紫外分光光度

1、第第4章章 紫外紫外可見(jiàn)分光光度法可見(jiàn)分光光度法Ultraviolet-Visible Spectrophotometry,UV紫外紫外-可見(jiàn)分光光度法可見(jiàn)分光光度法：研究物質(zhì)在研究物質(zhì)在 紫外、可見(jiàn)光紫外、可見(jiàn)光區(qū)區(qū) 的的分子吸收光譜分子吸收光譜 的分析方法。的分析方法。光譜區(qū)：光譜區(qū)：200 800 nm吸收光譜產(chǎn)生的原因：吸收光譜產(chǎn)生的原因：價(jià)電子和分子軌道上的電價(jià)電子和分子軌道上的電子子 在在電子能級(jí)間的躍遷電子能級(jí)間的躍遷，應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定。無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定。4.1 概述概述4.3 化合物電子光譜的產(chǎn)生化合物電子光譜的產(chǎn)生一、分子吸收光

2、譜的產(chǎn)生一、分子吸收光譜的產(chǎn)生 在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有核間相對(duì)位移引起的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。這三種運(yùn)動(dòng)能量都是核間相對(duì)位移引起的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。這三種運(yùn)動(dòng)能量都是量子化的，并對(duì)應(yīng)有一定能級(jí)。下圖為分子的能級(jí)示意量子化的，并對(duì)應(yīng)有一定能級(jí)。下圖為分子的能級(jí)示意圖。圖。 分子中電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)示意圖分子中電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)示意圖電子能級(jí)振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)BA4.3 化合物電子光譜的產(chǎn)生化合物電子光譜的產(chǎn)生 E分子分子 = E電子電子 + E振動(dòng)振動(dòng) + E轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) E電子電子為為120eV 分子電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的光譜分子電子

3、能級(jí)躍遷產(chǎn)生的光譜紫外可見(jiàn)吸收光譜。紫外可見(jiàn)吸收光譜。 E振動(dòng)振動(dòng)為為0.051eV E轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 0.05eV分子在振動(dòng)能級(jí)間躍遷，伴隨著分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍分子在振動(dòng)能級(jí)間躍遷，伴隨著分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)生的光譜為遷，產(chǎn)生的光譜為紅外吸收光譜紅外吸收光譜（振轉(zhuǎn)光譜）（振轉(zhuǎn)光譜）電子躍遷類(lèi)型電子躍遷類(lèi)型 成鍵軌道成鍵軌道 *反鍵軌道反鍵軌道 成鍵軌道成鍵軌道 *反鍵軌道反鍵軌道n未成鍵軌道（非鍵軌道）未成鍵軌道（非鍵軌道）軌道能量順序?yàn)椋很壍滥芰宽樞驗(yàn)椋?n * n * * n *n 躍遷躍遷 max(nm) *150(104L/() 為強(qiáng)帶。為強(qiáng)帶。共軛雙鍵增加，共軛雙鍵增加，maxmax

4、向長(zhǎng)波方向移向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，動(dòng)，maxmax也隨之增加。也隨之增加。具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的分子出現(xiàn)分子出現(xiàn)K吸收帶。吸收帶。nR吸收帶吸收帶：由由n n * *躍遷產(chǎn)生的吸收帶，只有躍遷產(chǎn)生的吸收帶，只有分子中同時(shí)存在雜原子和雙鍵分子中同時(shí)存在雜原子和雙鍵電子時(shí)才可能電子時(shí)才可能產(chǎn)生。產(chǎn)生。其特點(diǎn)是吸收強(qiáng)度弱。其特點(diǎn)是吸收強(qiáng)度弱。max 100，吸，吸收峰波長(zhǎng)一般在收峰波長(zhǎng)一般在270nm以上以上。 6 吸收帶的類(lèi)型吸收帶的類(lèi)型nB吸收帶吸收帶 B吸收帶又稱(chēng)吸收帶又稱(chēng)苯吸收帶苯吸收帶，是芳香族化，是芳香族化合物和雜芳香族化合物的特征譜帶，它是由合物和雜芳香族化合物的特征譜帶，它是

5、由 * *躍遷產(chǎn)生的，苯的躍遷產(chǎn)生的，苯的B B吸收帶在吸收帶在230 230 270nm 270nm的紫外范圍內(nèi)是一個(gè)寬峰，是由躍遷概率較小的紫外范圍內(nèi)是一個(gè)寬峰，是由躍遷概率較小的禁阻躍遷產(chǎn)生的，屬的禁阻躍遷產(chǎn)生的，屬弱吸收帶弱吸收帶。nE E吸收帶吸收帶 在封閉共軛體系中由在封閉共軛體系中由 * *躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生的的K K吸帶又稱(chēng)為吸帶又稱(chēng)為E E帶，帶，把苯環(huán)看成乙烯鍵和共軛把苯環(huán)看成乙烯鍵和共軛乙烯鍵躍遷引起的吸收帶乙烯鍵躍遷引起的吸收帶, E E吸收帶類(lèi)似于吸收帶類(lèi)似于B B吸吸收帶也是芳香結(jié)構(gòu)的特征譜帶。收帶也是芳香結(jié)構(gòu)的特征譜帶。4.3.2 常用術(shù)語(yǔ)常用術(shù)語(yǔ)生色團(tuán)生色團(tuán) Ch

