紫外可見分光光度法

關(guān)于紫外可見分光光度法第1頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三2

研究物質(zhì)在紫外、可見光區(qū)的分子吸收光譜的分析方法稱為紫外—可見分光光度法。紫外—可見分光光度法是利用某些物質(zhì)的分子吸收190~750nm的輻射來進(jìn)行分析測定的方法。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間的躍遷，廣泛用于無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的定性和定量測定。第2頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三3一、分子吸收光譜的產(chǎn)生在分子中，除了電子相對于原子核的運(yùn)動外，還有核間相對位移引起的振動和轉(zhuǎn)動。這三種運(yùn)動能量都是量子化的，并對應(yīng)有一定能級。下圖為分子的能級示意圖。E分子=E電子+E振動+E轉(zhuǎn)動3-1分子吸收光譜第3頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三4圖3-1：雙原子分子的三種能級躍遷示意圖（實(shí)際上電子能級間隔要比圖示大得多，轉(zhuǎn)動能級間隔要比圖示小得多）第4頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三5圖中A和B表示不同能量的電子能級。在每一電子能級上有許多間距較小的振動能級，在每一振動能級上又有許多更小的轉(zhuǎn)動能級。

若用△E電子、△

E振動、△

E轉(zhuǎn)動分別表示電子能級、振動能級轉(zhuǎn)動能級差，即有△

E電子△

E振動△

E轉(zhuǎn)動。處在同一電子能級的分子，可能因其振動能量不同，而處在不同的振動能級上。當(dāng)分子處在同一電子能級和同一振動能級時(shí)，它的能量還會因轉(zhuǎn)動能量不同，而處在不同的轉(zhuǎn)動能級上。所以分子的總能量可以認(rèn)為是這三種能量的總和：E分子=E電子+E振動+E轉(zhuǎn)動3-1分子吸收光譜第5頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三6

當(dāng)用頻率為的電磁波照射分子，而該分子的較高能級與較低能級之差△

E恰好等于該電磁波的能量h時(shí)，即有

△

E=h（h為普朗克常數(shù)）此時(shí)，在微觀上出現(xiàn)分子由較低的能級躍遷到較高的能級；在宏觀上則透射光的強(qiáng)度變小。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并記錄下來，然后以波長為橫坐標(biāo)，以電信號（吸光度A）為縱坐標(biāo)，就可以得到一張光強(qiáng)度變化對波長的關(guān)系曲線圖——分子吸收光譜圖。3-1分子吸收光譜第6頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三7二、分子吸收光譜類型根據(jù)吸收電磁波的范圍不同，可將分子吸收光譜分為遠(yuǎn)紅外光譜、紅外光譜及紫外、可見光譜三類。分子的轉(zhuǎn)動能級差一般在0.005~0.05eV。產(chǎn)生此能級的躍遷，需吸收波長約為250~25m的遠(yuǎn)紅外光，因此，形成的光譜稱為轉(zhuǎn)動光譜或遠(yuǎn)紅外光譜。分子的振動能級差一般在0.05~1eV，需吸收波長約為25~1.25m的紅外光才能產(chǎn)生躍遷。在分子振動時(shí)同時(shí)有分子的轉(zhuǎn)動運(yùn)動。這樣，分子振動產(chǎn)生的吸收光譜中，包括轉(zhuǎn)動光譜，故常稱為振-轉(zhuǎn)光譜。由于它吸收的能量處于紅外光區(qū)，故又稱紅外光譜。3-1分子吸收光譜第7頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三8

