第六章紫外-可见吸收光谱分析法

1、生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第六章第六章 紫外紫外- -可见吸收光谱分析法可见吸收光谱分析法第一节第一节 紫外紫外- -可见吸收光谱分析法基础可见吸收光谱分析法基础第二节第二节 紫外紫外- -可见分光光度计结构流程可见分光光度计结构流程第三节第三节 紫外紫外- -可见吸收光谱的应用可见吸收光谱的应用生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础一、紫外一、紫外- -可见吸收光谱概述可见吸收光谱概述二、紫外二、紫外- -可见吸收光谱的产生可见吸收光谱的产生四、紫外可见吸收光谱常用术语四、紫外可见吸收光

2、谱常用术语三、三、电子跃迁与吸收带类型电子跃迁与吸收带类型五、溶剂对紫外五、溶剂对紫外- -可见吸收光谱的影响可见吸收光谱的影响六、有机化合物的紫外六、有机化合物的紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱七、影响紫外七、影响紫外- -可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础一、紫外一、紫外- -可见吸收光谱概述可见吸收光谱概述 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法是利用物质的分子对紫是利用物质的分子对紫外外- -可见光区辐射的吸收来进行定性、定量及结构可见光区辐射的吸收来进行定性、

3、定量及结构分析的方法。分析的方法。 产生于成键原子的分子轨道中电子跃迁。产生于成键原子的分子轨道中电子跃迁。 生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础波长范围：波长范围：100-800 nm (1) 远紫外光区远紫外光区: 100-200nm； (2) 近紫外光区近紫外光区: 200-400nm； (3) 可见光区可见光区: 400-800nm。吸收曲线的形状；吸收曲线的形状；最大吸收波长最大吸收波长max；吸收强度吸收强度A。反映有机分子部反映有机分子部分结构的特征分结构的特征生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪

4、器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础二、紫外二、紫外- -可见吸收光谱的产生可见吸收光谱的产生E = Ee +Ev + Er hv = E = E2 - E1 = Ee + Ev + Er EhchcE生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础三、三、电子跃迁与吸收带类型电子跃迁与吸收带类型外层电子外层电子 成键的价电子成键的价电子 非成键的价电子非成键的价电子 n 电子电子 n 轨道轨道电子电子 成键轨道，成键轨道， * 成键轨道成键轨道电子电子 成键轨道，成键轨道，* 成

5、键轨道成键轨道能量大小顺序：能量大小顺序： n * *（一）、（一）、电子跃迁类型电子跃迁类型生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础*nn *、n *、 n *、 * 四种类型四种类型。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础1. * 跃迁跃迁 饱和键饱和键电子电子的能级跃迁；的能级跃迁； 吸收光谱在远紫外区吸收光谱在远紫外区(或真空紫外区或真空紫外区), , max 200 nm。可作为溶剂使用，如甲烷、乙烷、环丙烷等。可作为溶剂使用，

6、如甲烷、乙烷、环丙烷等。2. n * 跃迁跃迁 含有含有O、N、S、X 等等杂原子的饱和烃衍生物分子杂原子的饱和烃衍生物分子的电子能级跃迁。的电子能级跃迁。 吸收光谱位于远紫外区吸收光谱位于远紫外区，max104，为强吸收带，为强吸收带B 带带芳香族和杂环芳香族化合物芳香族和杂环芳香族化合物弱吸收带弱吸收带max 200，包含精细结构。包含精细结构。E 带带属于中等吸收带属于中等吸收带封闭共轭体系封闭共轭体系B带和带和E带为芳香结构的特征谱带。带为芳香结构的特征谱带。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础芳香族的吸

7、收带芳香族的吸收带生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础5. 电荷转移电荷转移 跃迁跃迁电子从给体向与受体相联系的轨道上跃迁，发电子从给体向与受体相联系的轨道上跃迁，发生在近紫外线区与可见光区之间。生在近紫外线区与可见光区之间。吸收谱带较宽、吸收强度大、吸收谱带较宽、吸收强度大、max104，是强吸收带。，是强吸收带。电子给予体电子给予体电子接受体电子接受体生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础6. 配位体场配位体场跃迁跃迁 在在配体的

8、作用下，配体的作用下，过渡金属离子的过渡金属离子的d轨道和轨道和镧系、锕系的镧系、锕系的f 轨道裂分轨道裂分，吸收辐射后，产生，吸收辐射后，产生d一一d、 f 一一f 跃迁；跃迁；生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础各种电子跃迁吸收光谱的波长分布图各种电子跃迁吸收光谱的波长分布图 生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础（二）、（二）、吸收带类型吸收带类型吸收带类型吸收带类型K 带带B 带带E 带带 * 跃迁跃迁 n * 跃迁跃迁n *

