1、,第五章 紫外-可见吸收光谱法 (Ultraviolet Visible Absorption Spectrometry, UV- Vis),一、紫外-可见吸收光谱 （一）分子吸收光谱的产生 （二）有机化合物的紫外-可见吸收光谱 （三）无机化合物的紫外-可见吸收光谱 （四）溶剂对紫外-可见吸收光谱的影响 二、紫外-可见分光光度计 （一）紫外-可见分光光度计的基本构造 （二）紫外-可见分光光度计的类型 三、紫外-可见吸收光谱法的应用（一）定性分析（二）结构分析（三) 化合物中杂质的检查（四）定量分析,紫外-可见吸收光谱法（UV-VIS） ：也称紫外-可见分光光度法是根据物质分子对波长为200-8
2、00nm这一范围的电磁波（紫 外200-400nm和可见光谱区400-800nm)的吸收特性建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。 分子吸收光谱 主要产生于分子的外层价电子在电子能级之间的跃迁,紫外区可分为远紫外区（10200nm）和近紫外区 （200400nm）。 因空气中的氧、二氧化碳和水汽等都吸收远紫外光，因此，要研究分子对远紫外光的吸收需要在真空条件进行，故使其应用受到限制。 通常说的紫外可见吸收光谱是指近紫外可见吸收光谱，即物质分子吸收200800nm波长范围内的光辐射所产生的吸收光谱。,相同点：均属于吸收光谱；其波长范围均在近紫外到近红外光区（ 200800nm)。,原子吸收光谱
3、法与紫外可见分光光度法的比较,原子吸收光谱法与紫外可见分光光度法的比较,不同点：吸收机制不同： 原子吸收光谱属于原子光谱，是由基态原子所产生的吸收，是线状光谱，谱线宽度很窄，其半宽约为103 nm；而紫外可见光谱是属于分子光谱，为带状光谱，谱带很宽，其半宽约为10 nm。光源不同：前者为锐线光源，如空心阴极灯；后者为连续光源，如钨灯、氘灯。仪器排布不同：前者：锐线光源原子化器单色器检测器后者：光源单色器吸收池检测器,紫外-可见分光光度法的特点： 1 与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度快。 2 灵敏度高。如在紫外区直接检测抗坏血酸时，其最低检出浓度可达到10-6
4、g/mL。 3 选择性好。通过适当的选择测量条件，一般可在多种组分共存的体系中，对某一物质进行测定。 4 精密度和准确度较高。在仪器设备和其他测量条件较好的情况下，其相对误差可减小到1%2%。 5 用途广泛。在生物、医药、化工、地质等诸多领域，不但可以进行定量分析，还可以对被测物质进行定性分析和结构分析，进行官能团鉴定、相对分子质量测定、配合物的组分及稳定常数的测定等。,第一节 分子吸收光谱的产生 一、物质对光的选择性吸收 光在与物质作用时，物质可对光产生不同程度的吸收。 物质的结构决定了物质在吸收光时只能吸收某些特定波长的光，也就是说，物质对光的吸收有选择性。 当一束白光（复合光）通过硫酸铜
5、溶液时，水合铜离子选择性的吸收复合光中的黄光，故溶液呈现出黄色的互补色蓝色。 我们通常见到的有色物质，都是由于他们吸收了可见光的部分光，呈现出吸收光颜色的互补色。,二、分子吸收光谱的产生 分子吸收光谱的形成是由于电子在能级之间的跃迁所引起的。 分子内部具有电子能级、振动能级和转动能级。所以分子的能量 E分子E电E振E转 。 这些能量是量子化的，只有光辐射的能量恰好等于两能级之间的能量差时，才能被吸收。,分子内部三种能级跃迁所需 能量大小的顺序为： E电 E振 E转 分子的电子跃迁所吸收的能量比后二者大的多,1. E电 约为120eV，所吸收的电磁辐射波长约为124062nm，主要在紫外和可见光
6、区。,2. E振约为0.051eV，相应的分子吸收光谱为红外光谱。,3. E转 约为0.0050.05eV，与之对应的分子吸收光谱为远红外光谱。,为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱？谱带为什么变宽？,通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，溶液中相邻分子间的碰撞能导致分子各种能级的细微变化，引起吸收带的进一步加宽和汇合。仪器的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽
