仪器分第9章 紫外可见吸收光谱法32h

1、第第9章章 紫外紫外-可见吸收光谱法可见吸收光谱法基于物质对基于物质对200800nm光谱区辐射的吸收特光谱区辐射的吸收特性建立起来的分析测定方法：性建立起来的分析测定方法：1、灵敏度高。可以测定、灵敏度高。可以测定10-710-4 g/ml的微量的微量组分组分2、准确度高。相对误差一般在、准确度高。相对误差一般在1%-5%之内之内3、仪器价格较低，操作简便、快速、仪器价格较低，操作简便、快速4、应用范围广。、应用范围广。第一节第一节 紫外紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱v紫外紫外-可见吸收光谱包括紫外吸收光谱可见吸收光谱包括紫外吸收光谱(200-400nm)和可见吸收光谱和可见吸收光谱(400

2、-800nm)，两者都属于电子光，两者都属于电子光谱。谱。v紫外紫外-可见吸收光谱法的定量依据认识可见吸收光谱法的定量依据认识lamber-beer定律。摩尔吸光系数定律。摩尔吸光系数 单位为单位为lmol-1cm-1。v吸收光谱又称为吸收曲线，它是以入射光的波长吸收光谱又称为吸收曲线，它是以入射光的波长 为横坐标，吸光度为横坐标，吸光度a为纵坐标绘制的为纵坐标绘制的a- 曲线。曲线。紫外紫外可见吸收曲线可见吸收曲线1、有机化合物的紫外、有机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱v紫外紫外-可见吸收光谱是分子中价电子的跃迁产可见吸收光谱是分子中价电子的跃迁产生的，因此，有机化合物的紫外生的，因

3、此，有机化合物的紫外-可见吸收光可见吸收光谱取决于分子中价电子分布和结合情况。谱取决于分子中价电子分布和结合情况。v有机化合物分子对紫外光或可见光的特征吸有机化合物分子对紫外光或可见光的特征吸收，可以用最大吸收波长收，可以用最大吸收波长 max来表示。来表示。 max决定了分子的激发态与基态之间的能量差。决定了分子的激发态与基态之间的能量差。v紫外紫外-可见吸收光谱有关的价电子主要有：形可见吸收光谱有关的价电子主要有：形成单键的成单键的 电子、形成不饱和键的电子、形成不饱和键的 电子以及电子以及未参与成键的未参与成键的n电子电子(孤对电子孤对电子)。v以甲醛为例，以甲醛为例，代表代表 电子，电

4、子， 代表代表 电子，电子， 代代表表n电子电子v根据分子轨道理论：根据分子轨道理论： n * * *p由于空气对远紫外光区的光有吸收，一般的紫外由于空气对远紫外光区的光有吸收，一般的紫外-可见分光光度计还难以在远紫外区工作，因此，对可见分光光度计还难以在远紫外区工作，因此，对这三种跃迁研究的很少。这三种跃迁研究的很少。p饱和烃具有饱和烃具有 电子，受到光电子，受到光 照射容易产生照射容易产生 *，加上，加上 在在200800nm无吸收带，无吸收带， 常用作溶剂。常用作溶剂。在紫外在紫外-可见吸收光谱中，有机化合物的吸收光谱主可见吸收光谱中，有机化合物的吸收光谱主要由要由n *， *，n *及

5、电荷转移跃迁产生及电荷转移跃迁产生1、n *跃迁：含杂原子饱和基团（跃迁：含杂原子饱和基团（-oh，-nh2）e较大，较大， 150250nm（在远紫外区和近紫外区）（在远紫外区和近紫外区）摩尔吸光系数较小摩尔吸光系数较小2、 *跃迁：含有跃迁：含有 电子的电子的不饱和基团（不饱和基团（-c=c-，-c=o ） e较小，较小， 200nm（近紫外区）（近紫外区）摩尔吸光系数大，一般摩尔吸光系数大，一般104 lmol-1cm-1体系越共轭，体系越共轭，e越小，越小， 越大越大3、 n *跃迁：跃迁：含杂原子不饱和基团（含杂原子不饱和基团（-cn ，-c=o ）e最小，最小， 200400nm（