電子的躍遷能差約為1~20eV，比分子振動能級差要大幾十倍，所吸收光的波長約為12.5~0.06m，主要在真空紫外到可見光區(qū)，對應(yīng)形成的光譜，稱為電子光譜或紫外、可見吸收光譜。通常，分子是處在基態(tài)振動能級上。當(dāng)用紫外、可見光照射分子時(shí)，電子可以從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)的任一振動（或不同的轉(zhuǎn)動）能級上。因此，電子能級躍遷產(chǎn)生的吸收光譜，包括了大量譜線，并由于這些譜線的重疊而成為連續(xù)的吸收帶，這就是為什么分子的紫外、可見光譜不是線狀光譜，而是帶狀光譜的原因。3-1分子吸收光譜第8頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三9又因?yàn)榻^大多數(shù)的分子光譜分析，都是用液體樣品，加之儀器的分辨率有限，因而使記錄所得電子光譜的譜帶變寬。由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外區(qū)（60~200nm）均有吸收，因此在測定這一范圍的光譜時(shí)，必須將光學(xué)系統(tǒng)抽成真空，然后充以一些惰性氣體，如氦、氖、氬等。鑒于真空紫外吸收光譜的研究需要昂貴的真空紫外分光光度計(jì)，故在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。我們通常所說的紫外—可見分光光度法，實(shí)際上是指近紫外、可見分光光度法。

3-1分子吸收光譜第9頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三10不同波長范圍的電磁波所能激發(fā)的分子和原子的運(yùn)動情況如表3-1所示。表3-1：電磁波譜第10頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三§3-2光吸收定律一.Lambert–Beer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：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

∝

b

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：式中：A：吸光度；T:透射率；

b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；

c：溶液的摩爾濃度，單位mol·L-1；

ε：摩爾吸光系數(shù)，單位L·mol-1·cm-1；A＝－lgT

＝－lg（It/I0)=εbc

１.光吸收定律的表達(dá)式及其含義第11頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三２.吸光度與透射率A＝-lgT

＝-lg(It/I0)=εbc

T

＝10–A=10-εbc

C1.00.50AC100500T%多組分混合體系中，如果各組分分子之間不存在離解、聚合、化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)平衡時(shí)，其吸光度具有加合性，即：３.吸光度的加合性第12頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三4.摩爾吸光系數(shù)ε

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。在溫度和介質(zhì)條件一定時(shí)，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)；不隨濃度c和光程長度b的改變而改變：ε＝bc

/A。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/ε

b

=0.01/105=10-7mol/Lε=(6～10)×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/Lε

在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長下的吸光度。A＝-lgT

＝εbc

第13頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三5.吸光系數(shù)的幾種表示方法C---mol/Lε---摩爾吸光系數(shù)

L·mol–1·cm-1C--g/La---吸光系數(shù)

L·g–1·cm-1C--g/100mLE1%1cm---比吸光系數(shù)100mL·g–1·cm-1、a、E1%1cm之間的相互換算：二.Beer定律的的局限性１.儀器偏離單色光Lambert–Beer定律的前提條件之一是入射光為單色光。但實(shí)際上難以獲得真正意義上的純單色光。分光光度計(jì)只能獲得近乎單色的狹窄光普通帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對朗伯-比耳定律的正或負(fù)偏離。1.00.50AC正偏離負(fù)偏離第14頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三２.濃度的限制稀溶液Beer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(shí)才基本符合。當(dāng)溶液濃度C>10-2mol/L時(shí)，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(shí)。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。e.g.鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ

CrＯ42-、Cr2Ｏ72-的吸光性質(zhì)不同，即ε(λ)不同。此時(shí)溶液pH對測定有重要影響。３.化學(xué)偏離恒定的化學(xué)環(huán)境e.g.光吸收定律的假定：溶液必須使均相體系。膠體、乳膠、懸浮物、沉淀等非均相體系產(chǎn)生的光散射會引起對朗伯-比耳定律的偏離。４.非均相體系偏離真溶液第15頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三5.最佳的吸光度測量范圍-lnT