6、romophoric Group 從廣義來(lái)說(shuō)，所謂生色團(tuán)，是指分子從廣義來(lái)說(shuō)，所謂生色團(tuán)，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)。即凡含有團(tuán)。即凡含有鍵的基團(tuán)都稱(chēng)為生色團(tuán)或發(fā)色鍵的基團(tuán)都稱(chēng)為生色團(tuán)或發(fā)色團(tuán)。團(tuán)。但是，人們通常將能吸收紫外、可見(jiàn)但是，人們通常將能吸收紫外、可見(jiàn)光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團(tuán)。光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團(tuán)。 n助色團(tuán)助色團(tuán) Auxochromic Group 是指帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)，是指帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)，如如-OH、-OR、 -NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它們等，它們本身不能吸收大于本身不能吸收大于

7、200nm的光，的光，但是當(dāng)它們但是當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，會(huì)使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)與生色團(tuán)相連時(shí)，會(huì)使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，并且增加其吸光度。波方向移動(dòng)，并且增加其吸光度。助色團(tuán)助色團(tuán) Auxochromic Group常見(jiàn)助色團(tuán)及其助色效應(yīng)常見(jiàn)助色團(tuán)及其助色效應(yīng)(紅移紅移) FCH3ClBrOHOCH3NH2NHCH3 N(CH3)2 NHC6H5O例：例： CH3Cl CH3Br CH3Imax(nm) 172 204 258紅移紅移與藍(lán)移與藍(lán)移 某些有機(jī)化合物經(jīng)取代反應(yīng)引入含有未共某些有機(jī)化合物經(jīng)取代反應(yīng)引入含有未共享電子對(duì)的基團(tuán)（享電子對(duì)的基團(tuán)（ -OH、 -OR、 -NH2、-

8、SH 、-Cl、-Br、-SR、- NR2 ）之后，吸收之后，吸收峰的波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱(chēng)峰的波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱(chēng)為為紅移效應(yīng)紅移效應(yīng)(red shift)。這種會(huì)使某化合物。這種會(huì)使某化合物的最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的基團(tuán)稱(chēng)的最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的基團(tuán)稱(chēng)為為向紅基團(tuán)。向紅基團(tuán)。 在某些生色團(tuán)如羰基的碳原子一端引入在某些生色團(tuán)如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波長(zhǎng)會(huì)向短波方一些取代基之后，吸收峰的波長(zhǎng)會(huì)向短波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱(chēng)為向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱(chēng)為藍(lán)移（紫移）藍(lán)移（紫移）(blue shift) 效應(yīng)效應(yīng)。這些會(huì)使某化合物的最大吸收。這些會(huì)使某化合

9、物的最大吸收波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)的基團(tuán)（如波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)的基團(tuán)（如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3）稱(chēng)為向藍(lán)（紫）基團(tuán)。稱(chēng)為向藍(lán)（紫）基團(tuán)。生生色色團(tuán)團(tuán) 溶溶劑劑 /nm max 躍躍遷遷類(lèi)類(lèi)型型 烯烯 正正庚庚烷烷 177 13000 * 炔炔 正正庚庚烷烷 178 10000 * 羧羧基基 乙乙醇醇 204 41 n * 酰酰胺胺基基 水水 214 60 n * 羰羰基基 正正己己烷烷 186 1000 n *， n * 偶偶氮氮基基 乙乙醇醇 339，665 150000 n *， 硝硝基基 異異辛辛酯酯 280 22 n * 亞亞硝硝基基 乙乙醚醚 300，665 100 n

10、 * 硝硝酸酸酯酯 二二氧氧雜雜環(huán)環(huán)己己烷烷 270 12 n * 4.3.3 有機(jī)化合物的電子光譜有機(jī)化合物的電子光譜n1 飽和烴及其取代衍生物飽和烴及其取代衍生物 飽和烴分子中只含飽和烴分子中只含 鍵，只產(chǎn)生鍵，只產(chǎn)生 躍遷躍遷，波長(zhǎng)小于，波長(zhǎng)小于150nm，已超出紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的測(cè)量范圍。已超出紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的測(cè)量范圍。 用紫外吸收光譜分析飽和烷烴和鹵代烴的實(shí)用價(jià)值不大，它們是測(cè)用紫外吸收光譜分析飽和烷烴和鹵代烴的實(shí)用價(jià)值不大，它們是測(cè)定紫外和可見(jiàn)吸收光譜的良好溶劑。定紫外和可見(jiàn)吸收光譜的良好溶劑。n2 不飽和烴及共軛烯烴不飽和烴及共軛烯烴 可產(chǎn)生可產(chǎn)生 和和 * *兩種躍遷，兩

