1-紫外光谱课件

紫外光谱主要内容紫外光谱的理论基础电子跃迁类型吸收带的类型紫外光谱仪的结构与原理谱图解析与应用紫外吸收光谱理论综述波长范围：100~800nm。远紫外区：

100~200nm；近紫外区：

200~400nm；可见光区：400~800nm。紫外吸收光谱：价电子能级跃迁。结构鉴定和定量分析。电子跃迁同时，伴有振动转动能级的跃迁，带状光谱。

最大吸收峰的波长λmax和相应的摩尔吸光系数κmax反映了构成有机分子部分结构的发射团的特征。

M+荧光或磷光

E=E2-

E1=hν量子化；选择性吸收；吸收曲线与最大吸收波长表征参数：

max；κmaxM+

h

→M*基态激发态E1

（∆E）E2

不同分子发生能级跃迁时，ΔE及所吸收光的波长不同。由λ、κ

分子结构的相关关系

结构鉴定。250300350400nm1234κλ紫外-可见吸收光谱的产生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>ΔΕr

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。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。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、跃迁概率有关，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κmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但κmax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。光吸收定律

A＝lg（I0/It)=-lgT=κcl

式中A：吸光度，描述溶液对光的吸收程度；

l：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L-1；

κ：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1；

或

A＝lg（I0/It)=alρ

ρ

：溶液的质量浓度，单位g·L

-1

a：吸光系数，单位L·g

-1·cm-1

a与κ的关系为：a=κ/M（M为摩尔质量）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

。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。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。讨论：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。标准蛋白溶液在590nm处的吸光度浓度（mg/ml）吸光度A0.10.09890.20.22340.30.37650.40.46540.50.5662注:考马斯亮蓝G-250染色法测试蛋白质溶液的浓度在590nm处吸光度最大陶慰孙，李惟等主编《蛋白质分子基础》P66-70电子跃迁和吸收带类型

有机化合物的紫外-可见吸收光谱是三种电子、四种跃迁的结果：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,Bnp

ECOHnpsH9.3.2

紫外-可见吸收光谱常用术语非发色团

在200～800nm近紫外和可见区域内无吸收的基团。只具有σ键电子或具有σ键电子和n非键电子的基团为非发色团；一般指的是饱和碳氢化合物和大部分含有O，N，S，X等杂原子的饱和化合物；对应的跃迁类型σ→σ*跃迁和n→σ*跃迁，大部分都出现在远紫外区。2.发色团

在近紫外和可见区域有特征吸收的基团。发色团的电子结构特征是具有π电子：C＝C，C＝O，C≡N，N＝N，N＝O，NO2等。一个双键：π→π*跃迁,强吸收，远紫外区。多个发色团（共轭）：吸收出现在近紫外区。发色团对应跃迁类型是π→π*和n→π*。在紫外光谱中，发色团并非一定有颜色。3.助色团

具有非键电子n的基团：—NH2，—NR2，—OH，—OR，—SR，—Cl，—SO3H，—COOH等；本身在紫外和可见光区无吸收；至少有一对能与π电子相互作用的n电子；相当于共轭体系(ΔΕ

)，使发色团λmax

（红移），“助色”能力：F<CH3<Cl<Br<OH<OCH3<NH2<NHCH3<N(CH3)2<NHC6H5<O-。4.红移-蓝移红移：由取代基或溶剂效应引起的使吸收向长波长方向移动称为红移。蓝移：使吸收向短波长方向移动称为蓝移。

增色效应—κmax

；减色效应—κmax

；强带—κmax≥104

L·mol-1·cm-1

弱带—κmax<103L·mol-1·cm-1

；

1.σ→σ＊跃迁

所需能量最大，σ电子只有吸收远紫外线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λmax为125nm,乙烷λmax为135nm，

环丙烷（饱和烃中最长）λmax为190nm。在近紫外没有饱和碳氢化合物的光谱，需真空紫外分光光度计检测；可作为溶剂使用。2.n→σ＊跃迁

所需能量较大,但比σ→σ＊小。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。n→σ*跃迁所需能量取决于带有n电子的原子的性质以及分子结构。