＝εbC

d[lnT]＝-εbd

C

0.4343d

T/T

＝-εbd

C

d

C/C=

0.4343d

T/(TlgT)A=-lgT

＝0.4343T

＝0.368△

C/C×100

=

0.4343△

T/(TlgT)×100=

0.4343×(±0.01)/[0.368×(-0.4343)]×100=±2.7%最佳的吸光度范圍：A＝0.2~0.8當(dāng)△

T=±0.01，即透射率的測量誤差為1%時(shí)：第16頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三△

T=0.01△

T=0.01△

T=0.005△

T=0.005△

T=0.001△

T=0.001△

T=0.0005△

T=0.0005△

T=0.0001△

T=0.0001最佳的吸光度范圍A＝0.2~0.8d

C/C=

0.4343d

T/(TlgT)第17頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三.吸收光譜的表示方法1.logε~λnm(或埃)

1232.logε~波數(shù)/cm-1

3.logε~頻率/sec-1

菲的吸收光譜第18頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三4.ε~λnm(或埃)5.A~λnm(或埃)最常用的譜圖6.T~λnm(或埃)456菲的吸收光譜第19頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三20在紫外和可見光譜區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物的吸收帶主要由*、*、n*、n*及電荷遷移躍遷產(chǎn)生。由于電子躍遷的類型不同，實(shí)現(xiàn)躍遷需要的能量不同，因此吸收光的波長范圍也不相同。其中*躍遷所需能量最大，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)。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第20頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三21一、有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜（一）、躍遷類型

基態(tài)有機(jī)化合物的價(jià)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，可能的躍遷為*、*、n*n*等。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第21頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三22有機(jī)化合物的紫外吸收光譜取決于分子中外層電子的性質(zhì)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，例如乙烷的最大吸收波長max為135nm；甲烷的最大吸收波長max為125nm。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第22頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三23

2.n*躍遷：實(shí)現(xiàn)這類躍遷所需要的能量較高，其吸收光譜落于遠(yuǎn)紫外光區(qū)和近紫外光區(qū)，如CH3OH和CH3NH2的n*躍遷光譜分別為183nm和213nm，含有雜原子的跑和有化合物。

3.*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max104，為強(qiáng)吸收帶。如乙烯（蒸氣）的最大吸收波長max為162

nm。第23頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三244n*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(tuán)如羰基、硝基等中的孤對電子向反鍵軌道躍遷。其特點(diǎn)是譜帶強(qiáng)度弱，摩爾吸光系數(shù)小，通常小于100。有機(jī)化合物的紫外吸收光譜中，

n*和*躍遷產(chǎn)生的吸收帶最有用。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第24頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三NCH3CH3－+hvhvCRO+_吸收譜帶較寬、吸收強(qiáng)度大、εmax≥104，是強(qiáng)吸收帶。電子接受體電子接受體電子給予體電子給予體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(shí)，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(shí)質(zhì)是一個(gè)內(nèi)氧化—還原的過程，而相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。第25頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三26圖3-2：電子躍遷能級示意圖第26頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三27

圖3-3：電子躍遷所處的波長范圍及強(qiáng)度第27頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三28（二）、常用術(shù)語1，生色團(tuán)

從廣義來說，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團(tuán)。但是，人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團(tuán)。(含有鍵的不飽和基團(tuán))下面為某些常見生色團(tuán)的吸收光譜。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第28頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三293-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第29頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三302，助色團(tuán)助色團(tuán)是指帶有非鍵電子對的基團(tuán)，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-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(tuán)相連時(shí)，會使生色團(tuán)的吸收峰向長波方向移動，并且增加其吸光度。3，紅移與藍(lán)移（紫移）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的基團(tuán)（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2

）之后，吸收峰的波長將向長波方向移動，這種效應(yīng)稱為紅移效應(yīng)。這種會使某化合物的最大吸收波長向長波方向移動的基團(tuán)稱為向紅基團(tuán)。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第30頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三31

