1、紫外可見光譜操作使用介紹紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第1頁基本知識電磁輻射與紫外光譜光是一個電磁輻射，從波長極短宇宙射線至波長很長無線電組成一個連續光譜。 部分電磁輻射范圍遠紫外 100200 nm近紫外 200400 nm可見光 400800 nm近紅外 8002500 nm遠紅外 25003500 nm紫外光譜由分子外層電子在不一樣能級間躍遷產生。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第2頁朗伯比爾定律(Lambert-beer)A=吸光度 I0=入射光強度I=入射光經過樣品后透射強度摩爾吸光度（cm-1.m-1）C=摩爾濃度(mol) l=光程(cm)紫外可見光譜儀原理及使用操作方

2、法簡介第3頁 當產生紫外吸收物質為未知物時，其吸收強度可 用表示: A=吸光度 c為100ml溶劑中溶質克數 l=光程(cm) 紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第4頁 選取溶劑需注意以下幾點： 1) 當光波長減小到一定數值時，溶劑會對它產生強烈吸收(即溶劑不透明)，這即是所謂“端吸收”，樣品吸收帶應處于溶劑透明范圍。透明范圍 最短波長稱透明界限。 2) 樣品在溶劑中能到達必要濃度(此濃度值決定于樣品摩爾吸收系數大小)。 3) 要考慮溶質和溶劑分子之間作用力。普通溶劑分子極性強則與溶質分子作用強。所以應盡可能采取低極性溶劑。 4) 為與文件對比，宜采取文件中所使用溶劑。 5) 其它如溶劑揮發

3、性、穩定性、精制再現性等。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第5頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第6頁基本原理 電子躍遷產生紫外可見吸收光譜 分子總能量是其鍵能(電子能)、振動能和轉動能總和，當分子從輻射電磁波吸收能量之后，分子會從低能級躍遷到較高能級。吸收頻率決定于分子能級差，其計算式為： E = h 或 E = hC / 式中 E為分于躍遷前后能級差； 、分別為所吸收電磁波頻率及波長 C為光速； h為普朗克常數。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第7頁 分子電子狀態能約為 8.38 1048.38 105 (J/mol) (4.19105相當于286nm處發生紫外吸收) 分子振動

4、能約為4.191032.09104 (J/mol)，分子轉動能約為41941.9 (J/mol)。 即使每項能量不一樣,且有一定改變范圍,但其改變均是量子化 。由上可見,分子從電子基態躍遷到電子激發態 E遠大于振動能級,轉動能級E。所以,電子躍遷所吸收電磁波是吸收光譜中頻率最高,即紫外可見光.紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第8頁紫外吸收譜帶形狀 紫外吸收譜帶之所以是較寬,純形狀,這可經過下列圖加以說明。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第9頁以雙原子分子為例 位能曲線上橫線表示振動能級(轉動能級未表示)。分子吸收電磁波能量后,電子從基態 s0躍遷到激發態,其同時伴隨有振動能級躍遷,躍遷

5、時核間距離保持不變(Franck-Condon原理)。它們和原能級(s0，v0 )之間能級差分別為I、II、III。因為此時還伴伴隨轉動能級躍遷,所以圍繞I、II、III,有一系列分立轉動能級躍遷譜線(圖a),這種譜只能在稀薄氣態下測得,當氣態壓力增大,即濃度增大時,轉動能級受限制,形成連續曲線(b)，在低極性溶劑中測定紫外吸收,還能保留一些紫外吸收精細結構(c),在高極性溶劑中作圖,精細結構完全消失(圖d)。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第10頁多原子分子電子能級躍遷種類 有機化合物外層電子為:鍵電子;鍵電子;未成鍵孤電子對n電子,它們所可能發生躍遷,定性地可用下列圖表示。紫外可見光譜

6、儀原理及使用操作方法簡介第11頁基本術語 a.生色團(chromophore)：產生紫外(或可見)吸收不飽和基團，如CC、CO、NO2等。 b.助色團(auxochrome)：其本身是飽和基團(常含雜原子)，它連到生色團時，能使后者吸收波長變長或吸收強度增加(或同時二者兼有)，如：OH、 NH2、Cl等。 c.深色位移(bathochromic shift) ：因為基團取代或溶劑效應，最大吸收波長變長。深色位移亦稱為紅移(red shift)。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第12頁 d.淺色位移(hypsochromic shift) 因為基團取代或溶劑效應，最大吸收波長變短。淺色位移亦

7、稱為藍移(blue shift)。 e.增色效應(hyperchromic effect) 使吸收強度增加效應。 f.減色效應(hypochromic effect) 使吸收強度減小效應。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第13頁各類化合物紫外吸收簡單分子 A.飽和有機化合物 a.飽和碳氫化合物 唯一可發生躍遷為 * ，能級差很大，紫外吸收波長很短，屬遠紫外范圍。如甲烷、乙烷最大吸收分別為125nm、135nm。 b.含雜原子飽和化合物 雜原子含有孤電子對，普通為助色團，這么化合物有n *躍遷。但大多數情況，它們住近紫外區仍無顯著吸收。硫醚、二硫化物、硫醇、胺、溴化物、碘化物在近紫外有弱吸收

8、，但其大多數均不顯著。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第14頁B.含非共軛烯、炔基團化合物 這些化合物都含電子，能夠發生*躍遷，其紫外吸收波長較 *為長，但乙烯吸收在165nm、乙炔吸收在173nm。所以，它們雖名為生色團，但若無助色團作用，在近紫外區仍無吸收。C.含不飽和雜原子化合物 在這類化合物中， *、 *屬遠紫外吸收， n *亦屬遠紫外吸收，不便檢測，但n *躍遷吸收波長在紫外區，能夠檢測。即使n *躍遷為禁阻躍遷，吸收強度低，但畢竟其吸收位置較佳，易于檢測。所以，在紫外判定中是不應忽略。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第15頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第16頁含有共