7、。,紫外-可见吸收光谱（吸收曲线）：描述物质分子对辐射吸收的程度（吸光度）随波长而变的函数关系曲线。 波长为横坐标，吸光度或透光率为纵坐标 紫外-可见吸收光谱通常由一个或几个宽吸收谱带组成。,1定义：以吸光度A为纵坐标， 波长为横坐标，绘制的A曲线。,2吸收光谱术语：吸收峰max ,吸收谷min肩峰sh , 末端吸收,特征值,525nm,紫外-可见吸收光谱,最大吸收波长（max）是分子的特征常数，与化合物的电子结构有关，可用于推测化合物的结构信息； 整个吸收光谱的形状取决于物质性质，反映分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。 吸收曲线的纵坐标则用光强表示，强度参数可用透光率、吸光度和吸光系数
8、表征。,叶酸,透光率T：为透射光的强度I与入射光的强度I0之比。 TI/ I0 吸光度A：表示单色光通过溶液时被吸收的程度，定义为入射 光的强度I0与透射光的强度I之比的对数值。Alg I0/ I T与A的关系：AlgT,三、朗伯比尔定律 朗伯比尔定律是分子吸收光谱法定量分析的基础。 它可表述为：当一束单色光穿过透明介质时，光强度的降低.同入射光的强度、吸收介质的厚度、溶液的浓度成正比。用数学表达为： A = lg I0/I = k c lA：吸光度；c：吸光物质的浓度；l：液层的厚度；k：比例系数 朗伯比尔定律是建立在吸光质点之间没有相互作用的前提下的，它只适用于稀溶液（c0.01mol/L
9、)。,当l以cm，c以g/L为单位时，k称为吸收系数，用a表示，即： A = a c l； 当l以cm，c以mol/L为单位时，k称为摩尔吸收系数，用表示， 即： A = c l 。 比a更为常用，可以作为吸收光谱的纵坐标，并以max处的摩尔吸收系数max表示谱带的吸收强度。 max在特定波长和溶剂的情况下也是分子的特征常数和鉴定化合物的重要依据。,第二节 有机化合物的紫外可见吸收光谱有机化合物的紫外-可见吸收光谱取决于分子中价电子的分布和结合情况。 一、电子跃迁的类型 与紫外可见吸收光谱有关的价电子主要有三种：形成单键的电子、形成双键的电子、未参与成键的n电子（p电子，如O/N/S/X等含有
10、未成键的孤对电子）。 基态时，它们处于、成键轨道和n非键轨道上，当吸收一定能量E后，这些价电子将跃至能量较高的*、 *反键轨道。,分子轨道：原子轨道线性组合而成。 成键轨道 ， 反键轨道 * ， *,电子跃迁类型主要有四种：*、n*、*和 n*，各种跃迁所需的能量大小不同，次序为： * n* * n *，因此，形成的吸收光谱谱带的位置也不相同。,*跃迁：需要能量最大， 200nm ，真空紫外区，max 104饱和烃（远紫外区）；CH共价键，如CH4（ max 125nm）CC共价键，如C2H6（ max 135nm）,n*跃迁：所需能量较大，在150250nm处，max较低，200。含有杂原子
11、（氧、氮、硫、卤素等）的饱和烃衍生物都可发生此类跃。如：NH2、OH、S、X 。一氯甲烷 n*跃迁： max 173nm甲醇 n*跃迁： max 183nm,*跃迁：所需能量较小，一般200nm，max 104。不饱和基团（乙烯基、乙炔基）不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类可发生此类跃迁。乙烯 *跃迁： max 165nm丁二烯 *跃迁： max 217nm,n*跃迁：所需能量最小， 200nm， max 10100。含有杂原子的不饱和化合物可发生此类跃迁。如CO、CN,一种化合物可以有一种或多种电子跃迁同时发生。 电子跃迁的类型与分子结构及其存在的基团有关。 因此，可以根据分子结构来推测可能产生的
12、电子跃迁；反之，也可以根据紫外吸收带的波长及电子跃迁的类型来判断化合物分子中可能存在的吸收基团。,二、基本术语 生色团：分子中能吸收紫外可见光而产生电子跃迁的基团。主要是具有不饱和键和含有孤对电子的基团。如乙烯基、乙炔基、羰基-C=O、亚硝基-N=O、偶氮基-N=N-、等。 助色团：可使生色团吸收峰的位置和吸收强度改变（一般是向长波方向移动，并其吸收强度增加）的基团。为具有孤对电子的基团，如-OH、-SH、-Cl、-Br、-I 等。 如：苯的B吸收带其max为254nm，max为204 Lmol-1cm-1，当它与一个OH相连后，其max移到270nm，max增强为1450 Lmol-1cm-
