紫外可见光谱解析

第八章吸取光谱分析第一节分子光谱概述一、电子跃迁与分子光谱分子的总能量E=Ee+Ev+Er电子能级振动能级转动能级分子内部运动价电子运动——电子能级跃迁分子内原子在平衡位置附近的振动——振动能级跃迁分子绕其重心的转动——转动能级跃迁电子能级间的能量差ΔΕe最大，约为1～20eV，振动能级间的能量差ΔΕv约为0.05～１eV，转动能级间的能量差ΔΕr最小，约为0.005～0.05eV。

分子光谱：由分子中电子能级、振动能级和转动能级的跃迁产生的带状光谱，包括吸取光谱和发射光谱。吸收光谱紫外-可见吸收光谱红外吸收光谱等发射光谱荧光光谱磷光光谱等二、分子吸取光谱紫外-可见吸取光谱：200~760nm波长的电磁波作用于分子，分子轨道中的价电子发生跃迁而产生的光谱。红外吸取光谱：0.75~1000m波长的电磁波作用于分子，分子中官能团发生振动、转动能级的跃迁而产生光谱。用途：可用于化合物的构造鉴定和定量分析。三、吸取光谱的特点：吸取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，反应了分子内部能级分布状况——物质定性分析的根据；吸取谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子构造的信息。一般将在最大吸取波长处测得的摩尔吸光系数εmax也作为物质定性分析的根据。吸取谱带强度与该物质分子吸取的光子数成正比——物质定量分析的根据。第二节可见分光光度法比色分析法是基于有色物质对可见光的选择性吸取而建立起来的分析措施。

比色分析法

比色法：目视比色

分光光度法：利用仪器检测一、物质对光的选择性吸取及吸取曲线M+热M+荧光或磷光M+h

→M*基态激发态E1

（△E）

E2E=E2-E1=h能量量子化——选择性吸取有色光的互补色物质颜色吸收光颜色波长范围/nm黄绿紫400~450黄蓝450~480橙绿蓝480~490红蓝绿490~500紫红绿500~560紫黄绿560~580蓝黄580~600绿蓝橙600~650蓝绿红650~760物质颜色和吸取光颜色的互补关系吸取光谱（吸取曲线）b.吸取曲线：吸取峰→λmax吸取谷→λmin肩峰→λsh末端吸取→饱和σ-σ跃迁产生a.样品对不一样波长的光的吸取强度不一样，以λ~A作图可得吸取曲线。KMnO4溶液的吸取曲线

max吸取曲线的讨论：①最大吸取波长λmax②不一样浓度的同一种物质，其吸取曲线形状相似λmax不变。对于不一样物质，吸取曲线形状和λmax则不一样。③吸取曲线可以提供物质的构造信息，并作为物质定性分析的根据之一。不一样物质的λmax有时也许相似，但εmax一定不一样步相似。⑤在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，因此测定最敏捷。吸取曲线是定量分析中选择入射光波长的重要根据。吸取曲线的讨论：④不一样浓度的同一种物质，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根据。二、光吸取的基本定律I0IIaIr——Lambert–Beer定律当一束单色光穿过透明介质时，光强度的减弱，即光的吸取程度与吸取介质的厚度及光路中吸光微粒的数目成正比。I0为入射光强度，I为透射光强度，K为吸光系数，L为吸取池厚度，c为被测物质的浓度。朗伯—比尔定律：吸收池厚度被测物质浓度吸光系数cmg/LKcm-1·g-1·Lcmmol/L

cm-1·mol-1·L透光度：吸光度：朗伯—比尔定律：桑德尔敏捷度：吸光物质摩尔质量1、定律的局限性2、非单色光引起的偏离3、溶液中的化学反应引起的偏离4、显色反应中干扰物质的存在引起的偏离Ac偏离朗伯—比尔定律的原因：正偏离负偏离光源单色器样品室检测器指示器三、分光光度计在整个光谱区域内可以发射出持续光谱，具有足够的辐射强度、很好的稳定性、较长的使用寿命。紫外光区:氢灯或氘灯作为光源，其辐射波长范围在185～400nm。可见光区：钨灯或碘钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。1.光源2.单色器入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；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。

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。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.检测器运用光电效应将透过吸取池的光信号变成电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.

