 gL -1 a：吸光系數(shù)，單位 Lg -1 cm -1 a與的關(guān)系為： a =/M （M

10、為摩爾質(zhì)量） 吸收曲線的討論：0:55:12 同一種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱(chēng)為最大吸收波長(zhǎng)max 。 不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似max不變。而對(duì)于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和max則不同 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。不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長(zhǎng)下吸光度 A 有差異，在max 處吸光度A 的差異最大。此特性可作作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。在max 處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測(cè)定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長(zhǎng)的重要依據(jù)。光路圖光路圖基本組成1. 1. 光源光源 在整個(gè)紫外光區(qū)或可見(jiàn)光譜區(qū)可以發(fā)射連

11、續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度，較好的穩(wěn)定性，較長(zhǎng)的使用壽命。 可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長(zhǎng)范圍在3202500 nm。紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185400 nm的連續(xù)光譜。光 源單色器信號(hào)放大和測(cè)量檢測(cè)器樣品池顯 示 2.單色器 將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長(zhǎng)單色光的光學(xué)系統(tǒng)。 入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器。 準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束。 色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵。 聚焦裝置：聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫。 出射狹縫出射狹縫。3.樣品池 試樣室： 吸收池(比色皿)+池架附件。 吸收池：石英池，玻璃池。

12、在紫外區(qū)須采用石英池，可見(jiàn)區(qū)一般用玻璃池。4.4.檢測(cè)器檢測(cè)器 利用光電效應(yīng)將透過(guò)吸收池的光信號(hào)變成可測(cè)的電信號(hào)，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5. 5. 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)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(dòng)控制和結(jié)果處理。分光光度計(jì)的類(lèi)型1.1.單光束單光束 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。2.2.雙光束雙光束 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。復(fù)雜，價(jià)高。3.3.雙波長(zhǎng)雙波長(zhǎng) 將不同波長(zhǎng)的兩束將不同波長(zhǎng)的兩束單色光單色光( (1 1、

13、2 2) ) 快快束交替通過(guò)同一吸收束交替通過(guò)同一吸收池而后到達(dá)檢測(cè)器。池而后到達(dá)檢測(cè)器。產(chǎn)生交流信號(hào)。無(wú)需產(chǎn)生交流信號(hào)。無(wú)需參比池。參比池。 = 12 nm。兩波長(zhǎng)同時(shí)掃描兩波長(zhǎng)同時(shí)掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。0:55:122. 溶劑的影響 0:55:12 對(duì)烯和炔影響較小，但使酮峰值位移。 （1）極性溶劑對(duì)n* 躍遷的影響規(guī)律：極性溶劑使n*吸收帶發(fā)生藍(lán)移，max ； 極性，藍(lán)移的幅度 。 為什么？原因：C+=O-極性，激發(fā)態(tài)時(shí)O電子云密度，鍵極性；基態(tài)時(shí)的作用強(qiáng)，基態(tài)能量大，激發(fā)態(tài)能量小。能級(jí)間的能量差 ，藍(lán)移。 （2）極性溶劑對(duì)*躍遷的影響 0:55:12規(guī)律：使規(guī)律：使*吸

14、收帶發(fā)生紅移，吸收帶發(fā)生紅移，max略有降低。略有降低。原因：原因：C=C基態(tài)時(shí)，兩個(gè)電子位于成鍵軌道上，無(wú)極性；*躍遷后，分別在成鍵和反鍵*軌道上，C+=C-，極性，與極性溶劑作用強(qiáng)，能量。能級(jí)間的能量差，紅移 。使分子的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的效應(yīng)稱(chēng)紅移紅移。使分子的吸收峰向短波方向移動(dòng)的效應(yīng)稱(chēng)藍(lán)移藍(lán)移。0:55:12極性溶劑致使極性溶劑致使* *躍遷的躍遷的K帶發(fā)生紅移。帶發(fā)生紅移。 既有K帶又有R帶時(shí)，溶劑極性越大則K帶與R帶的距離越近(K帶紅移,R帶藍(lán)移)，見(jiàn)圖(因?yàn)镽在右，K在左)； 而隨著溶劑極性的變小兩個(gè)譜帶則逐漸遠(yuǎn)離。 共軛烯：共軛使-*的E，吸收峰紅移，強(qiáng)度增大，這種吸收帶稱(chēng)

15、K K吸收帶（共軛帶）吸收帶（共軛帶）有、n電子，可產(chǎn)生n-*、-*、n-*，其中n-*躍遷在270300nm稱(chēng)R R吸收帶吸收帶（基團(tuán)帶）（基團(tuán)帶）溶劑的影響0:55:12非極性非極性 極性極性n p p*躍遷：躍遷：藍(lán)移，藍(lán)移， ， 。p p p p*躍遷：紅移，躍遷：紅移， ， 。極性溶劑使精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。1：乙醚2：水12250300/nm乙酰丙酮的紫外-可見(jiàn)吸收光譜0:55:12（3）發(fā)色團(tuán)取代苯衍生物0:55:12 具有雙鍵的基團(tuán)的取代，它與苯環(huán)共軛在200250 nm出現(xiàn)K帶，使B帶發(fā)生強(qiáng)烈紅移，有時(shí)B帶被淹沒(méi)在K帶之中。 羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：K帶強(qiáng)，苯的E2帶與K帶合并，紅移；取

16、代基使B帶簡(jiǎn)化；氧上的孤對(duì)電子：R帶，躍遷禁阻，弱。CC H3On p* ; R帶p p* ; K帶紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖中提供的化合物結(jié)構(gòu)信息0:55:13（1）200800 nm 無(wú)吸收峰，飽和化合物，單烯。（2）210-250nm有強(qiáng)吸收峰，含有雙鍵。如，260、300、330有高強(qiáng)吸收峰，含有3-5個(gè)共軛雙鍵（3）270300 nm有吸收峰，可能含有羥基（4）269左右nm有中等強(qiáng)度的吸收峰，是芳環(huán)的特征（5）如果有許多吸收峰，甚至到可見(jiàn)區(qū)，則可能為多環(huán)芳烴定量分析0:55:13 依據(jù)：朗伯依據(jù)：朗伯- -比爾定律比爾定律 吸光度：吸光度： A= l c 透光度：透光度：-lgT = l c 靈敏度高：靈敏度高： max：104105 L mol-1 cm -1； 測(cè)量誤差與吸光度讀數(shù)有關(guān)：測(cè)量誤差與吸光度讀數(shù)有關(guān)： A = 0.434，讀數(shù)相對(duì)誤差最小。讀數(shù)相對(duì)誤差最小。多組分；雙波長(zhǎng)法0:55:13（1）多組分定量方法）多組分定量方法聯(lián)立方程為： A1=X1cXl+Y1cYl A2=X2c