紫外可見吸收光譜法課件

第九章紫外可見吸收光譜法JXAU第一節(jié)概述1.定義:利用紫外可見分光光度計測量物質(zhì)對紫外可見光的吸收程度（吸光度）和紫外可見吸收光譜來確定物質(zhì)的組成、含量，推測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析方法。紫外可見吸收光譜：分子價電子能級躍遷。波長范圍：100-800nm.(1)遠(yuǎn)紫外光區(qū):

100-200nm(2)近紫外光區(qū):

200-400nm(3)可見光區(qū):400-800nm6/8/20232.特點：（1）靈敏度高10－6g（2）準(zhǔn)確度高相對誤差在1％－5％（3）方法簡便操作容易、分析速度快（4）應(yīng)用廣泛不僅可用于無機化合物的分析，更主要用于有機化合物的鑒定及結(jié)構(gòu)分析注：UV－Vis和FTIR、NMR、MS聯(lián)用JXAU6/8/2023第二節(jié)基本原理物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線

吸收曲線與最大吸收波長

max

用不同波長的單色光照射，測吸光度;M+

h

→M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E2E=E2-E1=h量子化；選擇性吸收J(rèn)XAU6/8/2023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。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。JXAU6/8/2023④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)。JXAU6/8/2023第三節(jié)紫外可見吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系1．紫外可見吸收光譜

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。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n→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpECOHnpsHJXAU6/8/2023（1）躍遷類型

1.*躍遷它需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。飽和烴中的—c—c—鍵屬于這類躍遷。

2.n*躍遷實現(xiàn)這類躍遷所需要的能量較高，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。JXAU6/8/20233.*躍遷它需要的能量低于*躍遷，吸收峰一般處于近紫外光區(qū)，在200nm左右，其特征是摩爾吸光系數(shù)大，一般Кmax104，為強吸收帶。4.n*躍遷這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū),一般>200nm

。它是簡單的生色團如羰基、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，摩爾吸光系數(shù)小，通常小于100，屬于弱吸收。sp

*s*RKE,BnpE其中-*和n-*兩種躍遷的能量小，相應(yīng)波長出現(xiàn)在近紫外區(qū)甚至可見光區(qū)，且對光的吸收強烈，是我們研究的重點。JXAU6/8/2023（2）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。但是，人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團。具有不飽和鍵π電子的基團，產(chǎn)生π→π*躍遷，躍遷ΔE較低

注：當(dāng)出現(xiàn)幾個發(fā)色團共軛，則幾個發(fā)色團所產(chǎn)生的吸收帶將消失，代之出現(xiàn)新的共軛吸收帶，其波長將比單個發(fā)色團的吸收波長長，強度也增強。JXAU6/8/2023下面為某些常見生色團的吸收光譜。JXAU6/8/20232．助色團：有一些含有n電子的基團，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團相連時，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。常見助色團助色順序為：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-3．吸收帶（R、K、B、E）強帶和弱帶：

Кmax>105→強帶

К

max<103→弱帶JXAU6/8/20234.

紅移與藍(lán)移有機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)。5.

增色效應(yīng)和減色效應(yīng)——波長不變

增色效應(yīng)：吸收強度增強的效應(yīng)

減色效應(yīng)：吸收強度減小的效應(yīng)JXAU6/8/2023(3)各種常見有機化合物紫外-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、可見分光光度計的測量范圍，處于真空紫外區(qū)。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*。其相應(yīng)的吸收波長發(fā)生紅移。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用價值不大。但是它們是測定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。JXAU6/8/20232.不飽和烴及共軛烯烴(A)非共軛不飽和烯烴

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左右。

JXAU6/8/2023177nm217nm

?

?

?

(HOMOLVMO)

max

（B）共軛烯烴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，吸收強度也隨之增強。共軛雙鍵愈多，紅移愈顯著，甚至產(chǎn)生顏色。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。

K帶——共軛非封閉體系的*躍遷JXAU6/8/2023JXAU6/8/2023基-----是由非環(huán)或六環(huán)共軛二烯母體決定的基準(zhǔn)值；母體基本值：

異環(huán)二烯/無環(huán)二烯

基=217nm

同環(huán)二烯

基=253nm計算共軛烯烴—*躍遷最大吸收峰位置的經(jīng)驗規(guī)則max=基+nii

伍德沃德——菲澤

規(guī)則(Woodward—fieser)JXAU6/8/2023

niI:由雙鍵上取代基種類和個數(shù)決定的校正項(1)