3.n

→π＊跃迁

由n→π*跃迁产生的吸收带称为R带(德文Radikal)。能量最小；200～700nm；κmax

<103L·mol-1·cm-1较小（一般小于100），弱吸收。分子中同时存在杂原子和双键产生n→π*跃迁。C=O，N=N，N=O，C=S基团中氧原子被硫原子取代后吸收峰发生红移；

C=O：n→π*，λmax280～290nm；C=S（硫酮）：n→π*，λmax400nm左右。

R

带在极性溶剂中发生蓝移。正己烷中：279nm；乙醇中：272nm；水中：264nm。

4.

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，κmax一般在104L·mol-1·cm-1以上，属强吸收。不饱和烃π→π*跃迁：C=C发色基团，但

→

*，λmax

200nm。乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，κmax为：1×104L·mol-1·cm-1。CCHHHH助色基团取代

*发生红移。共轭双键体系的

π→π＊跃迁

共轭双键结构的分子出现K吸收带。能量小，近紫外区，κmax>104L·mol-1·cm-1

，强吸收。（1）K带（德Konjugation，共轭）

——非封闭共轭体系的

→

*

跃迁丁二烯（CH2＝CH—CH＝CH2）K带：λmax=217nm，κmax=21000L·mol-1·cm-1

。极性溶剂使K

带发生红移。苯乙烯、苯甲醛、乙酰苯等，也都会出现K

带。K

带和R

带的区别：①K

带κmax﹥10000L·mol-1·cm-1以上，而R

带κmax<103，通常在100以下。②K带在极性溶剂中发生红移，而R

带在极性溶剂中发生蓝移；③K带的λmax随共轭体系的增大而发生红移，而R

带的变化不如K

带明显。B

吸收带（苯吸收带）π→π*跃迁

——芳香族和杂芳香族化合物的特征谱带

苯：B带在230～270nm；宽峰，弱吸收带（κmax≈200L·mol-1·cm-1

）。

包含多重峰或称精细结构（由于振动次能级对电子跃迁的影响所引起的）。B

吸收带（苯吸收带）

当芳环上连有一个发色基团时（取代基与芳环间有π-π共轭），同时出现K吸收带，B吸收带；苯乙烯：二个吸收带，B带的吸收波长比K带长，K吸收带：λmax=244nm，κmax=12000

L·mol-1·cm-1

；B吸收带：λmax=282nm，κmax=450

L·mol-1·cm-1

。芳环上有取代基时，B带的精细结构减弱或消失。在极性溶剂中，由于溶质与溶剂的相互作用，B带的精细结构也被破坏。E

吸收带封闭共轭体系(芳香族和杂芳香族化合物)中，π→π*跃迁产生的K带又称为E带(EthyleneicBand)。属于跃迁概率较大或中等的允许跃迁；E带类似于B带也是芳香结构的特征谱带。其中E1带κmax>104L·mol-1·cm-1

，而E2带κmax≈103

L·mol-1·cm-1

。

吸收带的类型R吸收带：-NH2、-NR2、-OR的卤素取代烷烃可产生这类谱带。它是n→π*跃迁形成的吸收带，由于吸收系数ε很小，吸收谱带较弱，易被强吸收谱带掩盖，并易受溶剂极性的影响发生偏移。K吸收带：含有共轭烯烃结构、芳香烃基的聚合物可产生这类谱带。它是π→π*跃迁形成的吸收带、εmax>10000L/mol·cm，吸收谱带较强。

B吸收带：是芳香化合物及杂芳香化合物或含有这类基团的聚合物的特征谱带。由这个吸收带容易反映出化合物精细结构。

E吸收带：它也是芳香族化合物的特征谱带之一，吸收强度大,ε为2000-14000，吸收波长偏向紫外的短波长部分，有的则在真空紫外区。无机物分子能级跃迁一些无机物也产生紫外-可见吸收光谱，其跃迁类型包括p-d跃迁或称电荷转移跃迁以及d-d,f-f跃迁或称配场跃迁。1.电荷转移跃迁(Chargetransfertransition)

