紫外吸收光譜法

1、第8章 紫外吸收光譜法紫外-可見分子吸收光譜法(ultraviolet-visible molecular absorption spectrometry,UV-VIS），又稱紫外-可見分光光度法（ultraviolet-visible spectrophotometry）。它是研究分子吸收190750nm波長范圍內(nèi)的吸收光譜。紫外-可見吸收光譜主要產(chǎn)生與分子價電子在電子能級間的躍遷，是研究物質(zhì)電子光譜的分析方法。通過測定分子對紫外-可見光的吸收，可以用于鑒定和定量測定大量的無機化合物和有機化合物。在化學(xué)和臨床實驗室所采用的定量分析技術(shù)中，紫外-可見分子吸收光譜法是應(yīng)用最廣泛的方法之一。

2、67;9-1 光吸收定律一、朗伯-比爾定律分子吸收光譜法是基于測定在光程長度為b（cm）的透明池中，溶液的透射比T或吸光度A進行定量分析。通常被分析物質(zhì)的濃度c與吸光度A呈線性關(guān)系，可用下式表示： (9-1）式中各參數(shù)的定義如表9-1所示。該式是朗伯-比爾定律的數(shù)學(xué)表達式，它指出：當(dāng)一束單色光穿過透明介質(zhì)時，光強度的降低同入射光的強度、吸收介質(zhì)的厚度以及光路中吸光微粒的數(shù)目呈正比。由于被分析物質(zhì)的溶液是放在透明的吸收池中測量，在空氣/吸收池壁以及吸收池壁/溶液的界面間會發(fā)生反射，因而導(dǎo)致入射光和透射光的損失。如當(dāng)黃光垂直通過空氣/玻璃或玻璃/空氣界面時，約有8.5%的光因反射而被損失。此外，光

3、束的衰減也來源于大分子的散射和吸收池的吸收。故通常不能按表9-1所示的定義直接測定透射比和吸光度。為了補償這些影響，在實際測量中，采用在另一等同的吸收池中放入溶劑與被分析溶液的透射強度進行比較。二、吸光度的加和性當(dāng)溶液中含有多種對光產(chǎn)生吸收的物質(zhì)，且各組分間不存在相互作用時，則該溶液對波長光的總吸收光度A等于溶液中每一成分的吸光度之和，即吸光度具有加和性?？捎孟率奖硎荆?（9-2）吸光度的加和性在多組分的定量測定中極為有用。三、比爾定律應(yīng)用的局限性從式（9-1）可以看出，吸光度與試樣溶液的濃度和光程長度呈正比。即當(dāng)吸收池的厚度恒定時，以吸光度對濃度作圖應(yīng)得到一條通過原點的直線。但在實際工作中，

4、測得的吸光度和濃度之間的線性關(guān)系常常出現(xiàn)偏差，即不再遵守比爾定律。引起偏離比爾定律的原因主要來源兩個方面：比爾定律本身的局限性；實驗條件的因素，它包括化學(xué)偏離和儀器偏離。（一）比爾定律本身的局限性嚴(yán)格地說，比爾定律只適用于稀溶液，從這個意義上講，它是一個有限定條件的定律。在高濃度（>0.01mol·L-1）時，將引起吸收組分間的平均距離減小，以致每個粒子都可影響其相鄰粒子的電荷分布，導(dǎo)致它們的摩爾吸收系數(shù)發(fā)生改變，從而吸收給定波長的能力發(fā)生變化。由于相互作用的程度與其濃度有關(guān)，故使吸光度和濃度間的線性關(guān)系偏離了比爾定律。不難想像，在吸收組分低，但其它組分（特別是電解質(zhì)）濃度高的

5、溶液中也會產(chǎn)生類似的效應(yīng)。（二）化學(xué)偏離在某些物質(zhì)的溶液中，由于分析物質(zhì)與溶劑發(fā)生締合、離解、及溶劑化反應(yīng)，產(chǎn)生的生成物與被分析物質(zhì)具有不同的吸收光譜，出現(xiàn)化學(xué)偏離。這些反應(yīng)的進行，會使吸光物質(zhì)的濃度與溶液的示值濃度不呈正比例變化，因而測量結(jié)果將偏離比爾定律。例如，未加緩沖劑的重鉻酸鉀溶液存在下列平衡：在大多數(shù)波長處，重鉻酸根離子和其它兩種鉻酸根離子的摩爾吸收系數(shù)并不相同，而溶液的總吸光度與其二聚體和單體間的濃度不成比例變化。而這一比值又明顯地與溶液的稀釋程度有關(guān)，因此在不同濃度測得的吸光度值和鉻（）的總濃度間的線性關(guān)系發(fā)生偏離。（三）儀器偏離儀器偏離主要是指由于單色光不純引起的偏離。由于只有