6、近紫外区）（近紫外区）谱带强度弱，摩尔吸光系数小，一般谱带强度弱，摩尔吸光系数小，一般104lmol-1cm-1。v配位场跃迁配位场跃迁v主要是过渡元素的主要是过渡元素的d-d跃迁和跃迁和f-f跃迁。跃迁。v在配位场作用下，简并的在配位场作用下，简并的d轨道或轨道或f轨道发生轨道发生分裂，低能态的分裂，低能态的d或或f电子可以跃迁到高能态电子可以跃迁到高能态的的d或或f轨道上去。轨道上去。v配位场跃迁位于可见光区，摩尔吸光系数小，配位场跃迁位于可见光区，摩尔吸光系数小，一般一般 104 lmol-1cm-1 强带强带 min103 lmol-1cm-1 弱带弱带v6.r带：由含杂原子的生色团带

7、：由含杂原子的生色团(co；cn；nn)的的n *跃迁产生吸收带。跃迁产生吸收带。v特点是强度较弱，特点是强度较弱， max250400nm，max104lmol-1cm-1；随着随着共轭体系增长，共轭体系增长， max红移，红移，maxv8.b带：由芳香族化合物的带：由芳香族化合物的 *跃迁产生的精细结构跃迁产生的精细结构吸收带。吸收带。v特点是特点是max=230270nm，max=200lmol-1cm-1，宽带，具有精细结构；但在极性溶剂中，或苯环连有宽带，具有精细结构；但在极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失取代基，其精细结构消失p9. e带：由苯环环形共轭带：由苯环环形共轭

8、系统的系统的 *跃迁产生，芳跃迁产生，芳香族化合物的特征吸收带香族化合物的特征吸收带 。pe1：180nm max104 （常观察不到）（常观察不到）pe2： 200nm max=8000 强吸收强吸收p苯环有发色团取代且与苯苯环有发色团取代且与苯环共轭时，环共轭时，e2带与带与k带合并带合并一起红移（长移）一起红移（长移）影响紫外影响紫外-可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素v一、共轭效应一、共轭效应v共轭效应使共轭体系形成大共轭效应使共轭体系形成大 键键，使各能级使各能级间的能量差减小，从而所需能量也就相应减间的能量差减小，从而所需能量也就相应减小，因此共轭效应使吸收波长产生红移。小，因此

9、共轭效应使吸收波长产生红移。v共轭不饱和键越多，红移越明显，吸收强度共轭不饱和键越多，红移越明显，吸收强度也随之加强。也随之加强。v二、溶剂效应二、溶剂效应v溶剂效应是指溶剂极性对紫外溶剂效应是指溶剂极性对紫外-可见吸收光谱的影响。可见吸收光谱的影响。极性溶剂影响吸收带的峰位，也影响吸收强度及精极性溶剂影响吸收带的峰位，也影响吸收强度及精细结构。细结构。v1.溶剂极性对光谱精细结构的影响溶剂极性对光谱精细结构的影响v当物质处于气态时，它的吸收光谱是由孤立分子所当物质处于气态时，它的吸收光谱是由孤立分子所给出的，因而可表现出振动和转动光谱等精细结构。给出的，因而可表现出振动和转动光谱等精细结构。

10、v当物质溶解于某种溶剂中时，由于溶剂化作用，溶当物质溶解于某种溶剂中时，由于溶剂化作用，溶质分子并不是孤立存在的，而是被溶剂分子所包围。质分子并不是孤立存在的，而是被溶剂分子所包围。溶剂化限制了溶质分子的自由转动，使转动光谱表溶剂化限制了溶质分子的自由转动，使转动光谱表现不出来。现不出来。 溶剂的极性越大，溶质分子的振动越受到限制，精细结构溶剂的极性越大，溶质分子的振动越受到限制，精细结构损失越多损失越多v2.溶剂极性对溶剂极性对 *跃迁的影响跃迁的影响v当溶剂极性增大时，由当溶剂极性增大时，由 *跃迁产生的跃迁产生的吸收带发生红移。吸收带发生红移。v激发态的极性比基态的极性大，激发态激发态的