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，吸收峰的波長會向短波方向移動，這種效應(yīng)稱為藍(lán)移（紫移）效應(yīng)。這些會使某化合物的最大吸收波長向短波方向移動的基團(tuán)（如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3）稱為向藍(lán)（紫）基團(tuán)。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第31頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三A.飽和烴及其衍生物：σ→σ*、n→σ*（三）。有機(jī)化合物的電子光譜直接用烷烴獲鹵代烴的吸收光譜來分析這些化合物的實(shí)用價(jià)值不大，是極好的溶劑。σ→σ*：λmax＜

150nmn→σ*H2OCH3CICH3BrCH3Iλmax/nm：167173204258取代元素的極性B.不飽和烴及共軛烯烴：σ→σ*、π→π*

(K

吸收帶)化合物1,3-丁二烯1,3,5-己三烯1,3,5,7-辛四烯1,3,5,7,9-葵五烯1,3,5,7,9-,11十六烷基六烯λmax/nm217268304334364εmax21,00043,000121,000138,000第32頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三C.羰基化合物：

n→π*(R

吸收帶)、n→σ*、π→π*

醛、酮:n→π*λmax~270~300nmεmax~10-20α,β不飽和醛酮:n→π*λmax~310-330nmεmax~10~20

π→π*λmax~220-260nmεmax~10000羧酸及其衍生物:n→π*

存在助色團(tuán)：-OH、-OR、-NH2、-Cl

形成n→π共軛，π軌道降低，π*軌道能量升高

n軌道能量不受影響，因此n→π*藍(lán)移λmax~210nm識別α,β不飽和醛酮第33頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三34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。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第34頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三35生色團(tuán)化合物溶劑max/nmmax羰基CH3COCH3正己烷28016羧基CH3COOH乙醇20441硝基CH3NO2異辛烷28022亞硝基C4H9NO乙醚66520表3-常見生色團(tuán)n*躍遷的吸收特性第35頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三364苯及其衍生物苯有三個(gè)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）。如圖：3-4所示：第36頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三37圖3-4苯的紫外吸收光譜第37頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三38圖3-5苯和甲苯的紫外吸收光譜（環(huán)己烷）第38頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三39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(shí)，苯的三個(gè)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。

3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第39頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三405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，但是與苯本身相比較，這三個(gè)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。3-3有機(jī)化合物的紫外吸收光譜第40頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三41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。

產(chǎn)生無機(jī)化合物紫外、可見吸收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。1.電荷遷移躍遷無機(jī)配合物有電荷遷移躍遷產(chǎn)生的電荷遷移吸收光譜。

3-4無機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜第41頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三42

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)生電荷遷移吸收光譜。不少過渡金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng)所生成的配合物以及許多水合無機(jī)離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。3-4無機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜第42頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三43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、HgS等，也是由于這類躍遷而產(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。第43頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三44配位場躍遷（包括d-d躍遷和f-f躍遷）

元素周期表中第四、五周期的過度金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。在配體的存在下，過渡元素五個(gè)能量相等的d軌道和鑭系元素七個(gè)能量相等的f

軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。當(dāng)它們的離子吸收光能后，3-4無機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜第44頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三45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，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可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。第45頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三46溶劑對紫外—可見光譜的影響較為復(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(shí)，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發(fā)生變化。下表為溶劑對亞異丙酮紫外吸收光譜的影響。正己烷CHCl3CH3OHH2O

*max/nm230238237243n

*max/nm3293153093053-5溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響第46頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三47

由上表可以看出，當(dāng)溶劑的極性增大時(shí)，由n

*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生藍(lán)移，而由*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。因此，在測定紫外、可見吸收光譜時(shí)，應(yīng)注明在何種溶劑中測定。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(shí)也應(yīng)注明所用的溶劑是否相同。