6、采用真正的單色輻射，才能觀測到吸收體系嚴(yán)格遵守比爾定律。事實上，通過波長選擇器從連續(xù)光源中分離的波長，只是包括所需波長的波長帶，即從連續(xù)光源中獲得單一波長的輻射是很難辦到的。實驗證明，在吸收物質(zhì)的吸光度隨波長變化不大的光譜區(qū)內(nèi)，采用多色光所引起的偏離不會十分明顯，相反在變化較大的光譜區(qū)內(nèi)所引起的偏離則十分嚴(yán)重。§9-2 紫外及可見分光光度計現(xiàn)在許多紫外及可見分光光度計的測定范圍可以延長到近紅外光區(qū)。它們通常由5個部分組成：一個或多個輻射源；波長選擇器；式樣容器（吸收池）；輻射換能器；信號處理器和讀出裝置。本節(jié)則主要介紹在1853000nm光區(qū)范圍的光源和試樣池。一、輻射源對光源的主要

7、要求是，在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)，能發(fā)射連續(xù)的具有足夠強度和穩(wěn)定的輻射，并且輻射能隨波長的變化盡可能小，使用壽命長。紫外及可見區(qū)的輻射光源有白熾光源和氣體放電光源兩類。在可見和近紅外光區(qū)的常用光源為白熾光源，如鎢燈和碘鎢燈等。鎢燈可使用的范圍在320nm2500nm。在可見光區(qū)，鎢燈的能量輸出大約隨工作電壓的四次方而變化，為了使光源穩(wěn)定，必須嚴(yán)格控制電壓。碘鎢燈是在鎢燈泡中引入了少量的碘蒸氣，以防止在高溫下工作時，鎢蒸氣不斷在冷的燈泡內(nèi)壁沉積，從而延長了燈的使用壽命。紫外光區(qū)主要采用氫燈、氘燈和氙燈等放電燈。當(dāng)氫氣壓力為102Pa時，用穩(wěn)壓電源供電，放電十分穩(wěn)定，因而光強恒定。放電燈在波長3

8、75nm160nm范圍內(nèi)發(fā)出連續(xù)光譜，但在165nm以下為線光譜。在波長>400nm時，氫放電產(chǎn)生了疊加于連續(xù)光譜之上的發(fā)射線，所以在這一波長范圍內(nèi)的分析，一般用白熾光源。氘燈與氫燈的特性相似，不同的是氘燈的輻射強度約高23倍，壽命較長，成本較高。應(yīng)該指出，由于受石英吸收窗的限制，通常紫外光區(qū)波長的有效范圍為350nm200nm。氙燈是讓電流通過氙氣產(chǎn)生強輻射。其強度高于氫燈，但欠穩(wěn)定。光譜在200nm1 000nm發(fā)射連續(xù)光譜，在約500nm處強度最大。為了獲得高強度，一般通過一個電容器間隙式放電。二、吸收池在紫外及可見分光光度法中，一般使用液體試液，試樣放在分光光度計光束通過的液體池

9、中。對吸收池的要求，主要是能透過有關(guān)輻射線。紫外光區(qū)用石英吸收池，可見光區(qū)可以用玻璃吸收池，而石英吸收池也能透過可見光及3m的近紅外光區(qū)。為了減小反射光的損失，吸收池的窗口應(yīng)完全垂直于光束。典型的可見和紫外光吸收池的光程長度，一般為1cn，但變化范圍是很大的，可從幾十毫米到10cm或更長。由于測得的吸光度數(shù)據(jù)主要取決于吸收池的匹配情況和被污染的程度，因此在測定時應(yīng)注意如下幾點：參照池和吸收池應(yīng)是一對經(jīng)校正好的匹配吸收池；在使用前后都應(yīng)將吸收池洗凈，測量時不能用手接觸窗口；已匹配好的吸收池不能用爐子或火焰干燥，以免引起光程長度上的改變。三、分光光度計的類型 單光束分光光度計一束經(jīng)過單色器的光，輪