一些同时具有电子予体(配位体)和受体(金属离子)的无机分子，在吸收外来辐射时，电子从予体跃迁至受体所产生的光谱。

max较大(104以上)，可用于定量分析。2.配场跃迁(Ligandfieldtransition)

过渡元素的d或f轨道为简并轨道(Degenerationorbit)，当与配位体配合时，轨道简并解除，d或f轨道发生能级分裂。如果轨道未充满，则低能量轨道上的电子吸收外来能量时，将会跃迁到高能量的d或f轨道，从而产生吸收光谱。吸收系数

max较小(102)，很少用于定量分析；多用于研究配合物结构及其键合理论。紫外光谱仪的结构与原理紫外光谱仪的结构与原理岛津SHIMADZU紫外分光光度计UV-2550主要特点:①低杂散光:UV-2550采用优异的DDM（双闪耀衍射光栅、双单色器)技术，实现了超低杂散光和高光通量。②高性能:可用于有机、无机化合物的分析；DNA、酶等生物化学样品、光学材料的特性测定等紫外可见分光分析。③对应WindowsNT:在WindowsNT环境下运行，为紫外分光光度计的标准软件配备新一代的UV软件UVProbe。④微量多检体样品的测定:8/16多联池与50μl/100μl样品容量构成四种组合，供用户选择。池支架可选择常温或恒温。技术参数:◆测定波长范围190～900nm◆谱带宽度0.1～5nm◆分辨率0.1nm◆杂散光0.0003%以下一、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。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。

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。紫外光谱仪的结构与原理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。在紫外区需采用石英池，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。2.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。紫外光谱仪的结构与原理3.双波长

将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)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。△

=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。双光束同一化合物的紫外光吸收光谱的各种表示方法

透光率T(％)＝100×I/I0吸收率A（％）＝1-T(％)谱图解析与应用谱图特点:紫外光谱是基于电子跃迁产生的光谱。在电子跃迁过程中，会伴随着分子、原子的振动和转动能级的跃迁，与电子跃迁叠加在一起，使得紫外光谱吸收带一般比较宽，所以在分析紫外光谱时，除注意谱带的数目、波长及强度外，还要注意其形状、最大值及最小值等。一般单靠紫外吸收光谱无法推定官能团，但对测定共轭结构还是很有利的。影响紫外吸收光谱的因素蓝移（或称紫移，blueshift）：指吸收峰向短波长移动；红移(redshift)指吸收峰向长波长移动。增色效应：吸收强度增加；减色效应：吸收强度减小。1．共轭效应：π电子共轭体系增大，λmax红移，εmax增大；与双键相连接的取代基越大，导致分子共平面性越差，空间阻碍使共轭体系破坏越大，吸收波长蓝移，摩尔吸光系数降低.2.取代基的影响：当共轭双键的两端有给电子基或吸电子基时，极化现象显著增加。给电子基能够和共轭体系中的电子相互作用，使λmax红移。共轭体系中引入吸电子基团，也产生π电子的永久性转移，λmax红移。给电子基与吸电子基同时存在时，产生分子内电荷转移吸收，λmax红移，εmax增加。谱图解析与应用3溶剂问题

紫外-可见吸收常用的溶剂

常见溶剂：环己烷、95％的乙醇和二氧六环。杂质去除：活性硅胶过滤的方法来去除溶剂中微量的芳香烃和烯烃杂质。非极性溶剂：环己烷，“透明”极限波长210nm；极性溶剂：95％的乙醇，透明”极限波长是210nm。溶剂选择时需要考虑的因素：

