紫外吸收光谱法课件

第三章紫外-可见吸收光谱分析法第一节紫外-可见吸收光谱法基本原理第二节紫外可见分光光度计第三节紫外-可见吸收光谱法的应用1可编辑课件PPT一、紫外吸收光谱的产生二、有机物紫外吸收光谱三、金属配合物的紫外吸收光谱第一节紫外吸收光谱分析基本原理2可编辑课件PPT远紫外近紫外可见近红外中红外远红外(真空紫外)10nm~200nm200nm~380nm380nm~780nm780nm~2.5

m2.5

m~50

m50

m~300

m一、紫外吸收光谱的产生1.概述紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：100-800nm.可用于结构鉴定和定量分析。电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁;带状光谱。3可编辑课件PPT2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+热M+荧光或磷光

E=E2-

E1=h

量子化；选择性吸收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）E24可编辑课件PPT物质对光的选择性吸收当一束光照到物质上时，光与物质发生相互作用，于是产生光的反射、散射、吸收和透射。由于物质的组成和结构不同，对不同波长的光产生的反射、散射、吸收和透射的程度不同，物质呈现的颜色也就不同。界面反射损失入射光束溶液中散射损失透射光束5可编辑课件PPT溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-610黄蓝610-650橙绿蓝650-760红蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光6可编辑课件PPT300400500600700

/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱3507可编辑课件PPT苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱苯(254nm)甲苯(262nm)A

2302502708可编辑课件PPT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λmax。②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。9可编辑课件PPT④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。10可编辑课件PPT3.电子跃迁与分子吸收光谱物质分子内部三种运动形式：

（1）电子相对于原子核的运动；（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动；（3）分子本身绕其重心的转动。分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er即:E＝Ee+Ev+Er

ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr11可编辑课件PPT能级跃迁

电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。12可编辑课件PPT讨论：（1）

转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱；13可编辑课件PPT讨论：

（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据；（5）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但εmax不一定相同；

（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。14可编辑课件PPT二、有机物吸收光谱与电子跃迁

ultravioletspectrometryoforganiccompounds1．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。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*带R（Radikal）吸收带K（Konjugation)吸收带、E苯环三个乙烯的环状共轭系统跃迁产生、B（Benzenoid）带π→π*

跃迁和苯环振动的重叠引起sp

*s*RKE,Bnp

ECOHnpsH15可编辑课件PPT2σ→σ＊跃迁

所需能量最大；σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长λ<200nm；例：甲烷的λmax为125nm,乙烷λmax为135nm。只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂使用；sp*s*RKE,Bnp

E16可编辑课件PPT3n→σ＊跃迁所需能量较大。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。17可编辑课件PPT4

π→π＊跃迁所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。

（1）不饱和烃π→π*跃迁乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为:1×104L·mol-1·cm－1。K带——共轭非封闭体系的p

→p*跃迁

C=C

发色基团，但

→

*200nm。

max=162nm助色基团取代

（K带)发生红移。18可编辑课件PPT165nm217nm

₃

₁

₂

(HOMOLVMO)

max

基-----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：

max=217nm共轭烯烃（不多于四个双键）

*跃迁吸收峰位置可由伍德沃德——菲泽规则估算。

max=

基+

ni

i

（2）共轭烯烃中的

→*19可编辑课件PPT异环（稠环）二烯母体：

max=214nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：

max=253nmni

I:由双键上取代基种类和个数决定的校正项

(1)每增加一个共轭双键+30(2)环外双键+5(3)双键上取代基：酰基（-OCOR）0卤素（-Cl，-Br）+5烷基（-R）+5烷氧基（-OR）+620可编辑课件PPT（3）羰基化合物共轭烯烃中的

→*①Y=H,R

n→*

180-190nm

→

*

150-160nm

n→*

275-295nm②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基团K带红移，R带兰移；R带

max=205nm；

10-100K

K

R

R

n

n

165nm

n

③

不饱和醛酮K带红移：165

250nmR

带兰移：290

310nm

21可编辑课件PPT（4）芳香烃及其杂环化合物

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

→

*与苯环振动引起；含取代基时，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27230022可编辑课件PPT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；氧上的孤对电子：R带，跃迁禁阻，弱；CCH3On→p*

;

R带p

→p*

;

K带23可编辑课件PPT苯环上助色基团对吸收带的影响24可编辑课件PPT苯环上发色基团对吸收带的影响25可编辑课件PPT5.立体结构和互变结构的影响顺反异构：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=243nm

26可编辑课件PPT立体结构和互变结构的影响27可编辑课件PPT6.溶剂的影响非极性极性n

n

p

n<

p

n

p

非极性极性

n>

pn

→

*跃迁：兰移；；

→*跃迁：红移；；

max(正己烷)

max(氯仿)

max(甲醇)

max(水)

230238237243n

32931530930528可编辑课件PPT溶剂的影响1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮

非极性→极性n

→

*跃迁：兰移；；

→*跃迁：红移；；极性溶剂使精细结构消失；29可编辑课件PPT7.生色团与助色团生色团：

最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—CN等。助色团：

有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，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，就会发生n—π共轭作用，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。30可编辑课件PPT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)。吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。31可编辑课件PPT（1)金属配合物的紫外光谱产生机理（2)显色反应与分析条件的选择三、金属配合物的紫外吸收光谱

ultravioletspectrometryofmetalcomplexometriccompounds32可编辑课件PPT（1)金属配合物的紫外吸收光谱产生机理

主要有三种类型：1.配体微扰的金属离子d-d电子跃迁和f-f电子跃迁

在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨道裂分，吸收辐射后，产生d一d、f一f

跃迁；必须在配体的配位场作用下才可能产生也称配位场跃迁；

摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。用于研究无机配合物的结构及其键合理论等方面。2.金属离子微扰的配位体内电子跃迁

金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若共价键和配位键结合，则变化非常明显。33可编辑课件PPT3.电荷转移吸收光谱电荷转移跃迁：辐射下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h

[Fe3+CNS-]2+h

[Fe2+CNS]2+电子接受体电子给予体分子内氧化还原反应；

>104Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。34可编辑课件PPT（2)

显色反应与分析条件的选择：：：：助色团：－NH2，－OH，－X（孤对电子）ne1显色剂与显色反应O生色团：－N＝N－，－N＝O，OC=S,－N（共轭双键）πe无机显色剂:SCN-

[Fe(SCN)]2+H2O2

[TiO·H2O2]2+有机显色剂:35可编辑课件PPT有机显色剂

CH3－C－C－CH3HO－NN－OH＝＝NNOHCOOHSO3HOO型：NNNOH

OHON型：PARNHNHNSNS型：双硫腙NN型：丁二酮肟邻二氮菲磺基水杨酸36可编辑课件PPT显色反应的选择*灵敏度高，一般ε>104*选择性好*显色剂在测定波长处无明显吸收。

对照性好,

λmax>60nm.*反应生成的有色化合物组成恒定，稳定。*显色条件易于控制，重现性好。37可编辑课件PPTc(R)2显色条件的确定c(R)c(R)a.显色剂用量（c(M)、pH一定）Mo(SCN)32+

浅红Mo(SCN)5

橙红Mo(SCN)6-浅红Fe(SCN)n3-n38可编辑课件PPTb.显色反应酸度（c(M)、c(R)一定）pH1<pH<pH2pH39可编辑课件PPTc.显色温度及显色时间另外，还有介质条件、有机溶剂、表面活性剂等T1(℃)T2(℃)t(min)A40可编辑课件PPT3干扰及消除Co2＋,Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2(蓝)⑴NaFSCN－Co2+Fe2+,Sn4+(2)Sn2+Co(SCN)2SCN－测Co2＋(含Fe3+):(掩蔽法)1.化学法41可编辑课件PPTCo2+,Zn2+,Ni2+,Fe2+

CoR,ZnRNiR,FeRCoR,Zn2+

,Ni2+

,Fe2+

钴试剂RH+测Co2＋:(生成络合物性质不同)如不能通过控制酸度和掩蔽的办法消除干扰，则需采取分离法（沉淀、离子交换、溶剂萃取等）测Fe3＋:(控制pH)Fe3+,Cu2+FeSS（紫红）Cu2+pH2.5SS42可编辑课件PPT2.物理法—选择适当的测定波长515655415500钍-偶氮砷III

钴-亚硝基红盐

AA络合物络合物试剂试剂43可编辑课件PPT第三章紫外吸收光谱分析法第一节紫外吸收光谱基本原理第二节紫外可见分光光度计第三节紫外吸收光谱的应用44可编辑课件PPT一、光度分析的方法和仪器二、分光光度计的类型第二节紫外—可见分光光度计45可编辑课件PPT一、光度分析的方法和仪器

光度分析的几种方法：方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。观察方向1.目视比色法c4c3c2c1c1c2c3c446可编辑课件PPT2.光电比色法通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)光电比色计结构示意图灵敏度和准确度较差47可编辑课件PPT3.吸光光度法和分光光度计通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调,故选择性好,准确度高.光源单色器样品室检测器显示分光光度法的基本部件48可编辑课件PPT二、分光光度计的类型49可编辑课件PPT仪器紫外-可见分光光度计50可编辑课件PPT第三章紫外-可见吸收光谱分析法第一节紫外-可见吸收光谱法基本原理principlesofultravioletspectrometry第二节紫外可见分光光度计utravioletspectrometer第三节紫外-可见吸收光谱法的应用applicationofultravioletspectrometryultravioletspectrometry,UV51可编辑课件PPT一、定性、定量分析二、有机物结构确定三、吸光光度法的应用第三节紫外吸收光谱的应用52可编辑课件PPT一、定性、定量分析

1.定性分析

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，不完全反映分子特性；计算吸收峰波长，确定共扼体系等甲苯与乙苯：谱图基本相同；结构确定的辅助工具；

max，

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

«Thesadtlerstandardspectra,Ultraviolet»

53可编辑课件PPT2.定量分析

依据：朗伯-比耳定律

吸光度：A=

bc透光度：-lgT=

bc

灵敏度高：

max：104～105L·mol-1·

cm-1；（比红外大）测量误差与吸光度读数有关：

A=0.434，读数相对误差最小；54可编辑课件PPTa.光吸收基本定律:Lambert-Beer定律A=lg(I0/It)=kbcItI0bdxII-dIs朗伯定律(1760)

A=lg(I0/It)=k1b比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c吸光度介质厚度(cm)55可编辑课件PPTT－透光率（透射比）（Transmittance）A

=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT

=kbc56可编辑课件PPT吸光度A、透射比T与浓度c的关系ATcA=kbc57可编辑课件PPTK

吸光系数

Absorptivity

a的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，

A＝abc

的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时，用

表示.