10、流通過參比溶液和試樣溶液，以進行光強度測量。單光束儀器的缺點是測量結(jié)果受電源的波動影響較大，容易給定量結(jié)果帶來較大的誤差，因此要求光源和檢測系統(tǒng)有很高的穩(wěn)定度。此外，單光束儀器特別適用于只在一個波長處作吸收測量的定量分析。 雙光束分光光度計許多現(xiàn)代的光度計和分光光度計都是雙光束型。一般雙光束型的儀器可分為兩類：按時間區(qū)分和按空間區(qū)分。它是通過一個快速轉(zhuǎn)動的扇形鏡將經(jīng)單色器的光一分為二，然后用另一個扇形鏡將脈沖輻射再結(jié)合進入換能器。目前，一般自動記錄分光光度計是雙光束的。它可以連續(xù)地繪出吸收（或透射）光譜曲線。由于兩光束同時分別通過參照池和測量池，因而可以消除光源強度變化帶來的誤差。 雙波長分光

11、光度計單光束和雙光束分光光度計，就測量波長而言，都是單波長的。它們由一個單色器分光后，讓相同波長的光束分別通過試樣池和測量池，然后測得試樣池和參比池吸光度之差。由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個單色器，從而可以同時得到兩個不同波長（1和2）的單色光。它們交替地照射同一溶液，然后經(jīng)過光電倍增管和電子控制系統(tǒng)。這樣得到的信號是兩波長處吸光度之差A(yù)，A = A1 A2。當(dāng)兩個波長保持12nm間隔，并同時掃描時，得到的信號將是一階導(dǎo)數(shù)光譜，即吸光度對波長的變化曲線。雙波長分光光度計不僅能測定高濃度試樣，多組分混合試樣，而且能測定一般分光光度計不宜測定的渾濁試樣。雙波長法測定相互干擾的混合試樣時

12、，不僅操作比單波長法簡單，而且精確度要高。用雙波長法測量時，兩個波長的光通過同一吸收池，這樣可以消除因吸收池的參數(shù)不同，位置不同，污垢及制備參比溶液等帶來的誤差，使測定的準(zhǔn)確度顯著提高。另外，雙波長分光光度計是用同一光源得到的兩束單色光，故可以減小因光源電壓變化產(chǎn)生的影響，得到高靈敏和低噪聲的信號。（四）多道分光光度計多道分光光度計是在單光束分光光度計的基礎(chǔ)上，采用多道光子檢測器為換能器。多道儀器具有快速掃描的特點，整個光譜掃描時間不到1s。為追蹤化學(xué)反應(yīng)過程及快速反應(yīng)的研究提供了極為方便的手段；可以直接對經(jīng)液相色譜柱和毛細(xì)管電泳柱分離的試樣進行定性和定量測定。但這類型儀器的分辨率只有12m，

13、價格較貴。§9-3 化合物電子光譜的產(chǎn)生物質(zhì)M（原子或分子）吸收紫外-可見光可看成是一個兩步過程，即電子的激發(fā)和激發(fā)態(tài)微粒M*通過釋放熱能的弛豫，可用如下方程表示：M + hv M*M* M + 熱弛豫也可通過M*分解成新的組分而實現(xiàn)，這個過程稱為光化學(xué)反應(yīng)。此外，弛豫也可以涉及熒光或磷光輻射的再發(fā)射。值得注意的是，M*的壽命一般都非常短，所以在任何時刻其濃度可以忽略不計。并且所釋放的熱量往往也無法測量。故除光學(xué)分解發(fā)生外，吸收測量具有對所研究體系產(chǎn)生擾動最小的優(yōu)點。由于物質(zhì)對可見-紫外光的吸收一般都涉及價電子的激發(fā)，因此，可以將吸收峰的波長與所研究物質(zhì)中存在的鍵型建立相關(guān)關(guān)系，從而

14、達到鑒定分子中官能團的目的。更重要的是，可以應(yīng)用紫外-可見吸收光譜定量測定含有吸收官能團的化合物。在紫外和可見光區(qū)范圍內(nèi)，有機化合物的吸收帶主要由*、*、n*、n*及電荷遷移產(chǎn)生。無機化合的吸收帶主要由電荷遷移和配位場躍遷（即dd躍遷和f發(fā)躍遷）產(chǎn)生。由于電子躍遷的類型不同，實現(xiàn)躍遷需要的能量不同，因而吸收的波長范圍也不相同。其中*躍遷所需要能量最大，n*及配位場躍遷所需能量最小，因此，它們的吸收帶分別落在遠(yuǎn)紫外和可見光區(qū)。從圖中縱坐標(biāo)可知，*及電荷遷移躍遷產(chǎn)生的譜帶強度最大，*、n*、n*躍遷產(chǎn)生的譜帶強度次之，配位躍遷的譜帶強度最小。一、有機化合物的電子光譜 （一）躍遷類型基態(tài)有機化合物的