①溶剂本身的透明范围；

②溶剂对溶质是惰性的；③溶剂对溶质要有良好的溶解性。

2.溶剂的影响

对烯和炔影响较小，但使酮峰值位移。（1）极性溶剂对n→π*跃迁的影响规律：极性溶剂使n→π*吸收带发生蓝移，κmax

；极性

，蓝移的幅度

。

为什么？原因：Cδ+=Oδ-极性，激发态时O电子云密度

，键极性

；基态时的作用强，基态能量

大，激发态能量

小。能级间的能量差

，蓝移。

（2）极性溶剂对π→π*跃迁的影响

规律：使π→π*吸收带发生红移，κmax略有降低。原因：C=C基态时，两个π电子位于π成键轨道上，无极性；π→π*跃迁后，分别在成键π和反键π*轨道上，C+=C-，极性，与极性溶剂作用强，能量

。能级间的能量差

，红移。极性溶剂致使π→π*跃迁的K带发生红移。

既有K带又有R带时，溶剂极性越大则K带与R带的距离越近(K带红移,R带蓝移)，见图(因为R在右，K在左)；而随着溶剂极性的变小两个谱带则逐渐远离。

溶剂的影响非极性→极性n

→

*跃迁：蓝移，

，κ

。

→*跃迁：红移，

，κ

。极性溶剂使精细结构消失。1：乙醚2：水12250300λ/nm乙酰丙酮的紫外-可见吸收光谱重要有机化合物的紫外光谱

--饱和烃与饱和烃衍生物饱和烃σ→σ*跃迁；饱和烃衍生物，σ→σ*，n→σ*跃迁；都缺少生色团，位于远紫外区，在紫外-可见光区无吸收，“透明”；常用作测定化合物紫外-可见吸收光谱时的溶剂。

2.不饱和脂肪烃

单烯烃、多烯烃和炔烃等，都含有π电子，产生π→π*跃迁。双键共轭使最高成键轨道与最低反键轨道之间的能量差减小，波长增加。

伍德沃德-菲泽(WoodWard-Fieser)规则

共轭多烯（不多于四个双键）π→π*跃迁吸收带的最大吸收波长，可以用经验公式伍德沃德-菲泽（WoodWard-Fieser）规则来估算。λmax=λ基+Σniλi

λ基是由非环和六元环共轭二烯母体结构决定的基准值。

λi和ni是由双键上取代基的种类和个数决定的校正项。

3羰基化合物醛、酮、脂肪酸及其衍生物酯、酰氯、酰胺等σ→σ*跃迁，n→σ*跃迁，n→π*跃迁，π→π*跃迁。

1.饱和醛、酮

特征谱带：n→π*跃迁（R带）：λmax=270～300nm，弱带（κ=10～50L·mol-1·cm-1）；n→σ*跃迁：λmax=170～190nm（κ=103～105L·mol-1·cm-1

）；π→π*跃迁：

λmax<150nm。2.饱和脂肪酸及其衍生物

含有羰基，且助色团（OH，Cl，Br，OR，NR2，SH等）直接与羰基碳原子相连，n—π共轭。

π→π*跃迁所需能量ΔΕ变小，发生红移；

n→π*跃迁所需能量ΔΕ变大，发生蓝移；与醛酮差异大，易区分。3.不饱和醛、酮

C=O，C=C发色团。孤立时：“加合”；共轭（α,β—不饱和醛及酮）时：C=C的π→π*跃迁能量ΔΕ变小。

K带(π→π*)将由单个乙烯键的λmax=165nm（κmax≈104L·mol-1·cm-1）红移到λmax=210～250nm（κmax≈104L·mol-1·cm-1

）；

R带(n→π*)将由单独羰基的λmax=270～290nm（κmax<100L·mol-1·cm-1

）红移到λmax=310～330nm（κmax<100L·mol-1·cm-1

）。

不饱和醛、酮

当共轭双键数目

，π→π*跃迁吸收带(K带)红移有时会掩盖弱的n→π*跃迁吸收带(R带)；极性溶剂和取代基(如烷基)使π→π*跃迁吸收带(K带)发生红移，使n→π*跃迁吸收带(R带)发生蓝移；取