每延長一個共軛雙鍵+30nm(2)環(huán)外雙鍵+5nm(3)增加一個烷基（-R）+5

nm（4）增加一個環(huán)殘基+5nm（5）酰基（-OCOR）0

（6）烷氧基（-OR）+6nm

（7）-SR+30nm(8)鹵素（-Cl，-Br）+5nm(9)-NR2+60nmJXAU6/8/20233.羰基化合物①Y=H,R

n→*

180-190nm

→

*

150-160nm

n→*

275-295nm羰基化合物含有C=O基團。C=O基團主要可產(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)，R帶吸收較弱（εmax<100）醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n*吸收帶的光區(qū)稍有不同。JXAU6/8/2023②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基團，這些助色團上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生p共軛K帶紅移，R帶蘭移；R帶max=205nm

；10-100

n

177nm

n

③不飽和醛酮K帶紅移：177250nmR

帶紅移：290310nm

JXAU6/8/20234.苯及其衍生物

苯：E1帶180184nm；

=47000E2帶200204nm=7000

苯環(huán)上三個共扼雙鍵的→*躍遷特征吸收帶；B帶230-270nm

=200

→

*與苯環(huán)振動能級躍遷疊加引起；也稱精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶。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，B帶簡化，紅移。

max（nm）

max苯254200甲苯261300間二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300JXAU6/8/2023乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環(huán)共軛：K帶強；苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B帶簡化；氧上的孤對電子：R帶紅移，躍遷禁阻，弱；CCH3On→p*

;

R帶p

→p*

;

K帶JXAU6/8/2023苯環(huán)上助色基團對吸收帶的影響JXAU6/8/2023苯環(huán)上生色基團對吸收帶的影響JXAU6/8/20232.立體結(jié)構(gòu)和互變結(jié)構(gòu)對光譜的影響順反異構(gòu)：順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互變異構(gòu)：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=245nm

JXAU6/8/20233.溶劑對吸收光譜的影響非極性極性n

np

n<p

n

p

非極性極性n>p

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)*230238237243n*329315309305n

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；JXAU6/8/2023溶劑的影響極性溶劑使精細(xì)結(jié)構(gòu)消失；JXAU6/8/2023溶劑的選擇由于溶劑對電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表中必須注明所用的溶劑。與已知化合物紫外光譜作對照時也應(yīng)注明所用的溶劑是否相同。在進(jìn)行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。選擇溶劑時注意下列幾點：（1）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質(zhì)應(yīng)該是惰性的。即所成溶液應(yīng)具有良好的化學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性。（2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收。JXAU6/8/2023第四節(jié)儀器紫外-可見分光光度計JXAU6/8/2023一、基本組成光源單色器樣品室檢測器顯示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，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類

可見光區(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。JXAU6/8/2023

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單色光的光學(xué)系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；

④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；⑤出射狹縫。JXAU6/8/20233.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。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、數(shù)字顯示、微機進(jìn)行儀器自動控制和結(jié)果處理JXAU6/8/2023二、分光光度計的類型1.單光束

簡單，價廉，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。JXAU6/8/2023單波長單光束分光光度計0.575光源單色器吸收池檢測器顯示JXAU6/8/20232.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，價格較高。JXAU6/8/2023單波長雙光束分光光度計

參比池差值ΔA光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器JXAU6/8/20233.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。ΔA=Aλ2-Aλ1=(λ2-λ1)bc=KcJXAU6/8/2023第五節(jié)紫外吸收光譜的應(yīng)用1.定性分析

max,max：化合物特性參數(shù)，可作為定性依據(jù)；

有機化合物紫外吸收光譜：反映結(jié)構(gòu)中生色團和助色團的特性，不完全反映整個分子特性；結(jié)構(gòu)確定的輔助工具；

Кmax，max都相同，可能是一個化合物；

標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫：46000種化合物紫外光譜的標(biāo)準(zhǔn)譜圖

JXAU6/8/20232、定量分析1.單組份定量方法1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（略）2）標(biāo)準(zhǔn)對比法：該法是標(biāo)準(zhǔn)曲線法的簡化，即只配制一個濃度為cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測量其吸光度，求出吸收系數(shù)k，然后由Ax=kcx求出cx

該法只有在測定濃度范圍內(nèi)遵守L-B定律，且