15、價電子包括成鍵電子、成鍵電子和非鍵電子（以n表示）。分子的空軌道包括反鍵*軌道和反鍵*軌道，因此，可能產(chǎn)生的躍遷有*、*、n*、n*等。（1）*躍遷 它是分子成鍵軌道中 的一個電子通過吸收輻射而被激發(fā)到相應(yīng)的反鍵軌道。實現(xiàn)這類躍遷需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。飽和烴中的CC鍵屬于這類躍遷。例如乙烷的最大吸收波長max為135nm。由于*躍遷引起的吸收不在通常能觀察的紫外范圍內(nèi)，因此沒有必要對其作進一步的討論。（2）n*躍遷 它發(fā)生在含有未共用電子對（非鍵電子）原子的飽和有機化合物中。通常這類躍遷所需的能量比*躍遷要小，可由150nm250nm區(qū)域內(nèi)的輻射引起。而大多數(shù)吸收峰則出現(xiàn)在低

16、于200nm處。（3）*躍遷 它產(chǎn)生在有不飽和鍵的有機化合物中，需要的能量低于*的躍遷，吸收峰一般處于近紫外光區(qū)，在200nm左右。其特征是摩爾吸收系數(shù)較大（103104L · cm-1 · mol-1）為強吸收帶。如乙烯（蒸氣）的最大吸收波長max為162nm。（4）n*躍遷 這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)和可見光區(qū)。它是簡單的生色團（見后），如羰基、硝基等中的孤對電子向反鍵軌道躍遷。其特點是譜帶強度弱，摩爾吸收系數(shù)小，通常小于102，屬于禁阻躍遷。（5）電荷遷移躍遷 所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷。因此，電荷遷移躍遷實質(zhì)是

17、一個內(nèi)氧化還原過程，而相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。例如，某些取代芳烴可產(chǎn)生分子內(nèi)電荷遷移躍遷吸收帶。電荷遷移吸收帶的譜帶較寬，吸收強度大，最大波長處的摩爾吸收系數(shù)max可大于104L · cm-1 · mol-1。從廣義講，可以將各種類型的軌道（如、等）都看作是一個電子給予體或接受體。但其中具有實用的意義的是軌道。（二）常用術(shù)語（1）生色團 從廣義來說，所謂生色團，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團。嚴(yán)格地說，哪些不飽和吸收中心才是真正的生色團。表8-2列出了某些常見生色團的吸收特征。（2）助色團，助色團是指帶有非鍵電子對的基團，如OH、OR、NHR、S

18、H、Cl、Br、I等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當(dāng)它們與生色團相連時，會使其吸收帶的最大吸收波長max發(fā)生移動，并且增加其吸收強度。（3）紅移和紫移 在有機化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，使其吸收帶的最大吸收波長max發(fā)生移動。向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為紫移。（三）有機化合物的紫外、可見光譜（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，即鍵電子從成鍵軌道（）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、可見分光光度計的測量范圍。飽和烴的取代衍生物如鹵代烴、醇、胺等，它們的雜原子上存在n電子，可產(chǎn)生n*的

19、躍遷。表8-3列出了某些化合物的n*躍遷的吸收數(shù)據(jù)。從表中可以看出，此類躍遷所需的能量主要決定于原子鍵的種類，而與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系較少。摩爾吸收系數(shù)通常在1003000 L · cm-1 · mol-1。表9-1 某些化合物的n*躍遷數(shù)據(jù)化合物max/nmmax/ L·cm-1 · mol-1化合物max/nmmax/ L·cm-1 · mol-1HOCHOHCHClCHI1671841732581 480150200365(CH3)2S(CH3)2OCH3NH2(CH3)3N2291842152271402 520600900直接用烷

20、烴及其取代衍生物的紫外吸收光譜來分析這些化合物的實用價值并不大。但是，它們是測定紫外（或）可見吸收光譜時的良好溶劑。（2）不飽和汀及共軛烯烴 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。*躍遷所需能量小于*躍遷。例如，在乙烯分子中，*躍遷最大吸收波長max為180nm。在不飽和烴中，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移動，吸收強度也隨之加強，當(dāng)有五個以上雙鍵共軛時，吸收帶已落在可見光區(qū)。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 羰基化合物含有CO 基團。CO基團主要可以產(chǎn)生n*、n*和*三個吸收帶。n*吸收帶

