紫外可见吸收光谱法课件

第九章紫外可见吸收光谱法JXAU第一节概述1.定义:利用紫外可见分光光度计测量物质对紫外可见光的吸收程度（吸光度）和紫外可见吸收光谱来确定物质的组成、含量，推测物质结构的分析方法。紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：100-800nm.(1)远紫外光区:

100-200nm(2)近紫外光区:

200-400nm(3)可见光区:400-800nm10/2/2023第九章紫外可见吸收光谱法JXAU第一节概述1.定义:利2.特点：（1）灵敏度高10－6g（2）准确度高相对误差在1％－5％（3）方法简便操作容易、分析速度快（4）应用广泛不仅可用于无机化合物的分析，更主要用于有机化合物的鉴定及结构分析注：UV－Vis和FTIR、NMR、MS联用JXAU10/2/20232.特点：注：UV－Vis和FTIR、NMR、MS联用JX第二节基本原理物质对光的选择性吸收及吸收曲线

吸收曲线与最大吸收波长

max用不同波长的单色光照射，测吸光度;M+

h

→M*基态激发态E1（△E）E2

E=E2-E1=h

量子化；选择性吸收JXAU10/2/2023第二节基本原理物质对光的选择性吸收及吸收曲线吸吸收曲线的讨论：①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。JXAU10/2/2023吸收曲线的讨论：①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作作为物质定量分析的依据。⑤在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。JXAU10/2/2023④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在第三节紫外可见吸收光谱与分子结构的关系1．紫外可见吸收光谱

有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果：σ电子、π电子、n电子。分子轨道理论：成键轨道—反键轨道,非键轨道。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，所需能量ΔΕ大小顺序为n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpECOHnpsHJXAU10/2/2023第三节紫外可见吸收光谱与分子结构的关系1．紫外可见吸收光谱（1）跃迁类型1.*跃迁它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区。饱和烃中的—c—c—键属于这类跃迁。2.n

*跃迁实现这类跃迁所需要的能量较高，吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。JXAU10/2/2023（1）跃迁类型1.*跃迁JXAU8/1/23.

*跃迁它需要的能量低于

*跃迁，吸收峰一般处于近紫外光区，在200nm左右，其特征是摩尔吸光系数大，一般Кmax

104，为强吸收带。4.n

*跃迁这类跃迁发生在近紫外光区,一般>200nm

。它是简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于100，属于弱吸收。sp

*s*RKE,BnpE其中

-

*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。JXAU10/2/20233.*跃迁sp*s*RKE,BnpE其中（2）常用术语1.生色团

从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。具有不饱和键π电子的基团，产生π→π*跃迁，跃迁ΔE较低

注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波长将比单个发色团的吸收波长长，强度也增强。JXAU10/2/2023（2）常用术语1.生色团JXAU8/1/2023下面为某些常见生色团的吸收光谱。JXAU10/2/2023下面为某些常见生色团的吸收光谱。JXAU8/1/20232．助色团：有一些含有n电子的基团，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。常见助色团助色顺序为：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-3．吸收带（R、K、B、E）强带和弱带：

Кmax>105→强带

К

max<103→弱带JXAU10/2/20232．助色团：JXAU8/1/20234.

红移与蓝移有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化:λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。5.

增色效应和减色效应——波长不变

增色效应：吸收强度增强的效应

减色效应：吸收强度减小的效应JXAU10/2/20234.红移与蓝移JXAU8/1/2023(3)各种常见有机化合物紫外-可见吸收光谱1.饱和烃及其取代衍生物

饱和烃类分子中只含有键，因此只能产生

*跃迁，即电子从成键轨道（）跃迁到反键轨道（*）。饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可见分光光度计的测量范围，处于真空紫外区。饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在n电子，可产生n

*的跃迁。n

*的能量低于

*。其相应的吸收波长发生红移。直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。JXAU10/2/2023(3)各种常见有机化合物紫外-可见吸收光谱1.饱和烃及其取2.不饱和烃及共轭烯烃(A)非共轭不饱和烯烃

在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有键，它们可以产生

*和

*两种跃迁。

*跃迁的能量小于

*跃迁。例如，在乙烯分子中，

*跃迁最大吸收波长为180nm左右。

JXAU10/2/20232.不饱和烃及共轭烯烃(A)非共轭不饱和烯烃JXAU8/1177nm217nm

₃

₁

₂

(HOMOLVMO)

max

（B）共轭烯烃在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。共轭双键愈多，红移愈显著，甚至产生颜色。在共轭体系中，