11、极性比基态的极性大，激发态与极性溶剂间发生相互作用能量降低的与极性溶剂间发生相互作用能量降低的程度比基态与极性溶剂间作用而降低的程度比基态与极性溶剂间作用而降低的能量大。能量大。v基态与激发态之间的能量差变小了，吸基态与激发态之间的能量差变小了，吸收谱带向长波方向移动。收谱带向长波方向移动。v3.溶剂极性对溶剂极性对n *跃迁的影响跃迁的影响v当溶剂极性增大时，由当溶剂极性增大时，由n *跃迁产生跃迁产生的吸收带发生蓝移。的吸收带发生蓝移。vn *跃迁中含有非键跃迁中含有非键n电子。电子。n电子电子与极性溶剂形成氢键，能量降低的程与极性溶剂形成氢键，能量降低的程度比度比 *与极性溶剂作用降低得

12、要大。与极性溶剂作用降低得要大。v基态与激发态之间的能量差变大，吸基态与激发态之间的能量差变大，吸收谱带向短波方向移动。收谱带向短波方向移动。v溶剂的选择：溶剂的选择：v1.非极性溶剂或低极性溶剂非极性溶剂或低极性溶剂v2.溶剂能很好的溶解被测物，溶剂能很好的溶解被测物，形成的溶液具有良好的化学形成的溶液具有良好的化学和光学稳定性。和光学稳定性。v3.溶剂在试样的吸收光谱无溶剂在试样的吸收光谱无明显吸收。明显吸收。v三、三、ph影响影响v如果化合物在不同的如果化合物在不同的ph下存在的型体不同，吸收下存在的型体不同，吸收峰的位置会随峰的位置会随ph的改变而改变。的改变而改变。nh2h+nh3吸

13、收峰吸收峰 230nm 280nm吸收峰吸收峰 203nm 254nm苯胺的苯胺的uv光谱图光谱图 苯酚的苯酚的uv光谱图光谱图oho-oh-h+吸收峰吸收峰 210.5nm 270nm吸收峰吸收峰 235nm 287nm第二节第二节 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计v仪器构造：仪器构造：紫外紫外-可见分光光度计由光源、单可见分光光度计由光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统五个色器、吸收池、检测器和信号指示系统五个部分构成。部分构成。v仪器类型仪器类型：单光束分光光度计、双光束分光：单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计和多通道分光光光度计、双波长分光光度计和多通道分

14、光光度计。度计。单光束分光光度计单光束分光光度计双光束分光光度计双光束分光光度计v在单色器与吸收池之间加了一个斩光器。斩在单色器与吸收池之间加了一个斩光器。斩光器把均匀的单色光变成一定频率、强度相光器把均匀的单色光变成一定频率、强度相同的交替光，一束通过参比溶液，另一束通同的交替光，一束通过参比溶液，另一束通过试样溶液，由检测系统测量即可得到试样过试样溶液，由检测系统测量即可得到试样溶液的吸光度。溶液的吸光度。双波长分光光度计双波长分光光度计同一光源的光经两个单色器，得到两束具有不同同一光源的光经两个单色器，得到两束具有不同波长的单色光，两束光以一定的时间间隔交替照波长的单色光，两束光以一定的

15、时间间隔交替照射有试样溶液的吸收池。最后测得的是试样溶液射有试样溶液的吸收池。最后测得的是试样溶液在两个波长处的吸光度差值。在两个波长处的吸光度差值。第三节第三节 紫外紫外-可见吸收光谱法的应用可见吸收光谱法的应用v一、定性分析一、定性分析v由于紫外由于紫外-可见吸收光谱比较简单、特征性不强、大可见吸收光谱比较简单、特征性不强、大多数简单官能团在近紫外区只有微弱吸收或者无吸多数简单官能团在近紫外区只有微弱吸收或者无吸收，因此，该法的应用有一定的局限性。收，因此，该法的应用有一定的局限性。v主要适用于不饱和有机物，共轭体系的鉴定。主要适用于不饱和有机物，共轭体系的鉴定。v1.比较法比较法v在相同