21、又稱為R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺、酰鹵等，都含有羰基。由于醛和酮這兩類物質(zhì)與羧酸及其衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n*吸收帶的光區(qū)稍有不同。醛、酮的n*吸收帶出現(xiàn)在270300nm附近，它的強度低（max為1020 L · cm-1 · mol-1），并且譜帶略寬。當(dāng)醛、酮的羰基與雙鍵共軛時，形成了，-不飽和醛酮類化合物。由于羰基與乙烯基共軛，即產(chǎn)生共軛作用，使和吸收帶分別移至220260nm和310330nm，前一吸收帶強度高（max<10 4L · cm-1 · mol-1），后一吸收帶強度低（max&l

22、t;102 L · cm-1 · mol-1）。這一特征可以用來識別，-不飽和醛酮。羧酸及其衍生物雖然也有n*吸收帶，但是，羧酸及其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，如：OH、Cl、OR、NH2等。由于這些助色團上的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，因此實現(xiàn)n*躍遷所需能量變大，使n*吸收帶紫移至210nm左右。（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（或稱B帶、帶）出現(xiàn)在180nm （max =60 000 L · cm-1 · mol-1

23、）；E2帶（或稱La帶、p帶）出現(xiàn)在204nm（max =8 000 L · cm-1 · mol-1）；B帶（或稱Lb帶、帶）出現(xiàn)在255nm（max =200 L · cm-1 · mol-1）。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)如圖8-6所示。這是由于振動躍遷在基態(tài)電子躍遷上的疊加。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將發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B帶。當(dāng)苯環(huán)上引入NH2、OH、CHO、NO2等基團時，苯的B帶顯著紅移，并且吸收強度增大。此外，由于這些基團上有n電子，故可能產(chǎn)

24、生*吸收帶，例如，硝基苯、苯甲酸的*吸收帶分別位于330nm和328nm。（5）稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物 稠環(huán)芳烴，如萘、蒽、并四苯、菲、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，且強度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目增多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應(yīng)增加。當(dāng)芳環(huán)上的CH基團被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉、吖啶）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳環(huán)化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與萘相似。此外，由于引入含有n電子的N原子，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n*吸收帶，如吡啶在非極性溶劑的相應(yīng)吸收帶出現(xiàn)在270nm處（max為450 L · cm-1 · m

25、ol-1）。二、無機化合物的電子光譜產(chǎn)生無機化合物電子光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場躍遷。（一）電荷遷移躍遷與某些有機化合物相似，許多無機絡(luò)合物也有電荷遷移吸收光譜。若同M和L分別表示絡(luò)合物的中心離子和配體，當(dāng)一個電子由配體的軌道遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時，中心離子為電子接受體，配體為電子給予體。一般來說，在絡(luò)合物的電荷遷移躍遷中，金屬是電子的接受體，配體是電子的給予體。不少過渡金屬離子與含生色團的試劑反應(yīng)所生成的絡(luò)合物以及許多水合無機離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過渡元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、PbI2、HgS等，也是由于這類

26、躍遷而產(chǎn)生顏色。電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長位置，取決于電子給予體和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差。若中心離子的氧化能力愈強，或配體的還原能力愈強（相反，若中心離子還原能力愈強，或配體的氧化能力愈強），則發(fā)生電荷遷移躍遷時所需能量愈小，吸收光波長紅移。電荷遷移吸收光譜譜帶最大的特點是摩爾吸收系數(shù)較大，一般max >10 L · cm-1 · mol-1。因此許多“顯色反應(yīng)”是應(yīng)用這類譜帶進行定量分析，以提高檢測靈敏度。（二）配位場躍遷配位場躍遷包括d-d躍遷和f-f躍遷。元素周期表中第四、五周期的過渡金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。

27、在配體的存在下，過渡元素五個能量相等的d軌道及鑭系和錒系元素七個能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道及f軌道。當(dāng)它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道上去。這兩類躍遷分別稱為d-d躍遷和f-f躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場作用下才有可能產(chǎn)生，因此又稱為配位場躍遷。與電荷遷移比較，由于選擇規(guī)則的限制，配位場躍遷吸收譜帶的摩爾吸收系數(shù)小，一般max<102 L · cm-1 · mol-1。這類光譜一般位于可見光區(qū)。雖然配位場躍遷并不像電荷遷移躍遷在定量分析上重要，但它可用于研究絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，并為現(xiàn)代無機絡(luò)合物鍵合理