指示器指示器的作用是把光电流或放大的信号以合适方式显示或记录下来。

老式的仪器上使用悬镜式光点反射检流计测量光电流，等刻度标尺是百分透光度T，对数刻度是吸光度A。分光光度计的类型双光束光度计工作示意图双波长分光光度计合用于多组分混合物、混浊试样以及存在背景干扰或共存组分吸取干扰的样品测定，可以提高措施的敏捷度和选择性。双光束分光光度计可消除光源不稳定、检测器敏捷度变化等原因的影响，尤其适合于构造分析。1.对显色反应的规定选择性好，干扰小，或者干扰轻易消除；敏捷度足够高；有色化合物构成恒定，符合一定的化学式；有色化合物的化学性质应足够稳定；有色化合物与显色剂之间的颜色差异要大。四、显色反应与显色条件的选择被测组分显色剂有色化合物2.显色反应条件的选择被测组分显色剂有色化合物1）显色剂的用量2）溶液酸度（a）影响显色剂的平衡浓度和颜色（PAR）黄色橙色红色（b）影响被测金属离子的存在状态（c）影响络合物的构成pH络合物络合比颜色1.8~2.5Fe(Ssal)+1∶1紫红4~8Fe(Ssal)2-1∶2棕褐8~11.5Fe(Ssal)33-1∶3黄pHAab3)显色反应的温度一般显色反应在室温下进行，注意：有些显色剂或有色化合物受热易分解有时，加热可加速显色反应，例如硅钼酸法测定硅：室温下，10min沸水浴，30s5)溶剂的影响配合物在不一样溶剂中的解离程度不一样，若配合物易溶于有机溶剂，将其萃取后测定可提供敏捷度和选择性，称为萃取光度法4)显色反应的时间A1234t6)溶液中共存离子的影响及干扰的消除控制溶液的酸度；加入掩蔽剂；运用氧化还原反应变化干扰离子的价态；运用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰；选择合适的波长；采用合适的分离措施进行分离。1.仪器测量误差五、仪器测量误差和测量条件的选择不一样的透光度读数，产生的误差大小不一样：A=-lgT=cL微分：-dlgT＝-0.434dlnT=-0.434dT/T=Ldc两式相除得：dc/c=0.434dT/TlgT以有限值表达可得：Δc/c=0.434ΔT/TlgT浓度测量值的相对误差（Δc/c）不仅与仪器的透光度误差ΔT有关，并且与其透光度读数T的值也有关。与否存在最佳读数范围？何值时误差最小？02468100204060801000.700.400.220.09700.43436.8AT/%与A、T的关系10700.151.02.测量条件的选择1）入射波长的选择(“吸取最大，干扰最小”原则)2）光度计读数范围的选择A:0.15~1.0T:10%~70%控制溶液的浓度选择不一样厚度的吸取池3）选择合适的参比溶液参比溶液的选择：显色剂样品溶液参比溶液无色无色无色杂质离子有色有色无色有色有色待测溶液：缓冲溶液+显色剂+样品溶液+其他试剂溶液纯溶剂不加显色剂的待测试液不加样品溶液的待测溶液掩蔽了待测组分的待测溶液分光光度法化学平衡的研究有机物纯度测定生物成分的鉴定生物成分的结构研究六、分光光度法的应用单组分测定多组分测定吸光系数法原则曲线法吸取光谱互不重叠吸取光谱单向重叠吸取光谱双向重叠七、光度法的定量分析

维生素B12的水溶液在361nm处的吸光系数为20.7cm-1·g-1·L，用1cm比色池测得某维生素B12溶液的吸光度是0.414，求该溶液的浓度是多少？解：吸光系数法例如：原则曲线法环节：1.选择最佳测定条件及最大吸取波长max;2.测定工作曲线;(配制一系列不一样浓度的被测组分的原则溶液，测定吸光度A,以A~c作图,得到工作曲线)，计算斜率K；3.在相似条件下,测定样品的吸光度A，通过工作曲线的斜率K计算得到样品浓度c。Ac吸光度的加和性多组分测定

1MAX

2MAX多组分测定—吸取光谱互不重叠多组分测定—吸取光谱单向重叠多组分测定—吸取光谱双向重叠第三节紫外分子吸取光谱法一、有机化合物的紫外吸取光谱紫外吸取光谱是分子中价电子跃迁产生的，分子中价电子的分布和结合状况决定了这种光谱①形成单键的σ电子；

②形成双键的π电子；③未成键的n电子。COHnpsH分子轨道理论——有机物分子中有几种不一样性质的价电子外层电子吸取紫外-可见辐射后从基态(成键轨道)向激发态(反键轨道)跃迁，有六种跃迁形式：n→π＊、π→π＊、n→σ＊——紫外可见光谱π→σ＊、σ→π＊、σ→σ＊——真空紫外光谱分子轨道能级及能级跃迁示意图n