16、的测定条件下，比较未知纯试样与已知标准在相同的测定条件下，比较未知纯试样与已知标准物的吸收光谱曲线，如果它们的吸收光谱曲线完全物的吸收光谱曲线，如果它们的吸收光谱曲线完全等同，则可以认为待测试样与已知化合物有相同的等同，则可以认为待测试样与已知化合物有相同的生色团。生色团。v2.最大吸收波长计算法最大吸收波长计算法v当采用其他物理和化学方法判断某化合物有当采用其他物理和化学方法判断某化合物有几种可能结构时，可用经验规则计算最大吸几种可能结构时，可用经验规则计算最大吸收波长收波长 max。v1）woodward-fieser经验规则经验规则v首先从母体得到一个最大吸收的基数，然后首先从母体得到一

17、个最大吸收的基数，然后对连接在母体对连接在母体 电子体系上的不同取代基以及电子体系上的不同取代基以及其他结构因素加以修正。其他结构因素加以修正。v适用于共轭稀酮类化合物的适用于共轭稀酮类化合物的 *跃迁跃迁。v计算共轭二烯、三烯和四烯烃的最大吸收位置计算共轭二烯、三烯和四烯烃的最大吸收位置 化合物化合物 /nm母体是异环的二稀烃或无环多烯烃母体是异环的二稀烃或无环多烯烃 基数基数 214母体是同环的二稀烃或多烯烃母体是同环的二稀烃或多烯烃 基数基数 253增加一个共轭双键增加一个共轭双键 30环外双键环外双键 5每个取代烷基或环残基每个取代烷基或环残基 5每个极性基每个极性基-ococh3 0

18、-o-r 6-s-r 30-cl,-br 5-nr2 90ocoh3c母体同环二稀母体同环二稀 253nm增加两个共轭双键增加两个共轭双键 30 2 60nm三个环外双键三个环外双键 5 3 15nm五个取代烷基五个取代烷基 5 5 25nm酰氧取代基酰氧取代基 0 1 0nm计算值计算值 353nm实测值实测值 355nm母体二稀母体二稀 214nm四个取代烷基四个取代烷基 5 4 20nm二个环外双键二个环外双键 5 2 10nm计算值计算值 244nm实测值实测值 247nmv计算不饱和羰基化合物的最大吸收位置计算不饱和羰基化合物的最大吸收位置 -c=c-c=c-c=o /nm x -不

19、饱和羰基化合物母体不饱和羰基化合物母体 215 键在五元环内键在五元环内 -13醛醛 -6环外双键环外双键 5当当x为为oh或或or时时 -22每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 30同环二稀化合物同环二稀化合物 39环外双键环外双键 5每个取代烷基或环残基每个取代烷基或环残基 10每个取代烷基或环残基每个取代烷基或环残基 12每个取代烷基或环残基每个取代烷基或环残基 18母体母体 215nm同环共轭双键同环共轭双键 39 1 39nm增加两个共轭双键增加两个共轭双键 30 2 60nm环外双键环外双键 5 1 5nm 烷基烷基 12 1 12nm 以上烷基以上烷基 18 3 54nm计算值

20、计算值 385nm实测值实测值 388nm母体母体 215nm -br基基 25 1 25nm -烷基烷基 12 1 12nm计算值计算值 252nm实测值实测值 252nmocccoch3h3ch2cbrhv2）fieser-kuhn经验规则：经验规则：v计算含有四个以上的共轭双键的多烯分子计算含有四个以上的共轭双键的多烯分子max1145(48.0 1.7 ) 19.5-10mnnrr环外环内411max=1.74 10n l molcm vm为取代烷基数，为取代烷基数，n为共轭双键数，为共轭双键数，vr环内环内为环内双键数，为环内双键数，r环外环外为环外双键数为环外双键数全反式全反式 胡