11、種躍遷， * *躍遷的能量小于躍遷的能量小于 ，在共軛體系中，在共軛體系中 * *躍遷產(chǎn)生的吸收帶稱(chēng)躍遷產(chǎn)生的吸收帶稱(chēng)K帶。帶。4.3.3 有機(jī)化合物的電子光譜有機(jī)化合物的電子光譜n3 羰基化合物羰基化合物 羰基羰基（CO）主要可產(chǎn)生主要可產(chǎn)生 * ,n , n * *三個(gè)吸三個(gè)吸收帶，收帶， n * *吸收帶又稱(chēng)吸收帶又稱(chēng)R帶。當(dāng)有帶。當(dāng)有OH、Cl、OR等，這些助色團(tuán)上的等，這些助色團(tuán)上的n電子產(chǎn)生電子產(chǎn)生n * *共軛，使吸收帶共軛，使吸收帶蘭移蘭移。n4 苯及其衍生物苯及其衍生物 苯有三個(gè)吸收帶苯有三個(gè)吸收帶,它們都是由躍遷引起的。它們都是由躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在帶出現(xiàn)在180nm；

12、E2帶出現(xiàn)在帶出現(xiàn)在204nm；B帶出現(xiàn)在帶出現(xiàn)在255nmn5 稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物 稠環(huán)芳烴（如萘、蒽、芘等）均顯示苯的三個(gè)吸收帶。與苯稠環(huán)芳烴（如萘、蒽、芘等）均顯示苯的三個(gè)吸收帶。與苯相比較，吸收帶紅移，且強(qiáng)度增加相比較，吸收帶紅移，且強(qiáng)度增加。4.3.3 無(wú)機(jī)化合物的電子光譜無(wú)機(jī)化合物的電子光譜n分為：電荷遷移躍遷和配位場(chǎng)躍遷分為：電荷遷移躍遷和配位場(chǎng)躍遷電荷遷移躍遷電荷遷移躍遷 在配合物的中心離子和配位體中，當(dāng)一個(gè)電子由配體在配合物的中心離子和配位體中，當(dāng)一個(gè)電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時(shí)，可產(chǎn)生的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時(shí)，可產(chǎn)生電荷電

13、荷遷移吸收光譜。遷移吸收光譜。 電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長(zhǎng)位置，取決于電子給予體電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長(zhǎng)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。和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差。4.3.5 影響電子光譜的因素影響電子光譜的因素n1 共軛效應(yīng)共軛效應(yīng) 由于形成大由于形成大鍵所引起的效應(yīng)稱(chēng)為共軛效應(yīng)。凡是能鍵所引起的效應(yīng)稱(chēng)為共軛效應(yīng)。凡是能增強(qiáng)增強(qiáng) * *共軛效應(yīng)的基團(tuán)能使吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，共軛效應(yīng)的基團(tuán)能使吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，發(fā)生發(fā)生紅移紅移。而。而n * *共軛效應(yīng)，使共軛效應(yīng)，使R帶向短波方向移動(dòng)，發(fā)帶向短波方向移動(dòng)，發(fā)生生藍(lán)移藍(lán)移。n空間障礙效應(yīng)空間障礙效應(yīng) 分子中

14、形成共軛體系的各生色團(tuán)及助色團(tuán)都處于同分子中形成共軛體系的各生色團(tuán)及助色團(tuán)都處于同一個(gè)平面上，共軛效應(yīng)增強(qiáng)，吸收帶的峰值及摩爾吸光系一個(gè)平面上，共軛效應(yīng)增強(qiáng)，吸收帶的峰值及摩爾吸光系數(shù)均最大。數(shù)均最大。4.3.5 影響電子光譜的因素影響電子光譜的因素n溶劑效應(yīng)溶劑效應(yīng) 溶劑極性影響吸收帶的峰位，影響吸收強(qiáng)度及精細(xì)結(jié)構(gòu)。溶劑極性影響吸收帶的峰位，影響吸收強(qiáng)度及精細(xì)結(jié)構(gòu)。隨著溶劑極性的增大隨著溶劑極性的增大， n * *躍遷產(chǎn)生的峰位發(fā)生藍(lán)移。躍遷產(chǎn)生的峰位發(fā)生藍(lán)移。 * *躍遷產(chǎn)生的峰位紅移。躍遷產(chǎn)生的峰位紅移。 溶劑極性也影響吸收光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。溶劑極性也影響吸收光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。因此，因此，溶