9、 跃迁跃迁带带 * 跃迁跃迁 * 吸收带吸收带 n * 吸收带吸收带 电荷转移电荷转移 跃迁跃迁配位体场配位体场跃迁跃迁 电荷转移电荷转移吸收带吸收带配位体场配位体场吸收带吸收带生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础四、紫外可见吸收光谱常用术语四、紫外可见吸收光谱常用术语（一）、（一）、非发色团非发色团 结构特征：结构特征：只具有只具有 键电子和键电子和n非键电子。非键电子。本身在本身在200-800nm近紫外区和可见光区内无近紫外区和可见光区内无吸收的基团。吸收的基团。饱和烃类和大部分含有饱和烃类和大部分含有O、

10、N、S、X等杂原等杂原子的饱和烃衍生物。子的饱和烃衍生物。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础（二）、（二）、发色团发色团在近紫外光区和可见光区有特征吸收的基团。在近紫外光区和可见光区有特征吸收的基团。结构特征：结构特征：含有含有n非键电子和非键电子和电子电子。（三）、（三）、助色团助色团分子中含有杂原子的基团。分子中含有杂原子的基团。C=C、N=O、C=O、C=S等等。-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I。结构特征：结构特征：含有含有n非键电子非键电子。使发色团使发色团红移红移，吸收强度增加。

11、，吸收强度增加。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础红移红移：吸收峰的波长：吸收峰的波长max向长波方向移动。向长波方向移动。蓝移蓝移(紫移紫移)：吸收峰的波长：吸收峰的波长max向短波方向移动。向短波方向移动。（四）、（四）、红移和蓝移红移和蓝移（五）、（五）、强带和弱带强带和弱带最大吸收带的最大吸收带的 max 104 的吸收带为强带。的吸收带为强带。最大吸收带的最大吸收带的 max 103 的吸收带为弱带。的吸收带为弱带。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析

12、法基础紫外可见吸收光谱分析法基础五、溶剂对紫外五、溶剂对紫外- -可见吸收光谱的影响可见吸收光谱的影响（一）、（一）、溶剂的选择溶剂的选择1. 溶剂本身的透明范围；溶剂本身的透明范围；2. 溶剂对溶质的惰性；溶剂对溶质的惰性；3. 溶剂对溶质要有良好的溶解性。溶剂对溶质要有良好的溶解性。极性化合物选择极性溶剂，极性化合物选择极性溶剂，非极性化合物选择非极性溶剂。非极性化合物选择非极性溶剂。相似相容原理相似相容原理生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础（二）、（二）、溶剂的影响溶剂的影响无溶剂效应无溶剂效应极性溶剂效

13、应极性溶剂效应 *n *n能量能量溶剂极性增加，溶剂极性增加， * 跃迁吸收带跃迁吸收带红移红移， n*跃迁吸收带跃迁吸收带蓝移蓝移。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析COCO非极性非极性 极性极性 n n n p n pn *跃迁：跃迁：蓝移；蓝移； ； *跃迁：跃迁：红移；红移； ；n n生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础 *和和n *跃迁的溶剂效应跃迁的溶剂效应溶剂溶剂 正己烷正己烷 CHCl3 CH3OH H2O *max/nm 230 238 237 243n*max/nm 329

14、315 309 305报告某化合物的紫外报告某化合物的紫外-可见吸收光谱时，可见吸收光谱时，需注明所使用的溶剂。需注明所使用的溶剂。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础NCNNCNH H气态气态溶剂：环己烷溶剂：环己烷溶剂：水溶剂：水对称四嗪在蒸气态、环己烷和水中的吸收光谱对称四嗪在蒸气态、环己烷和水中的吸收光谱对芳烃和杂环芳烃对芳烃和杂环芳烃B带精细结构的影响。带精细结构的影响。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础六、有机化合物的

15、紫外六、有机化合物的紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱（一）、（一）、饱和烃及其衍生物饱和烃及其衍生物饱和烃：饱和烃：*含氧、氮、卤素等杂原子的饱和烃衍生物：含氧、氮、卤素等杂原子的饱和烃衍生物：*、 n * 饱和烃及其衍生物在饱和烃及其衍生物在紫外紫外-可见光区没有吸收可见光区没有吸收，可以作为测定有机化合物紫外可以作为测定有机化合物紫外-可见吸收光谱的可见吸收光谱的良良好溶剂。好溶剂。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础化合物化合物 max (nm) max 甲烷甲烷 1245 乙烷乙烷 135 H2O 16