28、論的建立，提供了有用的信息。（1）f-f躍遷 大多數(shù)鑭系和錒系元素的離子都在紫外-可見光區(qū)有吸收。與大多數(shù)無機和有機吸收體系的特性相反，它們的光譜都由一些很窄的吸收峰組成。在鑭系元素中，引起吸收的躍遷一般只涉及4f電子的各能級，而錒系則是5f電子。由于f軌道被已充滿的具有較高量子數(shù)的外層軌道所屏蔽而不受外界影響，因此其譜帶較窄，并且不易受外層電子有關(guān)的鍵合性質(zhì)的影響。（2）d-d躍遷 一些d電子層尚未充滿的第一、第二過渡元素的吸收光譜，主要是由d-d躍遷產(chǎn)生的。但是與鑭系及錒系相反，其吸收帶往往是寬的，且易受環(huán)境因素的強烈影響。例如，水合銅離子（）是淺藍色的，而它的氨絡(luò)合物卻是深藍色的。當(dāng)受到

29、一定波長光照時，d電子就會從能量低的d軌道向空的能量高的d軌道躍遷。對于八面體絡(luò)合物，d軌道的能量差用表示。值是配位場強度的量度。值的大小與中心離子種類有關(guān)。在同族元素的同價離子中，隨著原子序數(shù)的增大，值增加。同時，值還受配體的種類及配位數(shù)的影響。對于同種中心離子，一些配體將使值按以下次序遞減：CO > CN->>鄰二氮菲< 2，2-聯(lián)吡啶> NH3 > CH3CN > NCS- > H2O >> OH- > F- > > Cl- > S2- > Br- > I-。除少數(shù)例外，可用此配位場強度順序，

30、預(yù)測某一過渡金屬離子的各種絡(luò)合物吸收峰的相對位置。一般的規(guī)律是，隨場強增加而增加，吸收峰波長則發(fā)生紫移。三、溶劑對電子光譜的影響溶劑對電子光譜的影響較為復(fù)雜。改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶形狀的變化。例如，當(dāng)溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。改變?nèi)軇┑臉O性，還會使吸收帶的最大吸收波長max發(fā)生變化。表9-2列出了溶劑對亞異丙酮紫外吸收光譜的影響。從表9-2可以看出，當(dāng)溶劑極性增大時，由n*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紫移，而由*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。顯然，由于未成鍵電子對的溶劑化作用增加，降低了n軌道的能量，使n*躍遷藍移。由上所述可知，在測定紫外、可見吸收光譜數(shù)據(jù)時，應(yīng)

31、注明在何種溶劑中測定。表9-2 *和n*躍遷的溶劑效應(yīng)化合物正己烷CHCl3CH3OHH2O*max/nm230238237243n*max/nm329315309305在選擇測定電子吸收光譜曲線的溶劑時，應(yīng)注意如下幾點：盡量選用低極性溶劑；能很好地溶解被測物，并且形成的溶液具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性；溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收。表8-5列出紫外、可見吸收光譜中常用的溶劑，以供選擇時參考。表9-3 各種常用溶劑的使用最低波長極限溶 劑最低波長極限/nm溶 劑最低波長極限/nm乙 脂正 丁 醇氯 仿環(huán) 己 烷十氫化萘1，1-二氯乙烷二氯甲烷1，4-二氧六環(huán)十 二 烷乙 醇乙 醚庚 烷己

32、烷甲 醇甲基環(huán)己烷異 辛 烷200250210210 245210200235235225200210210210210215210210異 丙 醇水苯四氯化碳N，N-二甲基甲酰胺甲酸甲脂四氯乙烯二 甲 苯丙 酮苯 甲 腈溴 仿吡 啶硝基甲烷215210250300280265270260290295300350330300335305350400380§9-4 紫外-可見分子吸收光譜法的應(yīng)用紫外-可見分子吸收光譜法不僅可以用來對物質(zhì)進行定性分析及結(jié)構(gòu)分析，而且可以進行定量分析及測定某些化合物的物理化學(xué)數(shù)據(jù)等，例如相對分子質(zhì)量、絡(luò)合物的絡(luò)合比及穩(wěn)定常數(shù)和解離常數(shù)等。一、定性分析目前無