21、萝卜素胡萝卜素max4511max5111145 10 11 (48.0 1.7 11) 19.5 2 10 0453.34521.74 10111.91 10 1.52 10nmnml molcml molcm （） (实测)(实测)v3）scott经验规则：用于计算芳香族羰基衍生物的经验规则：用于计算芳香族羰基衍生物的 max。 phcor生色团母体生色团母体 /nmr=烷基或环残基烷基或环残基 249r=氢氢 250r=羟基或烷氧羟基或烷氧 基基 230取代基取代基 邻位邻位 间位间位 对位对位-r(烷基烷基) 3 3 10-oh,-or 7 7 25-o- 11 20 78-cl 0

22、0 10-br 2 2 15-nh2 13 13 58-nhac 20 20 45-nr2 20 20 85ohhococh3母体母体 249nm间位间位-oh 7nm对位对位-oh 25nm计算值计算值 278nm实测值实测值 279nmobr母体母体 249nm邻位邻位-r 3nm间位间位-br 2nm计算值计算值 251nm实测值实测值 248nmv二、结构分析二、结构分析1.顺反异构体的判别顺反异构体的判别 顺式异构体的顺式异构体的 max比反式异构体的小，可以用紫外比反式异构体的小，可以用紫外-可见吸收光谱区别顺反异构体。可见吸收光谱区别顺反异构体。 顺式空间位阻大，苯环与侧链双键共

23、平面性差，不顺式空间位阻大，苯环与侧链双键共平面性差，不易产生共轭易产生共轭;反式空间位阻小，双键与苯环在同一平反式空间位阻小，双键与苯环在同一平面，容易产生共轭。面，容易产生共轭。cccoohhhcchcoohh反式反式顺式顺式 max=295nm max=280nmv2.互变异构体的测定互变异构体的测定v在极性溶剂中，在极性溶剂中， max=272nm，为，为n *跃迁引起，跃迁引起，所以为酮式形式。所以为酮式形式。v在非极性溶剂中，在非极性溶剂中， max=243nm，形成了分子内氢，形成了分子内氢键，所以为烯醇式形式。键，所以为烯醇式形式。h2cccoooc2h5h3cchccohoo

24、c2h5h3c酮式酮式烯醇式烯醇式cxocxo3.构象的判别构象的判别 -卤代环已酮有两种构象：卤代环已酮有两种构象：c-x键可以为直立键键可以为直立键(i)，可以为平伏键可以为平伏键(ii).(i)上上c=o上上 电子与电子与 电子重叠较电子重叠较(ii)大，前者的大，前者的 max比比后者大，据此可以区别直立键和平伏键。后者大，据此可以区别直立键和平伏键。(i)(ii)v三、定量分析三、定量分析v紫外紫外-可见吸收光谱法定量分析的依据是可见吸收光谱法定量分析的依据是lambert-beer定律，在一定波长处被测定物质的吸光度与定律，在一定波长处被测定物质的吸光度与其浓度成线性关系。其浓度成

25、线性关系。v1.单组分定量方法单组分定量方法v a = bc样样同上条件固定条件查得测定样品曲线分别测定配制标准系列过程：caaca芦丁含量测定：取样品芦丁含量测定：取样品3mg稀释至稀释至25ml。2.多组分定量方法多组分定量方法不重叠不重叠单向重叠单向重叠双向重叠双向重叠cbaaaaa总定量依据：1两组分吸收光谱不重叠（互不干扰）两组分吸收光谱不重叠（互不干扰） 两组分在各自两组分在各自max下不重叠下不重叠分别按单组分定量分别按单组分定量aaaaaaeaccea1111由bbbbbbeaccea2222由bbaaaeae222111；测定；测定过程：2两组分吸收光谱部分重叠两组分吸收光谱部分重叠 1测测a1b组分不干扰组分不干扰可按单组分定量测可按单组分定量测ca 2测测a2a组分干扰组分干扰不能按单组分定量测不能按单组分定量测ca babaaaaeeae2222111；和测定；测定过程：aaaaaaeaccea1111由bbaababaceceaaa22222由baababeceac222v步骤：