紫外吸收光谱

1、c第四章第四章 紫外吸收光谱分析紫外吸收光谱分析(Ultraviolet Spectrophotometry, UV)c内容内容v分子吸收光谱分子吸收光谱 v分子吸收光谱的类型分子吸收光谱的类型v吸收光谱的测量吸收光谱的测量-Lambert-Beer 定律定律v紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计v紫外吸收光谱的应用紫外吸收光谱的应用c紫外紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱一、分子吸收光谱的形成一、分子吸收光谱的形成1. 过程：运动的分子外层电子过程：运动的分子外层电子-吸收外来外来辐射吸收外来外来辐射-产生电子能产生电子能级跃迁级跃迁-分子吸收谱。分子吸收谱。2. 能级组成：除了电子能级能级组成

2、：除了电子能级(Electron energy level)外，分子吸收能量将伴外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)能级和转动能级和转动(Rotation)能级的跃迁！能级的跃迁！其中其中 Ee最大：最大：1-20 eV; Ev次之：次之：0.05-1 eV; Er最小：最小： 0.05 eV rve h*MhMt0II evr c能级跃迁能级跃迁m 0.061.2520ev1电子电子Em 1.25251ev0.05 振动振动Em 252500.05ev0.005 转动转动Ec分子吸收是带状光谱的原因分子吸收是带

3、状光谱的原因 在电子跃迁的过程中，不可避免的伴随着振动、转动能级的跃迁分子吸收光谱不是一条线而是一系列的谱线，这些谱线在一般分光光度计中由于其光栅分辩率不够，光察到的为合并的较宽的带 分子吸收为带状光谱原子吸收为线状光谱 c价电子类型：价电子类型：形成单键的电子 键电子；形成双键的电子 键电子；氧、氮、硫、卤素 含有未成键的孤对电子n电子。这些电子吸收能量后，跃迁到较高的能级，此时电子占据的轨道称为反键轨道反键轨道。cCCCCCCCC当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁四种跃迁所需能量大小顺序大小顺序为：n n cc E. 电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁

4、：电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁，电子从给予体向与接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。发生在近紫外线区与可见光区之间。NCH3CH3NC H3C H3+CROCRO+_cccH3CCOCHCCH3CH3cc共轭成度越大，吸收峰向深色移动，共轭成度越大，吸收峰向深色移动， 吸收强度也更强！吸收强度也更强！ccK K R R n cD 芳香烃及其杂环化合物芳香烃及其杂环化合物 苯：E1带180184nm； =47000E2带200204 nm =7000 苯环上三个共扼双键的 *跃迁特征吸收带；B带230-270 nm =200 *与苯环振动引起；含取代基时， B带

5、简化，红移。 max（nm） max苯254200甲苯261300间二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300各种取代基使B带红移的情况cE 乙酰苯紫外光谱图乙酰苯紫外光谱图羰基双键与苯环共扼：K带强；苯的E2带与K带合并，红移；取代基使B带简化，且红移；氧上的孤对电子：R带，弱；CC H3On ; R带 ; K带cc产生原因：产生原因：在配位体存在的条件下， 过渡元素5个能量相等的d轨道和镧系及锕系能量相等的7个轨道就会分裂成能量不等的轨道特点：特点：c二、二、Lambert-Beer 定律定律 当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度

6、A与其与其浓度和液层厚度浓度和液层厚度成成正比，即正比，即k 为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。 当浓度以当浓度以 g/L 表示时，称表示时，称 k 为吸光系数，以为吸光系数，以 a 表示，即表示，即 当浓度以当浓度以mol/L表示时，称表示时，称 k 为摩尔吸光系数，以为摩尔吸光系数，以 表示，即表示，即 比比 a 更常用。更常用。 越大，表示方法的灵敏度越高。越大，表示方法的灵敏度越高。 与波长有关，因此，与波长有关，因此， 常以常以 表示。表示。kbcIIAt0/lgabcA bcAc偏离朗伯偏离朗伯-比尔定律的原因比尔定律的原因 c

7、cc仪器仪器 紫外-可见分光光度计c一、基本组成 光源光源单色器单色器样品室样品室检测器检测器显示显示1. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。 可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。c 2.单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。 入射狭缝：入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；棱镜或光栅； 聚焦装置

8、：聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝出射狭缝。c3.样品室 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池紫外区须采用石英池，可见区一可见区一般用玻璃池。般用玻璃池。4.4.检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理c二、分光光度计的类型 types of spectrometer 1.1.单光束单光束 简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光

9、度，简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。的稳定性。2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波段自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。仪器复杂，价格较高。c双光束光度计动画示意图c3.3.双波长双波长 将不同波长的两束单色光(1、2) 快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。两波长同时扫描即可获得导数光谱。

10、c 紫外吸收光谱的应用一、定性分析一、定性分析 步骤步骤: : 在相同的实验条件下,比较未知物与已知标准物的紫 外光谱图。 1 1）若两者的谱图相同，则可认为待测试样与已知化合物具有相同的生色团，但不能认为这两种化合物就一定相同（如甲苯和乙苯）。 2）若待测物与标准物的吸收波长相同、吸光系数也相同，则可认为是同一物质。c 2. 有机化合物分子结构的推断1）如果化合物在220-800nm范围内无吸收峰，不含双键或环状共轭体系等生色团存在，也没有溴、碘等强助色基团，可能是脂肪族碳氢化合物、胺、醇、羧酸、氯代烃和氟带烃等2）如果化合物在210-250 nm有强吸收带，可能含有二个双键的共轭单位；在2

11、60-350nm有强吸收带表示有3-5个共轭单位。c3）如果化合物在）如果化合物在270nm-350nm范围内出现的吸收峰很弱范围内出现的吸收峰很弱 说明只含非共轭的，具有说明只含非共轭的，具有n电子的生色团。电子的生色团。4）如果在）如果在250-300nm有中等强度的吸收带且有一定的精细有中等强度的吸收带且有一定的精细结构，则表示有苯环的特征吸收结构，则表示有苯环的特征吸收cH3CCH2CCOCH2CH3OOHHOHOHH3CCHCCOCH2CH3OOHc200300400500600700800900050100150200 1）标准曲线法（略）标准曲线法（略）2）标准对比法：）标准对比

12、法： 该法是该法是标准曲线法的简化，即只配制一标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为个浓度为cs的标准溶液，并测量的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数其吸光度，求出吸收系数k，然，然后由后由Ax=kcx求出求出cxcbbaabalclcAAA11111bbaabalclcAAA22222niiilcA1cA1= Aa1+ Ab1A2= Aa2+ Ab2A= A1- A2= Aa1+ Ab1- Aa2- Ab2 Ab2= Ab1A= Aa1- Aa2=( 1- 2)clc5） 示差分光光度法示差分光光度法测量原理：当试样中组份的浓度过大时，则测量原理：当试样中组份的浓度过大时，则A值很大，会产生读数误差。此时值很大，会产生读数误差。此时若以一浓度略小于试样组份浓度作参比，则有：若以一浓度略小于试样组份浓度