33、機元素的定性分析主要是用發(fā)射光譜法，也可采用經(jīng)典的化學(xué)分析方法，因此紫外、可見分光光度法在無機定性分子中并未得到廣泛的應(yīng)用。在有機化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析中，由于紫外、可見光區(qū)的吸收光譜比較簡單，特征性不強，并且大多數(shù)簡單官能團在近紫外光區(qū)只有微弱吸收或者無吸收，因此，該法的應(yīng)用也有一定的局限性。但它可用于鑒定共軛生色團，以此推斷未知物的結(jié)構(gòu)骨架。在配合紅外光譜、核磁共振等進行定性鑒定及結(jié)構(gòu)分析中，它無疑是一個十分有用的輔助方法。（一）定性方法利用紫外、可見分光光度法確定未知不飽和化合物結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)骨架時，一般有兩種方法：比較吸收光譜曲線；用經(jīng)驗規(guī)則計算最大吸收波長max，然后與實測值比較。吸

34、收光譜曲線的形狀，吸收峰的數(shù)目以及最大吸收波長的位置和相應(yīng)的摩爾吸收系數(shù)，是進行定性鑒定的依據(jù)。其中，最大吸收波長max及相應(yīng)的max是定性鑒定的主要參數(shù)。所謂比較法是在相同的測定條件下，比較未知物與已知標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜曲線，如果它們的吸收光譜曲線完全等同，則可以認(rèn)為待測試樣與已知化合物有相同的生色團。在進行這種對比法時，也可以借助于前人匯編的以實驗結(jié)果為基礎(chǔ)的各種有機化合物的紫外與可見光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖或有關(guān)電子光譜數(shù)據(jù)表。常用的標(biāo)準(zhǔn)圖譜及電子光譜數(shù)據(jù)表有：1 Sadtler Standard Spectra（Ultraviolet），London：Heyden，1978薩特勒標(biāo)準(zhǔn)圖譜共收集了46

35、 000種化合物的紫外光譜2 Friedel R A，Orchin MUltraviolet Spectra of Aromatic CompoundsNew York：Wiley，1951本書收集了579種芳香化合物的紫外光譜。3 Kenzo HirayamaHandbook of Ultraviolet and Visible Absorption Spectra of Organic CompoundsNew York：Plenum，19674 Organic Electronic Spectral Data這是一套由許多作者共同編寫的大型手冊性叢書。所搜集的文獻資料自1946年開始，目

36、前還在繼續(xù)編寫。例如：Kamlet M JOrganic Electronic Spectral Data vol IInterscience，1960，194652（二）計算不飽和有機化合物吸收波長的經(jīng)驗規(guī)則當(dāng)采用物理和化學(xué)方法判斷某化合物的幾種可能結(jié)構(gòu)時，可用經(jīng)驗規(guī)則計算最大吸收波長max并與實測值進行比較，然后確認(rèn)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。常用的經(jīng)驗規(guī)則是，伍德沃提出的計算共軛二烯、多烯烴及共軛烯酮類化合物*躍遷最大吸收波長的伍德沃德（Woodward）規(guī)則。計算時，首先從母體得到一個最大吸收的基數(shù)，然后對連接在母體電子體系上的不同取代基以及其它結(jié)構(gòu)因素加以修正。二、有機化合物構(gòu)型的確定采用紫外光譜法

37、，可以確定一些化合物的構(gòu)型和構(gòu)象。一般來說，順式異構(gòu)體的最大吸收波長比反式異構(gòu)體為小，因此有可能用紫外光譜法進行區(qū)別。例如，在順式肉桂酸和反式肉桂酸中，順式空間位阻大，苯環(huán)與側(cè)鏈雙鍵共平面性差，不易產(chǎn)生共軛；反式空間位阻小，雙鍵與苯環(huán)在同一平面上容易產(chǎn)生共軛。因此，反式的最大吸收波長max = 295nm（max = 7 000 L · cm-1 · mol-1），而順式的最大吸收波長max = 280nm（max = 13 500 L · cm-1 · mol-1）。采用紫外光譜法，還可以測定某些化合物的互變異構(gòu)現(xiàn)象。例如，乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式間

38、的互變異構(gòu)。在極性溶劑中，最大吸收波長max =272nm（max =16 L · cm-1 · mol-1），說明該峰由n*躍遷引起，所以在極性溶劑中，該化合物應(yīng)以酮式存在。相反，在非極性的正己烷中，出現(xiàn)max =243nm的強峰；這說明在非極性溶劑中，形成了分子內(nèi)氫鍵，故是以烯醇式為主。三、定量分析紫外-可見分子吸收光譜法是進行定量分析的最有用的工具之一。它不僅對那些本身在紫外-可見光區(qū)有吸收的無機和有機化合物進行定量分析，而且利用許多試劑可與非吸收物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生紫外和可見光區(qū)有強烈吸收的產(chǎn)物，即“顯色反應(yīng)”，從而對非吸收物質(zhì)進行定量測定。該法靈敏度可達10-410-5m