3-5溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響第47頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三48在進(jìn)行紫外光譜法分析時(shí)，必須正確選擇溶劑。選擇溶劑時(shí)注意下列幾點(diǎn)：（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)和光化學(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。3-5溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響第48頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三49溶劑除了對吸收波長有影響外，還影響吸收強(qiáng)度和精細(xì)結(jié)構(gòu)。例如：Ｂ吸收帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)在非極性溶劑中較清楚，但在極性溶劑中則較弱，有時(shí)要消失而出現(xiàn)一個(gè)寬峰。因此，在溶解度允許范圍內(nèi)，應(yīng)選擇極性較小的溶劑。3-5溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響第49頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三50另外，溶劑本身有一定的吸收帶，如果和溶質(zhì)的吸收帶有重疊，將妨礙溶質(zhì)吸收帶的觀察。紫外吸收光譜分析中常用溶劑的最低波長極限均列于表中，低于此波長，溶劑的吸收不可忽視。第50頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三§3-6紫外-可見分光光度計(jì)一.主要組成及部件的功能1.工作原理及儀器結(jié)構(gòu)框圖光源碘鎢燈氘燈單色器測量池參比池樣品池光電倍增管數(shù)據(jù)處理和儀器控制光源樣品池單色器檢測器數(shù)據(jù)處理儀器控制第51頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三52紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是由五個(gè)部分組成：即光源、單色器、吸收池、檢測器和信號指示系統(tǒng)。（一）光源

對光源的基本要求是應(yīng)在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長的變化應(yīng)盡可能小。分光光度計(jì)中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類。熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；3-6紫外-可見分光光度計(jì)第52頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三53氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340~2500nm。這類光源的輻射能量與施加的外加電壓有關(guān)，在可見光區(qū)，輻射的能量與工作電壓4次方成正比。光電流與燈絲電壓的n次方（n1）成正比。因此必須嚴(yán)格控制燈絲電壓，儀器必須配有穩(wěn)壓裝置。

在近紫外區(qū)測定時(shí)常用氫燈和氘燈。它們可在160~375nm范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光源。氘燈的燈管內(nèi)充有氫的同位素氘，它是紫外光區(qū)應(yīng)用最廣泛的一種光源，其光譜分布與氫燈類似，但光強(qiáng)度比相同功率的氫燈要大3~5倍。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第53頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三54（二）單色器

單色器是能從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置，其主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長且波長在紫外可見區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。單色器一般由入射狹縫、準(zhǔn)光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。單色器的性能直接影響入射光的單色性，從而也影響到測定的靈敏度度、選擇性及校準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系等。能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第54頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三55棱鏡有玻璃和石英兩種材料。

它們的色散原理是依據(jù)不同的波長光通過棱鏡時(shí)有不同的折射率而將不同波長的光分開。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱鏡只能用于350~3200nm的波長范圍，即只能用于可見光域內(nèi)。石英棱鏡可使用的波長范圍較寬，可從185~4000nm，即可用于紫外、可見和近紅外三個(gè)光域。

光柵是利用光的衍射與干涉作用制成的，它可用于紫外、可見及紅外光域，而且在整個(gè)波長區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。它具有色散波長范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是各級光譜會重疊而產(chǎn)生干擾。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第55頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三56入射、出射狹縫，透鏡及準(zhǔn)光鏡等光學(xué)元件中狹縫在決定單色器性能上起重要作用。狹縫的大小直接影響單色光純度，但過小的狹縫又會減弱光強(qiáng)。（三）吸收池

吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃吸收池只能用于可見光區(qū)。為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測定中（紫外區(qū)尤其重要），吸收池要挑選配對。因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L度的精度等對分析結(jié)果都有影響。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第56頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三57（四）檢測器檢測器的功能是檢測信號、測量單色光透過溶液后光強(qiáng)度變化的一種裝置。常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。硒光電池對光的敏感范圍為300~800nm，其中又以500~600nm最為靈敏。這種光電池的特點(diǎn)是能產(chǎn)生可直接推動微安表或檢流計(jì)的光電流，但由于容易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)而只能用于低檔的分光光度計(jì)中。光電管在紫外-可見分光光度計(jì)上應(yīng)用較為廣泛。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第57頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三58光電倍增管是檢測微弱光最常用的光電元件，它的靈敏度比一般的光電管要高200倍，因此可使用較窄的單色器狹縫，從而對光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)有較好的分辨能力。（五）信號指示系統(tǒng)它的作用是放大信號并以適當(dāng)方式指示或記錄下來。常用的信號指示裝置有直讀檢流計(jì)、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動記錄裝置等。很多型號的分光光度計(jì)裝配有微處理機(jī)，一方面可對分光光度計(jì)進(jìn)行操作控制，另一方面可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第58頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三59二、紫外-可見分光光度計(jì)的類型紫外-可見分光光度計(jì)的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束分光光度計(jì)、雙光束分光光度計(jì)和雙波長分光光度計(jì)。1單光束分光光度計(jì)

經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以進(jìn)行吸光度的測定。這種簡易型分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，維修容易，適用于常規(guī)分析。2雙光束分光光度計(jì)

經(jīng)單色器分光后經(jīng)反射鏡分解為強(qiáng)度相等的兩束光，3-6紫外-可見分光光度計(jì)第59頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三60一束通過參比池，一束通過樣品池。光度計(jì)能自動比較兩束光的強(qiáng)度，此比值即為試樣的透射比，經(jīng)對數(shù)變換將它轉(zhuǎn)換成吸光度并作為波長的函數(shù)記錄下來。雙光束分光光度計(jì)一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時(shí)分別通過參比池和樣品池，還能自動消除光源強(qiáng)度變化所引起的誤差。3雙波長分光光度計(jì)由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個(gè)單色器，得到兩束不同波長（1和2）的單色光；3-6紫外-可見分光光度計(jì)第60頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三61利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池，然后經(jīng)過光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，最后由顯示器顯示出兩個(gè)波長處的吸光度差值ΔA（ΔA=A1-A2）。

對于多組分混合物、混濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。利用雙波長分光光度計(jì)，能獲得導(dǎo)數(shù)光譜。通過光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，使雙波長分光光度計(jì)能很方便地轉(zhuǎn)化為單波長工作方式。如果能在1和2處分別記錄吸光度隨時(shí)間變化的曲線，還能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究。3-6紫外-可見分光光度計(jì)第61頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三62它可用來進(jìn)行在紫外區(qū)范圍有吸收峰的物質(zhì)的檢定及結(jié)構(gòu)分析，其中主要是有機(jī)化合物的分析和檢定，同分異構(gòu)體的鑒別，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測定等；另一方面，如果物質(zhì)組成的變化不影響生色團(tuán)及助色團(tuán)，就不會顯著地影響其吸收光譜，因此物質(zhì)的紫外吸收光譜基本上是其分子中生色團(tuán)及助色團(tuán)的特性，而不是它的整個(gè)分子的特性?！?-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第62頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三63所以，單根據(jù)紫外光譜不能完全決定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，還必須與紅外吸收光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜以及其它化學(xué)的和物理化學(xué)的方法共同配合起來，才能得出可靠的結(jié)論。第63頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三64當(dāng)然，紫外光譜也有其特有的優(yōu)點(diǎn)。例如具有π鍵電子及共軛雙鍵的化合物，在紫外區(qū)有強(qiáng)烈的K吸收帶，其摩爾吸收系數(shù)可達(dá)104～105L·mo1-1·cm-1，檢測靈敏度很高(紅外吸收光譜的ε很少超過103L·mo1-1·cm-1)，因而紫外吸收光譜的λmax和εmax還是能像其它物理常數(shù)，如熔點(diǎn)、旋光度等一樣，可提供一些有價(jià)值的定性數(shù)據(jù)。其次，紫外吸收光譜分析所用的儀器比較簡單而普遍，操作方便，準(zhǔn)確度也較高，因此它的應(yīng)用是很廣泛的?！?-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第64頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三651．定性分析以紫外吸收光鑒定有機(jī)化合物時(shí)，通常是在相同的測定條件下，比較未知物與已知標(biāo)準(zhǔn)物的紫外光譜圖，將兩者的譜圖相同，則可認(rèn)為待測試樣與已知化合物具有相同的生色團(tuán)。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)物，也可借助了標(biāo)準(zhǔn)譜圖或有關(guān)電子光譜數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較?！?-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第65頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三66