－摩尔吸光系数MolarAbsorptivity

A＝

bc

当c的单位用g·100mL-1表示时，用表示，

A＝bc，叫做比消光系数58可编辑课件PPT吸光度与光程的关系A=

bc

光源检测器0.00吸光度检测器b样品光源0.22吸光度光源检测器0.44吸光度b样品b样品59可编辑课件PPT吸光度与浓度的关系

A=

bc

吸光度0.00光源检测器

吸光度0.22光源检测器b

吸光度0.42光源检测器b60可编辑课件PPTb.朗伯-比尔定律的适用条件单色光

应选用

max处或肩峰处测定2.吸光质点形式不变

离解、络合、缔合会破坏线性关系应控制条件(酸度、浓度、介质等)3.稀溶液

浓度增大，分子之间作用增强61可编辑课件PPT

x104

(nm)亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱a.6.36×10-6mol/Lb.1.27×10-4mol/Lc.5.97×10-4mol/L亚甲蓝阳离子单体

max=660nm二聚体

max=610nm二聚体的生成破坏了A与c的线性关系62可编辑课件PPT01234mg/mlA。。。。*0.80.60.40.20溶液浓度的测定A＝

bc工作曲线法(校准曲线)c.朗伯-比尔定律的分析应用63可编辑课件PPT吸光度的加和性与吸光度的测量

A=A1+A2+…+An

用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。64可编辑课件PPTd.吸光光度法的灵敏度与准确度一.灵敏度的表示方法:摩尔吸光系数(

)

A=

bc

=A/bc

(L·mol-1·cm-1)

越大,灵敏度越高:

104～5×104为中等灵敏度;

>105为高灵敏度;

<104为低灵敏度.65可编辑课件PPT二.准确度—仪器测量误差光度计的读数误差一般为0.2～2％(ΔT),由于T与浓度c不是线性关系，故不同浓度时的ΔT引起的误差不同。100806040200T%

c1

c2

c3

T

T

T-透光率读数误差

c

c1c1

c2c2

c3c3><66可编辑课件PPT1086420204060800.70.40.20.1AT%Er(36.8)0.434浓度测量的相对误差与T(或A)的关系实际工作中，应控制T在10～70％,

A在0.15～1.0之间(调c,b,

)67可编辑课件PPT二、有机化合物结构辅助解析

structuredeterminationoforganiccompounds

1.可获得的结构信息（1）200-400nm无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮

n→π*跃迁产生的R

带。（3）

250-300nm有中等强度的吸收峰（ε=200-2000），芳环的特征吸收（具有精细解构的B带）。（4）

200-250nm有强吸收峰（ε

104），表明含有一个共轭体系（K）带。共轭二烯：K带（

230nm）；

不饱和醛酮：K带

230nm，R带

310-330nm260nm,300nm,330nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系。68可编辑课件PPT2.光谱解析注意事项(1)确认

max，并算出㏒ε，初步估计属于何种吸收带；(2)观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；(3)乙酰化位移B带：262nm(ε302)274nm(ε2040)261nm(ε300)(4)pH值的影响加NaOH红移→酚类化合物，烯醇。加HCl兰移→苯胺类化合物。69可编辑课件PPT3.分子不饱和度的计算定义：不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。

计算：若分子中仅含一，二，三，四价元素(H，O，N，C)，则可按下式进行不饱和度的计算：

=（2+2n4+n3–n1）/2

n4，n3，n1

分别为分子中四价，三价，一价元素数目。

作用：由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例：C9H8O2

=（2+29

–8）/2=670可编辑课件PPT4.解析示例

有一化合物C10H16由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱

max=231nm（ε9000），此化合物加氢只能吸收2克分子H2，，确定其结构。解：①计算不饱和度

=3；两个双键；共轭？加一分子氢②

max=231nm，③可能的结构

④计算

max

max：232273268268

max=非稠环二烯（a,b）+2×烷基取代+环外双键=217+2×5+5=232（231）71可编辑课件PPT吸收波长计算72可编辑课件PPT立体结构和互变结构的确定顺式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000共平面产生最大共轭效应，εmax大互变异构：

酮式：λmax=204nm；无共轭

烯醇式：λmax=243nm73可编辑课件PPT取代苯吸收波长计算74可编辑课件PPT三、吸光光度法的应用1.单一组分测定1)金属离子:Fe-phen,Ni-丁二酮肟,Co-钴试剂2)磷的测定:DNA中含P～9.2%,RNA中含P～9.5%,

可得核酸量.H3PO