13、1。,红移、蓝移 在因取代基的引入或溶剂的改变而使max发生移动，向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移。 增色效应、减色效应由于化合物分子结构中取代基的引入或溶剂的改变使得吸收带的强度即摩尔吸收系数max增大或减小的现象，称为增色效应或减色效应。,三、紫外-可见光谱中的常见吸收带,1、R带：（基团radical）含杂原子的不饱和基团的n *跃迁产生CO；CN；NN,特点：max 200400nm，强度较弱100,三、紫外-可见光谱中的常见吸收带,2、K带：（共轭作用konjugation）由共轭双键的 *跃迁产生,(CHCH)n， CHCCO 特点：max200nm，强104共轭体系
14、增长， ， （红移）,3、B带：（苯benzenoid）,三、紫外-可见光谱中的常见吸收带,苯环本身分子振动、转动能级跃迁而产生的吸收带，转动能级消失，谱带较宽。,芳香物的主要特征吸收带 = 230270 nm, 具有精细结构 200 极性溶剂中，或苯环连有取代基时，其精细结构消失,三、紫外-可见光谱中的常见吸收带,4、E带： （乙烯型ethylenic band）,由苯环环形封闭共轭体系的 *跃迁产生,芳香族化合物的特征吸收带 E1180nm，强104 （常观察不到） E2 200nm，强7000 苯环有生色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并一起红移（长移）,苯的异丙烷液紫外吸收,苯乙酮
15、的正庚烷溶液紫外吸收,K带：max240nm，13000 B带： max278nm，1100 R带： max319nm，50,6、配位体场吸收带配合物中心离子 d-d* 或 f-f* 跃迁,有电子给予体和电子接受体的有机或无机化合物电荷转移跃迁 范围宽，强104,5、电荷转移吸收带,如过渡金属水合离子与显色剂(如有机化合物)形成的配合物. 可见光区， 较弱102,三、紫外-可见光谱中的常见吸收带,吸 收 带,四.影响吸收带的因素,影响表现为谱带位移、谱带强度变化、谱带精细结构的出现或消失等。,1、共轭效应的影响 2、跨环效应的影响 3、溶剂效应的影响 4、体系pH值的影响,电子共轭体系增大，
16、max红移、 增大 共轭效应使电子离域到多个原子间，导致*能量降低，跃迁几率增大， max增大,1、共轭效应的影响,共轭体系越大， max、 越大。,反式二苯乙烯 顺式二苯乙烯,空间位阻使共轭体系破坏， max蓝移 减小,1、共轭效应的影响,(I) 顺式二苯乙烯 (II)反式二苯乙烯,二苯乙烯的紫外吸收光谱,max280nm，max10500,max296nm，max29000,(I) 顺式二苯乙烯,(II)反式二苯乙烯,助色基团虽不共轭，但由于空间排列使电子云相互影响，使 n*吸收峰长移。,2、跨环效应的影响,3、溶剂效应影响,溶剂的极性增大时，n * 跃迁吸收带蓝移 * 跃迁吸收带红移,溶
17、剂极性增大， 吸收峰呈规律性蓝移,记录时标明溶剂； 测定时选择溶剂： （1）稳定性；溶解性；对溶质的惰性。 （2）在测定光谱区无明显吸收（尽量低极性）,3、溶剂效应影响,正确选用溶剂 1）溶剂不同，同一种物质的紫外可见吸收光谱的 峰形和最大吸收位置可能不一样，所以在测定物质的吸收光谱时，一定要注明所使用的溶剂。 2）尽量选用低极性溶剂； 3）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性； 4）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。,常用紫外可见测定的溶剂,4、体系pH值：,pH的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，或引从而引起吸收峰位置改变。,五、有机化合物紫外-可见吸收光谱,1.