39、ol·L-1，甚至于可達10-610-7mol·L-1；準(zhǔn)確度好，相對誤差在1%3%范圍內(nèi)，如果操作得當(dāng)，則誤差往往可減少到百分之零點幾；且操作容易、簡單?？梢?紫外分子吸收光譜法定量分析法的依據(jù)是朗伯-比爾定律，即物質(zhì)在一定波長處的吸光度與它的濃度呈線性關(guān)系。因此，通過測定溶液對一定波長入射光的吸光度，就可求出溶液中物質(zhì)濃度和含量。由于最大吸收波長max處的摩爾吸收系數(shù)max最大，通常都是測量max的吸光度，以獲得最大靈敏度。同時，吸收曲線在最大吸收波長處常常是平坦的，使所得數(shù)據(jù)能更好地符合比爾定律。在紫外-可見分子吸收光譜法中，對單一物質(zhì)的定量分析比較簡單，一般選用工作

40、曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法進行定量分析。下面介紹混合組分的分析。（一）解聯(lián)立方程組的方法兩個以上吸光組分的混合物，根據(jù)其吸收峰的互相干擾情況，分為三種，如圖8-7所示。對于前兩種情況，可通過選擇適當(dāng)?shù)娜肷涔獠ㄩL，按單一組分的方法測定。對于最后一種情況，由于兩組分相互重疊嚴(yán)重，采用單純的單波長分光光度法已不可能，故只能根據(jù)吸光度的加和性原則，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理來進行測定。很明顯，如果有n個組分相互重疊，就必須在n個波長處測定其吸光度的加和性，然后解n元一次方程組，才能分別求得各組分含量。應(yīng)該指出，隨著測量組分的增多，實驗結(jié)果的誤差也將增大。值得一提的是，解聯(lián)立方程組的方法是儀器分析中定量測定被干擾組分的

41、一個基本方法，它也常用于紅外光譜法、質(zhì)譜法和熒光光度等方法。（二）雙波長分光光度法用雙波長分光光度法定量測定二元混合組分的主要方法有：等吸收波長法；系數(shù)倍率法。（1）等吸收波長法 當(dāng)混合組分的吸收曲線是圖8-7c的情況時，除用解二元一次方程組的方法測定外，還可采用等吸收波長法。為了消除某組分的吸收，一般采用作圖法，確定干擾組分等吸收波長。圖8-8是混合試樣中A、B兩組分的吸收曲線。其中若A是干擾組分，B是待測組分。在用作圖選擇波長時，可將測定波長2選在被測組分B的吸收峰處（或其附近），而參比波長1的選擇，應(yīng)考慮能消除干擾物質(zhì)的吸收，即使A組分在1的吸光度等于它在2的吸光度。（2）系數(shù)倍率法 當(dāng)

42、干擾組分A不存在吸光度相等的兩個波長時，采用上述方法不能測量B組分的含量，此時，可采用系數(shù)倍率法測定。（3）雙波長法測定渾濁試樣 采用雙光束法測定渾濁試樣時，由于參比溶劑不像試樣試液那樣渾濁，因此測量時不可能消除因試樣渾濁產(chǎn)生的背景吸收。在雙波長法測定中，若將2設(shè)在試樣的吸收峰上，1設(shè)在試樣無特征吸收的波長上，此時1和2處的背景吸收應(yīng)相等。顯然，2上測得的是試樣本身的吸收與背景吸收的總和，1測得的是背景吸收。因此，用雙波長法可以消除因試樣渾濁產(chǎn)生的背景吸收。由于消除背景后的試樣吸收與其濃度呈正比，因此可對試樣進行定量分析。若渾濁試樣中有痕量成分存在，消除背景吸收后，還可測定背景吸收“淹沒”的痕量成分。（三）導(dǎo)數(shù)分光光度法對吸收光譜曲線進行一階或高階求導(dǎo)，即可得到各種導(dǎo)數(shù)光譜曲線。采用雙波長分光光度法，可很容易地獲得一階導(dǎo)數(shù)光譜。但目前更多的是采用電子學(xué)方法，將信號轉(zhuǎn)換成微分輸出，再與計算機聯(lián)機操作，這樣即可對信號實現(xiàn)模擬微分，并能獲得高階導(dǎo)數(shù)光譜。1導(dǎo)數(shù)光