16、7 1480CH3OH 177 150 CH3Cl 173 200CH3I 257 365CH3NH2 215 600生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础（二）、不（二）、不饱和脂肪烃饱和脂肪烃 *共轭烯烃共轭烯烃 *伍德沃德伍德沃德 -菲泽菲泽规则规则估算。估算。丁二烯的丁二烯的 分子轨道图分子轨道图 生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础（三）、羰基化合物（三）、羰基化合物n * (R带带)n * (K带带)羰基化合物羰基化合物通

17、式：通式： 1. Y = H, R2. Y = -NH2, -OH, -OR R 带带: 270300 nm K 带带: 150nmK K R R n Y=H, RY= -NH2,-OH, -ORK 带带: 红移红移R 带带: 蓝移蓝移生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础 n 165nm Oc n cOcc3. 不饱和醛酮不饱和醛酮 不饱和醛酮不饱和醛酮K 带：带：红移：红移：165250 nmR 带：带：红移：红移：290310 nm 生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸

18、收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础（四）、苯环及其衍生物（四）、苯环及其衍生物苯苯*跃迁的三个吸收带跃迁的三个吸收带E1带带: : 180 nm =60000E2带带: : 204 nm =8000B带带: : 250 nm =200生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础苯环上的取代基使苯环上的取代基使 B带简化、红移，吸收强度增大。带简化、红移，吸收强度增大。苯苯甲苯甲苯苯胺苯胺化合物化合物max(nm) (B带带)max苯苯254200甲苯甲苯261300间二甲苯间二甲苯2633001,3,5-三甲苯三

19、甲苯266305生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础苯环与羰基双键共轭苯环与羰基双键共轭羰基双键：羰基双键：K带和带和R带红移；带红移；苯环：苯环：B带简化，带简化，E2带与带与K带重合且红移带重合且红移乙酰苯的紫外乙酰苯的紫外吸收光谱吸收光谱生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础伍德沃德伍德沃德 -菲泽规则菲泽规则 适用于共轭烯烃适用于共轭烯烃(不多于四个双键不多于四个双键)、共共轭烯酮类化合物轭烯酮类化合物*跃迁吸收峰跃迁吸收峰m

20、ax的计的计算算。maxiin基生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础 基基 -是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值：是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值：无环、非稠环二烯母体：无环、非稠环二烯母体： max=217 nm异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体： max=214 nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：同环（非稠环或稠环）二烯母体： max=253 nm生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础ni i : 由由双键上取代

21、基双键上取代基种类和个数决定的校正种类和个数决定的校正: (2) 环外双键环外双键 +5 nm(3) 双键上取代基：双键上取代基：酰基（酰基（-OCOR）0 nm 卤素（卤素（-Cl，-Br） +5 nm烷基（烷基（-R） +5 nm 烷氧基（烷氧基（-OR） +6 nm硫烷基（硫烷基（-SR）+30 nm 氮二烷基（氮二烷基（-NR2） +60 nm (1) 每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 +30 nm生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础计算共轭多烯烃）计算共轭多烯烃） * *跃迁跃迁 maxmax时要注

22、意：时要注意：1. 分子中与共轭体系无关的双键不参与计算；分子中与共轭体系无关的双键不参与计算；2. 不在双键上的取代基不进行校正；不在双键上的取代基不进行校正；3. 环外双键是指在某一环的环外并与该环直接相环外双键是指在某一环的环外并与该环直接相 连的双键。连的双键。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础C8H17共轭双键共轭双键= 30nm同环二烯同环二烯= 253nm环外双键环外双键= 5nm烷基取代基烷基取代基= 5nm烷基取代基烷基取代基= 5nm烷基取代基烷基取代基= 5nm胆甾胆甾-2,4,6-2,4

23、,6-三烯三烯计算值：计算值： max = 303nm测定值：测定值： max = 306nm同环二烯同环二烯 = 253 nm共轭双键共轭双键 = 30nm环外双键环外双键 = 5nm烷基取代基烷基取代基 = 35nm生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础七、影响紫外七、影响紫外- -可见吸收光谱的因素可见吸收光谱的因素（一）、立体异构（一）、立体异构1、顺反异构、顺反异构顺式顺式反式反式max=280nm max=13500max=295nm max=27000C CHHC CHH生物与化学工程学院生物与化学工