*

*吸取光谱中的基本术语：1、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。这两种跃迁均规定有机物分子中具有不饱和基团。此类具有π键的不饱和基团称为生色团。简朴的生色团由双键或叁键体系构成，如C=C、C≡C、C=O、N=O、N＝N、C≡N等。某些具有非键（n）电子的基团(如-OH、-OR、-NH２、-NHR、-X等)，它们自身没有生色功能(不能吸取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(吸取波长向长波方向移动，且吸取强度增长)，这样的基团称为助色团。吸取光谱中的基本术语：2、助色团：

吸取光谱中的基本术语：3、红移和蓝移、增色和减色：

λmax向长波长方向移动称为红移，向短波长方向移动称为蓝移(或紫移)。吸取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。有机化合物的吸取谱带因引入取代基或变化溶剂使最大吸取波长λmax和吸取强度发生变化:二、有机化合物的紫外吸取光谱特性1、有机化合物的重要跃迁类型π→π*：发生在近紫外区，当分子中具有不饱和的电子基团时会发生π→π*跃迁，如C=C，C≡C，C=O等，π→π*跃迁是强吸取带，一般称作K吸取带，εmax≥104。n→σ*：发生在远、近紫外区之间，当C—H键中H被S、N、O、Cl等杂原子取代时，由于此类杂原子中有n电子，n电子易被激发而产生n→σ*跃迁。n→π*：发生在近紫外-可见光区，当分子中具有杂原子及不饱和基团时会发生n→π*跃迁，是生色团中的未成键孤对电子向π*轨道跃迁产生的弱吸取带，一般称作R吸取带，εmax＜100。电荷迁移跃迁：在对应能量的光辐射下，分子中电子从予以体轨道向接受体轨道跃迁，这种跃迁称为电荷迁移跃迁，其吸取光谱称为荷移光谱。——σ→σ*、n→σ*σ→σ*：一般发生在远紫外区，不不小于200nmn→σ*：发生在远、近紫外区之间，150nm~250nm，当饱和烃C—H键中H被杂原子取代时，n电子被激发而产生n→σ*跃迁，使吸取峰红移甲烷：λmax=125nm乙烷：λmax=135nmCH3OH：λmax=183nm、CH3NH2：λmax=213nm直接用烷烃或卤代烃的吸取光谱来分析这些化合物的实用价值不大，常用作溶剂。2、重要有机化合物的紫外吸取光谱特性饱和烃及其衍生物——σ→σ*、π→π*π→π*：发生在近紫外区，是强吸取带，εmax≥104。CH2=CH2：λmax=165nm、CH≡CH：λmax=173nm

伴随共轭体系的增大或杂原子的取代，λmax红移且吸取增强。深色移动原理：键-键共轭生成大π键。电子轻易激发。共轭双键越多，深色移动越明显且吸取越强，据此可判断共轭体系存在的状况，这也是紫外吸取的重要应用。165nm

217nm

₃

₁

₂

不饱和烃及共轭烯烃——n→σ*、π→π*、

n→π*饱和醛、酮:共轭体系使n→π*跃迁红移，是弱吸取带共轭体系使π→π*跃迁红移，是强吸取带π→π*跃迁的K吸取带用来识别α,β不饱和醛酮α,β不饱和醛酮:n→π*

，λmax:280~300nm，εmax:10~100羰基化合物助色团-OH、-OR、-NH2、-Cl的存在可形成n→π共轭，π轨道能量减少，π*轨道能量升高，n轨道能量不受影响，因此n→π*蓝移，λmax~210nm羧酸及其衍生物:n→π*跃迁蓝移，是弱吸取带酮和酯羰基n→π*跃迁差异示意图——n→π*、

π→π*苯（乙醇）和乙酰苯的紫外吸取光谱图E吸取带：B吸取带：芳香族的特性吸取带，由苯环内大π键的π→π*跃迁产生，是强吸取带。芳香族的精细构造特性吸取带，由苯环骨架振动吸取与苯环内的π→π*跃迁重叠产生，在极性溶剂中消失或不明显。芳香族化合物苯环上助色基团对吸取带的影响苯环上发色基团对吸取带的影响三、溶剂的影响溶剂的极性不一样会引起某些化合物的吸取带红移或蓝移，这种作用称为溶剂效应。正己烷CHCl3CH3OHH2Oπ→π*