*跃迁产生的吸收带又称为K带。

K带——共轭非封闭体系的

*跃迁JXAU10/2/2023177nm217nm₃₁JXAU10/2/2023JXAU8/1/2023

基-----是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；母体基本值：

异环二烯/无环二烯

基=217nm

同环二烯

基=253nm计算共轭烯烃

—*跃迁最大吸收峰位置的经验规则

max=

基+

ni

i

伍德沃德——菲泽规则(Woodward—fieser)JXAU10/2/2023基-----是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；计算共

ni

I:由双键上取代基种类和个数决定的校正项(1)每延长一个共轭双键+30nm(2)环外双键+5nm(3)增加一个烷基（-R）+5

nm（4）增加一个环残基+5nm（5）酰基（-OCOR）0

（6）烷氧基（-OR）+6nm

（7）-SR+30nm(8)卤素（-Cl，-Br）+5nm(9)-NR2+60nmJXAU10/2/2023niI:由双键上取代基种类和个数决定的校正项J3.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基团。

C=O基团主要可产生

*、n

*、n

*三个吸收带，n

*吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区，R带吸收较弱（εmax<100）醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们n

*吸收带的光区稍有不同。JXAU10/2/20233.羰基化合物①Y=H,Rn→*180-②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基团，这些助色团上的n电子与羰基双键的电子产生p共轭K带红移，R带兰移；R带

max=205nm；

10-100

n

177nm

n

③

不饱和醛酮K带红移：177

250nmR带红移：290

310nm

JXAU10/2/2023②Y=-NH2,-OH,-OR等助色基团，K带红移，R4.苯及其衍生物

苯：E1带180

184nm；

=47000E2带200

204nm

=7000

苯环上三个共扼双键的

→*跃迁特征吸收带；B带230-270nm

=200

→*与苯环振动能级跃迁叠加引起；也称精细结构吸收带。当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是E2带和B谱带，B带简化，红移。

max（nm）

max苯254200甲苯261300间二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300JXAU10/2/20234.苯及其衍生物苯：

max（nm）max苯25乙酰苯紫外光谱图羰基双键与苯环共轭：K带强；苯的E2带与K带合并，红移；取代基使B带简化；氧上的孤对电子：R带红移，跃迁禁阻，弱；CCH3On→p*

;

R带p

→p*

;

K带JXAU10/2/2023乙酰苯紫外光谱图羰基双键与苯环共轭：CCH3On→p*;苯环上助色基团对吸收带的影响JXAU10/2/2023苯环上助色基团对吸收带的影响JXAU8/1/2023苯环上生色基团对吸收带的影响JXAU10/2/2023苯环上生色基团对吸收带的影响JXAU8/1/20232.立体结构和互变结构对光谱的影响顺反异构：顺式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互变异构：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=245nm

JXAU10/2/20232.立体结构和互变结构对光谱的影响顺反异构：顺式：λma3.溶剂对吸收光谱的影响非极性极性n

n

p

n<

p

n

p

非极性极性

n>

p

max(正己烷)

max(氯仿)

max(甲醇)

max(水)

*230238237243n

*329315309305n

→

*跃迁：兰移；；

→*跃迁：红移；；JXAU10/2/20233.溶剂对吸收光谱的影响非极性极性n溶剂的影响极性溶剂使精细结构消失；JXAU10/2/2023溶剂的影响极性溶剂使精细结构消失；JXAU8/1/2023溶剂的选择由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注意下列几点：（1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光学稳定性。（2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。（3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。JXAU10/2/2023溶剂的选择由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此第四节仪器紫外-可见分光光度计JXAU10/2/2023第四节仪器紫外-可见分光光度计JXAU8/1/2023一、基本组成光源单色器样品室检测器显示1.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。分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类

可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。

紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。JXAU10/2/2023一、基本组成光源单色器样品室检测器显示1.光源可见

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。①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；

④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；⑤出射狭缝。JXAU10/2/20232.单色器将光源发射的复合光分解成单色光3.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，可见区一般用玻璃池。4.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.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JXAU10/2/20233.样品室样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应二、分光光度计的类型1.单光束

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的稳定性。JXAU10/2/2023二、分光光度计的类型1.单光束JXAU8/1/2023单波长单光束分光光度计0.575光源单色器吸收池检测器显示JXAU10/2/2023单波长单光束分光光度计0.575光源单色器吸收池检测器显示J2.双光束

自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。JXAU10/2/20232.双光束JXAU8/1/2023单波长双光束分光光度计

参比池差值ΔA光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器JXAU10/2/2023单波长双光束分光光度计参比池差值ΔA光源单色器吸3.双波长

将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快速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。△

=1～2nm。ΔA=Aλ2-Aλ1=(

λ2-

λ1)bc=KcJXAU10/2/20233.双波长JXAU8/1/2023第五节紫外吸收光谱的应用1.定性分析

max,

max：化合物特性参数，可作为定性依据；

有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团的特性，不完全反映整个分子特性；结构确定的辅助工具；

Кmax，

max都相同，可能是一个化合物；标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图

JXAU10/2/2023第五节紫外吸收光谱的应用1.定性分析JXAU8/1/22、定量分析1.单组份定量方法1）标准曲线法（略）2）标准对比法：该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为cs的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数k，然后由Ax=kcx求出cx该法