18、 饱和烃及其取代衍生物,饱和烃类：只能产生*跃迁，最大吸收峰波长一般 小于150nm。常用作溶剂。 饱和烃的取代衍生物：可产生n* 的跃迁。如卤代烃，n* 的能量低 于*。CH3Cl、CH3Br和CH3I的n* 跃迁分别出现在173、 204和258nm处。,2.不饱和烃及共轭烯烃,五、有机化合物紫外-可见吸收光谱,3.羰基化合物,五、有机化合物紫外-可见吸收光谱,4.芳香族化合物,产生*、 n* 、n*三个吸收带。 醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。,E1 、E2带、B带苯环上有取代基时，三个吸收带都长移，吸收强 度也增大。B带的精细结构因取代基而变得简单化。,了解共轭程
19、度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体等进行判别,六、紫外光谱给出的信息,紫外-可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是：,六、紫外光谱给出的信息,270350nm 低强度吸收峰 (10100),200750 nm 无吸收峰,直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等,n*跃迁，含一个简单非共轭且有n电子的生色团如羰基,20300nm 中等强度吸收峰,210250nm 强吸收峰,含苯环,含2个共轭双键,含3个或3个以上共轭双键,260300nm 强吸收峰,可见光区 有吸收峰,长链共轭5个以上 或稠环化合物,有机化合物结构研究推断异构体,CH3-C-CH2-C
20、-OC2H5,O,O,max=204nm 弱吸收,max=245nm =18000,第二节 紫外可见分光光度计 一、主要部件基本结构:光源单色器吸收池检测器信号显示系统样品,1、光源光源的作用：提供能量激发被测物质分子产生电子能级跃迁，从而产 生电子光谱谱带。要求：能够提供足够强的连续辐射、有良好的稳定性、较长的使用寿命,且辐射能量随波长无明显变化。常用的光源有热辐射光源和气体放电光源。热辐射光源：利用固体灯丝材料高温放热产生的辐射作为光源。如 钨灯、卤钨灯。两者均在可见区使用。卤钨灯的使用寿命及发光效率高于钨灯。气体放电光源：指在低压直流电条件下,氢或氘气放电所产生的连续辐射。一般为氢灯或氘
21、灯,在紫外区使用。,2、单色器单色器的作用：使光源发出的光变成所需要波长的单色光。由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变为平行光束后进入色散元件。后者将复合光分解成单色光，然后通过物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出射狭缝用于限制通带宽度，并将欲测波长的光引出单色器。 转动色散元件，可以改变由单色器出射光的波长；调节入射、出射狭缝宽度，可以改变出射光束的通带宽度。,3、吸收池（比色皿、比色杯）用于盛放分析试液。石英池用于紫外-可见区的测量，玻璃池只用于可见区。 4、检测器用来检测光信号，测量单色光透过溶液后光强度变化的一种
22、装置。简易分光光度计上使用光电池或光电管作为检测器。目前 最常见的检测器是光电倍增管，有的用二极管阵列作为检测器。 5、信号显示系统,二、仪器类型紫外-可见分光光度计，按其光学系统可分为三种类型：单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。 1、单光束分光光度计经单色器单色化后只有一束光，然后这束光分别通过参比溶液和试样溶液进行吸光度的测定。结构简单，价格便宜；适于作定量分析。但测量结果受光源波动影响较大，误差较大；操作麻烦，不适于作定性分析。,2、双光束分光光度计经单色器单色化的光一分为二，一束通过参比溶液，一束通过试样溶液，仪器在不同瞬间接收和处理参比信号，将两信号的比值转换为吸