λmax/nm230238237243n→π*λmax/nm329315309305亚异丙基丙酮的溶剂效应1、溶剂对溶质吸取峰位置影响π*nπ△En→π*

△Eπ→π*

无溶剂化作用πnπ*△En→π*

△Eπ→π*

有溶剂化作用溶剂效应

△Eπ→π*

＞△Eπ→π*红移:△En→π*

＜△En→π*蓝移:ａ：溶剂极性越强，π→π*产生谱带向长波移动明显。原因：极性溶剂作用下，激发态能量减少程度不小于基态。从而使∆E吸取红移。ｂ：溶剂极性越强，ｎ→π*产生谱带向短波移动明显。原因：ｎ→π*跃迁分子中含未成键ｎ电子。能与极性溶剂形成氢键，作用强度比π*大，因而基态能级比激发态能级下降程度大。ｎ→π*跃迁能增大，波长蓝移。溶剂对溶质吸取峰位置影响正己烷CHCl3CH3OHH2Oπ→π*

λmax/nm230238237243n→π*λmax/nm329315309305一般极性溶剂，如水，醇，脂，酮会使由振动效应产生的光谱精细构造消失，出现宽峰。因此，若但愿得到有特性的精细构造。则应在溶解度容许范围内选择极性小的溶剂。2、溶剂对溶质吸取峰强度和精细构造的影响四、有机化合物吸取波长的推算规则计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮类化合物的π→π*最大吸取波长的经验规则。Scott规则：Woodward规则：计算芳香族羰基衍生物的π→π*最大吸取波长的经验规则。Woodward规则：计算共轭二烯烃或多烯烃的

max注意：当两种情形的二烯烃体系共存时，选择波长较长的母体系统，即253nm。计算不饱和羰基化合物的

maxWoodward规则：共轭双键λ=30nm

同环二烯λ=253nm

环外双键λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

同环二烯λ=253nm共轭双键λ=30nm环外双键λ=5nm烷基取代基λ=3×5nm计算值：λmax

=303nm测定值：λmax

=306nm胆甾-2,4,6-三烯Woodward规则：Scott规则：

计算R-C6H4-COX衍生物的λmax(乙醇溶剂)R-C6H4-COX发色团母体λ/nmX=烷基或环残基（R）246X=氢（H）250X=羟基或烷氧基（OH或OR）230苯环上邻、间、对位被取代基取代的波长增值△λ/nmScott规则：取代基邻位间位对位取代基邻位间位对位R3310Br2215OH,OR7725NH2131358O112078NHAc202045Cl0010NR2202085Scott规则：间位-OH取代基λ=7nmPhCOR母体λ=246nm

对位-OH取代基λ=25nmPhCOR母体λ=246nm对位-OH取代基λ=25nm

间位-OH取代基λ=7nm计算值：λmax

=278nm测定值：λmax

=279nm五、无机化合物的紫外吸取光谱电子跃迁形式电荷迁移跃迁配位场跃迁荷移光谱位于近紫外-可见光区，发生的是分子内光氧化还原反应，是强吸取带，εmax≥104，有较大的应用价值。hvCl-____(H2O)nCl____(H2O)n-

hvFe3+____OH-Fe2+____OHhv[Fe3+____CNS-]2+[Fe2+____CNS]2+电荷迁移跃迁荷移光谱的波长取决于电子予以体和接受体电子轨道的能量差，若中心离子和配体的氧化或还原能力越强，电荷迁移跃迁时所需能量越小，荷移光谱波长越长。电荷迁移跃迁hv电子接受体电子给予体Mn+____Lb-M(n-1)+____L(b-1)-配位场跃迁在配体的配位场作用下，过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨道裂分，吸取辐射后产生d-d、f-f跃迁，配位场跃迁一般处在可见区，吸取较弱，εmax≤10-1，较少应用于定量分析。络合物的d-d跃迁氯化镨的f-f跃迁六、紫外吸取光谱的应用1.顺反异构体确实定反式肉桂酸λmax=295nmεmax=7000顺式肉桂酸λmax=280nmεmax=13500一般状况下，反式异构体λmax，εmax比顺式大。顺式异构体的位阻效应影响了平面性，共轭程度减少，λmax蓝移，εmax减少。据此可判断顺式或反式构造。2.互变异构体确实定乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式互变异构:酮式：极性溶剂中形成氢键，无共轭构造，吸取弱，n→π*跃迁，λmax=280nm，εmax=1900烯醇式：非极性溶剂中形成分子内氢键，有共轭构造，吸取强，π→π*跃迁，λmax=235nmεmax=121003.化合物纯度的检测若某化合物在