24、程学院仪器分析仪器分析第一节第一节 紫外可见吸收光谱分析法基础紫外可见吸收光谱分析法基础2、空间位阻、空间位阻3、构象异构、构象异构4、互变异构、互变异构CH3COCHHCOOC2H5酮式酮式:max=272nm, max=6OOHOHHOHCH3COHOC2H5CCOH烯醇式烯醇式:max=243nm, max=16000OOH生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第二节第二节 紫外可见分光光度计结构流程紫外可见分光光度计结构流程光源光源碘碘钨钨灯灯单色单色 光光电电倍倍增增管管数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制参比池参比池光源光源样品池样品池单色器单色器检测器检测器数据处理

25、数据处理仪器控制仪器控制一、结构流程一、结构流程生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第二节第二节 紫外可见分光光度计结构流程紫外可见分光光度计结构流程（一）、光源（一）、光源钨灯、卤钨灯：钨灯、卤钨灯： 热辐射，可见光区，热辐射，可见光区，3202500 nm。氢灯、氘灯氢灯、氘灯: 气体放电，紫外光区，气体放电，紫外光区，200375nm 。 作用作用: 提供辐射能激发被测物质分子，使之产生提供辐射能激发被测物质分子，使之产生电子能级跃迁吸收光谱。电子能级跃迁吸收光谱。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第二节第二节 紫外可见分光光度计结构流程紫外可见分光光度

26、计结构流程（二）、单色器（二）、单色器作用作用: 由连续光源中分离出所需要的足够窄波段由连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光束。的光束。石英吸收池：石英吸收池：紫外紫外-可见区使用。可见区使用。玻璃吸收池玻璃吸收池：可见区使用。：可见区使用。（三）、样品池（三）、样品池（四）、检测器（四）、检测器光电倍增管，二极管阵列检测器光电倍增管，二极管阵列检测器生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第二节第二节 紫外可见分光光度计结构流程紫外可见分光光度计结构流程二、仪器类型二、仪器类型（一）、（一）、单波长分光光度计单波长分光光度计1. 单光束分光光度计单光束分光光度计 测量结果易受光

27、源波动性的影响，误差较大；测量结果易受光源波动性的影响，误差较大； 不能自动记录吸收光谱。不能自动记录吸收光谱。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第二节第二节 紫外可见分光光度计结构流程紫外可见分光光度计结构流程2. 双光束分光光度计双光束分光光度计可自动扫描吸收光谱可自动扫描吸收光谱；自动消除光源强度变化带来的误差。自动消除光源强度变化带来的误差。生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析第二节第二节 紫外可见分光光度计结构流程紫外可见分光光度计结构流程（二）、（二）、双波长分光光度计双波长分光光度计1 2 双波长分光光度计双波长分光光度计结构特点结构特点两个单色

28、器两个单色器不需要参比溶液不需要参比溶液生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第三节第三节 紫外可见吸收光谱的应用紫外可见吸收光谱的应用一、定性分析一、定性分析三、定量分析三、定量分析二、结构分析二、结构分析生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第三节第三节 紫外可见吸收光谱的应用紫外可见吸收光谱的应用一、定性分析一、定性分析（一）、（一）、吸收曲线比较法吸收曲线比较法1. 与标准化合物的与标准化合物的吸收光谱比较吸收光谱比较吸收峰的数目，形状，吸收峰的数目，形状， max, max等。等。维生素维生素A2合成维生素合成维生素生物与化学工程学院生物与化学工程学院

29、仪器分析仪器分析 第三节第三节 紫外可见吸收光谱的应用紫外可见吸收光谱的应用2. 与标准谱图比较与标准谱图比较 相同化学环境与测量条件下，相同化学环境与测量条件下， 比较未知物与标准物质吸收光谱图比较未知物与标准物质吸收光谱图吸收光谱的形状、吸收峰的数目、吸收光谱的形状、吸收峰的数目、 max 、max() 完全相同完全相同具有相同的生色团与助色团具有相同的生色团与助色团生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分析仪器分析 第三节第三节 紫外可见吸收光谱的应用紫外可见吸收光谱的应用1. Sadtler. Sdandard Spectra (Ultraviolet). Heyden, Londo

30、n, 1978. 共收集了共收集了46000种化合物的紫外吸收光谱种化合物的紫外吸收光谱2. R. A. Friedel and M. Orchin, Ultraviolet Spectra of Aromatic Compounds, Wiley, New York, 1951. 共收集了共收集了579种芳香化合物的紫外吸收光谱种芳香化合物的紫外吸收光谱3. Kenzo. Hirayama, Handbook of Ultraviolet and Visible Absorption Spectra of Organic Compounds, New York, Plenum, 1967.4. M. J. Kamlet, Organic Electronic Spectra Data, Vol.1, pp19461952, Interscience, 1960. 生物与化学工程学院生物与化学工程学院仪器分