但應(yīng)注意，紫外吸收光譜相同，兩種化合物有時(shí)不一定相同，因?yàn)樽贤馕展庾V常只有2～3個(gè)較寬的吸收峰，具有相同生色團(tuán)的不同分子結(jié)構(gòu)，有時(shí)在較大分子中不影響生色團(tuán)的紫外吸收峰，導(dǎo)致不同分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相同的紫外吸收光譜，但它們的吸光系數(shù)是有差別的，所以在比較λmax的同時(shí)，還要比較它們的εmax§3-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第66頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三672.有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的推斷根據(jù)化合物的紫外及可見區(qū)吸收光譜可以推測化合物所含的官能團(tuán)。a.例如化合物在220～800nm范圍內(nèi)無吸收峰，它可能是脂肪族碳?xì)浠衔?、胺、腈、醇、羧酸、氯代烴和氟代烴，不含雙鍵或環(huán)狀共扼體系，沒有醛、酮或溴、碘等基團(tuán)。b.如果在210～250nm有強(qiáng)吸收帶，可能含有二個(gè)雙鍵的共軛單位；c.在260～350nm有強(qiáng)吸收帶，表示有3～5個(gè)共軛單位。

§3-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第67頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三68d.如化合物在270～350nm范圍內(nèi)出現(xiàn)的吸收峰很弱(ε＝10～100L·mo1-1·cm-1)而無其它強(qiáng)吸收峰，則說明只含非共軛的，具有n電子的生色團(tuán)。例如：

§3-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第68頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三69第69頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三70e.如在250～300nm有中等強(qiáng)度吸收帶且有一定的精細(xì)結(jié)構(gòu)，則表示有苯環(huán)的特征吸收。

紫外吸收光譜除可用于推測所含官能團(tuán)外，還可用來對某些同分異構(gòu)體進(jìn)行判別。例如乙酰乙酸乙酯存在下述酮-烯醇互變異構(gòu)體：

§3-7紫外吸收光譜的應(yīng)用第70頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三71酮式?jīng)]有共軛雙鍵，它在204nm處僅有弱吸收；而烯醇式由于有共軛雙鍵，因此在245nm處有強(qiáng)的K吸收帶(ε＝18000L·mo1-1·cm-1)。故根據(jù)它們的紫外吸收光譜可判斷其存在與否。

第71頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三72又如1，2-二苯乙烯具有順式和反式兩種異構(gòu)體：

已知生色團(tuán)或助色團(tuán)必須處在同一平面上才能產(chǎn)生最大的共軛效應(yīng)。由上列二苯乙烯的結(jié)構(gòu)式可見，順式異構(gòu)體由于產(chǎn)生位阻效應(yīng)而影響平面性，使共軛的程度降低，因而發(fā)生淺色移動(向短波方向移動)，并使

值降低。由此可判斷其順反式的存在。

第72頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三73

3．純度檢查如果一化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其中的雜質(zhì)有較強(qiáng)吸收，就可方便地檢出該化合物中的痕量雜質(zhì)。例如要檢定甲醇或乙醇中的雜質(zhì)苯，可利用苯在256nm處的B吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長處幾乎沒有吸收(圖3-5及3-6)。又如四氯化碳中有無二硫化碳雜質(zhì)，只要觀察在318nm處有無二硫化碳的吸收峰即可。§3-7紫外吸