23、光度。既可测得吸光度，又可扫描吸收光谱；还消除了光源强度不稳带来得误差。,3、双波长分光光度计让两束波长不同的单色光（1 和2）交替通过同一个吸 收池，然后经检测系统，这样得到的是两波长处的吸光度之差 A，再根据A（1 2 ）cL 进行定量分析。不用参比溶液，只用一个待测试液，这样就完全扣除了背景吸收（包括溶液的浑浊及比色皿的误差），准确度较高。,第六节 紫外可见吸收光谱的应用 一、定性分析单靠紫外光谱数据来推断未知化合物的结构有些 困难，但是紫外光谱数据可用于判别有机物中生色团 和助色团的种类、位置及数目，区分饱和与不饱和化 合物，测定分子中的共轭程度等进而确定分析物的结 构骨架。,定性鉴定
24、的主要步骤为： 1）纯化试样，使其不含杂质； 2）进行紫外吸收光谱测定，得到试样的吸收光谱曲 线，依据光谱特征一般规律作初步判断； 3）用对比法，对该化合物作进一步定性鉴定； 4）应用其它化学、物理等分析方法进行对照和验证，最后作出该化合物定性鉴定的正确结论。,二、有机化合物构型、构象的测定 1、顺反异构体的判别一般有机化合物的反式异构体的max 和max 值比相应的顺式异构体大。 2、互变异构体的测定乙酰丙酮存在酮式和烯醇式两种异构体，在极性溶剂水中，以酮式异构体为主，形成分子间氢键，max为277nm；在非极性溶剂己烷中，以烯醇式异构体为主，形成分子内氢键，max为269nm。,四、定量分
25、析紫外可见光谱法定量分析的依据是朗伯比尔定律：A = c l 即物质在一定波长处的吸光度与它的浓度成正比。 1、一般定量分析法 单一组分的测定：先绘制待测物质的吸收曲线，然后选择最大吸收波长max ，进行定量测定。方法有校准曲线法或标准加入法。,多组分的测定： 如果各组分的吸收曲线互不重叠，可在各组分的max处分别测定方法与单一组分同。 如各组分的吸收曲线互相重叠，可根据吸光度具有加和性的特点，在各组分的max处分别测定混合物的吸光度，然后通过求解方程组求得各组分浓度。、 分别为在1和2处用纯A测得的b；分别为在1和2处用纯B测得的b；,2、双波长分光光度法先选定两个波长1和2，调节仪器，使1
26、和2的光强相等，则 A 11cLAs； A 22cL As As为背景吸收或光散射。 以上两式相减得： A(2 1）cL上式表明，试样溶液在1和2处吸光度的差值A与待测 物质的浓度成正比，而背景吸收和光散射得到了自动校正。这 即是双波长分光光度法进行定量分析的依据。 该方法可用于测定浑浊溶液或吸收光谱相互重叠的混合物。,1和2应满足两个条件： 1）两波长处干扰组分应具有相同的吸收； 2）两波长处待测组分的A应足够大。 1和2的确定： 常采用作图法。A为待测组分。 先选A的max为2，在2处作一条 垂直与X轴的直线，与干扰组分B的吸 收曲线交与一点，再过该交点作一条 与X轴平行的直线，该直线与干扰组 分B的吸收曲线有一个或多个交点，则 交点所对应的波长即可作为参比波长 1。,本章小节 紫外可见吸收光谱的产生 有机化合物的紫外可见吸收光谱电子跃迁类型、常用术语、几类化合物的吸收曲线特征 无机化合物的紫外可见吸收光谱 紫外可见分光光度计 紫外可见吸收光谱的应用（定性、定量）,课后习题,P46：1，9, 13 P75：5,6,11 P99：1,2，9，10,