15、劑選擇應(yīng)注意：溶劑選擇應(yīng)注意：（1 1）盡量選擇選用低極性溶劑）盡量選擇選用低極性溶劑（2 2）使用的溶劑能很好地溶解被測(cè)物，形成的溶液具有良好的化學(xué)和）使用的溶劑能很好地溶解被測(cè)物，形成的溶液具有良好的化學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性。光學(xué)穩(wěn)定性。（3 3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無(wú)明顯吸收，常用的溶劑有正已烷、環(huán)）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無(wú)明顯吸收，常用的溶劑有正已烷、環(huán)已烷、乙醇等已烷、乙醇等4.4 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)4.4.1 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的分類(lèi)可見(jiàn)分光光度計(jì)的分類(lèi)n4.4.1 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的分類(lèi)可見(jiàn)分光光度計(jì)的分類(lèi) 單光束分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì) 雙光束分光

16、光度計(jì)雙光束分光光度計(jì) 雙波雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)長(zhǎng)分光光度計(jì)單光束：?jiǎn)喂馐?個(gè)單色器、個(gè)單色器、1個(gè)參比、個(gè)參比、1個(gè)吸收池個(gè)吸收池雙光束：雙光束：1個(gè)單色器、個(gè)單色器、1個(gè)參比、個(gè)參比、1個(gè)吸收池個(gè)吸收池雙波長(zhǎng)：雙波長(zhǎng)：2個(gè)單色器、個(gè)單色器、1個(gè)吸收池個(gè)吸收池4.4 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)n1、光源、光源可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈、鹵鎢燈可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈、鹵鎢燈紫外區(qū)：氫燈、氘燈紫外區(qū)：氫燈、氘燈n2、單色器、單色器棱鏡、光柵棱鏡、光柵n3、吸收池、吸收池可見(jiàn)區(qū)：普通硅酸鹽玻璃池可見(jiàn)區(qū)：普通硅酸鹽玻璃池紫外區(qū)：石英紫外區(qū)：石英4.4 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)4.4 紫外紫外-可

17、見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)n4、檢測(cè)器檢測(cè)器硒光電池對(duì)光的敏感范圍為硒光電池對(duì)光的敏感范圍為300-800nm， 其中對(duì)其中對(duì)500-600nm最為靈敏。最為靈敏。藍(lán)敏光電管：藍(lán)敏光電管：210-625nm紅敏光電管：紅敏光電管：625-1000nm 4.5 紫外紫外-可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用n紫外可見(jiàn)光譜適合于有機(jī)化合的分析，尤其是紫外可見(jiàn)光譜適合于有機(jī)化合的分析，尤其是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)，共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)，再配合紅外光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜等進(jìn)行結(jié)再配合紅外光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜等進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定及分析構(gòu)鑒定及分析。n1、比較吸收

18、光譜法比較吸收光譜法n2、經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算最大吸收波長(zhǎng)法、經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算最大吸收波長(zhǎng)法 伍德沃德菲澤爾經(jīng)驗(yàn)規(guī)則伍德沃德菲澤爾經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 斯科特經(jīng)驗(yàn)規(guī)則斯科特經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算n分子中與共軛體系無(wú)關(guān)的孤立雙鍵不參分子中與共軛體系無(wú)關(guān)的孤立雙鍵不參與計(jì)算；與計(jì)算；n不在雙鍵上的取代基不進(jìn)行校正；不在雙鍵上的取代基不進(jìn)行校正；n環(huán)外雙鍵是指在某一環(huán)的環(huán)外并與該環(huán)環(huán)外雙鍵是指在某一環(huán)的環(huán)外并與該環(huán)直接相連的雙鍵（共軛體系中）。直接相連的雙鍵（共軛體系中）。n例：例： 基值：二烯基值：二烯 217nm 校正值：校正值：3個(gè)烷基取代個(gè)烷基取代35 15nm max計(jì)算值計(jì)算值 232 max實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 234 例：例：解：基值異環(huán)二烯解：基值異環(huán)二烯 214nm 3個(gè)烷基取代基個(gè)烷基取代基35 15nm 1個(gè)環(huán)外雙鍵個(gè)環(huán)外雙鍵 5nm max計(jì)算值計(jì)算值 234 max 實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 235例：例：解：基值同環(huán)二烯解：基值同環(huán)二烯 253nm 4個(gè)烷基取代個(gè)烷基取代45 20nm 1個(gè)環(huán)外雙