9、軛體系分子 A.共軛體系形成使吸收移向長波方向 右圖顯示了從乙烯變成共軛丁二烯時電子能級改變。原烯基兩個能級各自分裂為兩個新能級，在原有*躍遷長波方向出現新吸收。 普通把共軛體系吸收帶稱為K帶(源于德文konjugierte)。K帶對近紫外吸收是主要，因其出現在近紫外范圍，且摩爾吸收系數也高，普通10000。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第17頁共軛烯吸收計算值紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第18頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第19頁注意：用上述規則進行計算時，有計算誤差較大例外情況。當存在環張力或兩個烯鍵不處于同一平面而影響共扼體系形成時，計算值都偏離實測，菠烯即是一例：

10、 因兩個環張力，提升了電子基態能量。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第20頁共軛醛、酮紫外吸收(K帶)計算紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第21頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第22頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第23頁，不飽和酸、酯紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第24頁一些共軛羧酸UV吸收： 化合物 實測值（104）計算值CH2=CHCO2H 200（1.0）CH3CH=CHCO2H 205（1.4） =CHCO2H 220（1.4）222（2175）CH3(CH=CH)2CO2H 254（2.5）256（3018208）CH3(CH=CH)3CO2H 294（3

11、.7）286（6018208）CH3(CH=CH)4CO2H 332（4.9）316（9018208）紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第25頁芳香族化合物苯 苯環顯示三個吸收帶，它們均起源于苯環* 躍遷，以下表所表示。其中II、III為禁戒躍遷。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第26頁烷基苯 烷基無孤電子對，但它超共軛效應使苯環B吸收帶略有深色位移，對E吸收帶效應不顯著。 苯環上有CH2OH、(CH2)nOH、CH2NH2等取代時，助色團被一個或多個CH2與苯環隔離開了，所以它們紫外吸收光譜與甲苯相近。 苯環上有CH2ph、CH2CHO、CH2CH=CH2等取代基時，生色團被CH2隔開

12、而不能和苯環形成共軛體系，所以紫外吸收不發生紅移。CH2這種作用稱為“隔離效應”。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第27頁助色團在苯環上取代衍生物 助色團有孤電子對，它能與苯環電子共軛，所以助色團在苯環上取代使B帶、E帶均移向長波方向，B帶被強化，同時精細結構常消失。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第28頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第29頁生色團在苯環上取代衍生物 生色團在苯環上取代后，苯環大鍵和生色團鍵相連產生更大共扼體系，這使B帶產生強烈深色位移且在200250nm之間出現一個K帶(10000)，有時B帶淹沒在K帶之中。 若按對E2帶深色位移大小，生色團排列次序為： NO

13、2CHOCOCH3CO2HCOO-CN 上述生色團都是苯環間位定位取代基。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第30頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第31頁多取代苯環a.對位取代 當兩個取代基屬相同類型時，雙取代最長吸收波長近似為二者單取代時最長波長。當兩個取代基類型不一樣時(即一個是間位定位取代基，另一個是鄰、對位定位取代基)，兩個取代所產生深色位移大于單個取代基產生深色位移之和。這種現象可用共振效應來解釋：紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第32頁鄰位或間位取代 此時兩個基團產生深色位移近似等于它們單取代時產生深色位移之和。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第33頁紫外可見光譜儀

14、原理及使用操作方法簡介第34頁雜芳環化合物 五員雜芳環按照呋喃、吡咯、噻吩次序增強芳香性，其紫外吸收也沿此次序逐步靠近于苯吸收。在上述三種雜芳環中，硫電子較氮、氧能更加好地和二烯電子共軛，所以噻吩紫外吸收在最長波長。生色團、助色團取代，造成五員雜芳環紫外吸收發生較大改變(深色位移和增色效應)。 吡啶共軛體系和苯環相類似，故吡啶紫外吸收類似于苯紫外吸收， 吡啶在251nm處吸收強，也顯示精細結構。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第35頁紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第36頁紫外譜圖解析隔離效應與加和規律 設A為生色團，B為生色團或助色團。當A與B相連生成AB時，若B為生色團，二者形成更

15、大共軛體系；若B為助色團，助色團孤電子對與A形成p、共軛，相比于A，AB出現新吸收(一般均為強化了吸收)。 設C為不含雜原子飽和基團，在ACB結構中，C阻止了A與B之間共軛作用，亦即C具有隔離效應。從其次來看，ACB紫外吸收就是A、B紫外吸收之加和。這稱為“加和規律”。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第37頁紫外譜圖提供結構信息 紫外譜圖提供主要信息是相關該化合物共軛體系或一些碳基等存在信息。能夠粗略地歸納為下述幾點： 化合物在220800nm內無紫外吸收，說明該化合物是脂肪烴、脂環烴或它們簡單衍生物(氯化物、醇、醚、羧酸等)，甚至可能是非共軛烯。 220250nm內顯示強吸收(近1000

16、0或更大)，這表明K帶存在。即存在共扼兩個不飽和鍵(共軛二烯或， 不飽和醛、酮)。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第38頁 250290nm內顯示中等強度吸收，且常顯示不一樣程度精細結構，說明苯環或一些雜芳環存在。 250350nm內顯示中、低強度吸收，說明碳基或共軛羰基存在。 300nm以上高強度吸收，說明該化合物含有較大共軛體系。若高強度吸收含有顯著精細結構。說明稠環芳烴、稠環雜芳烴或其衍生物存在。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第39頁解析紫外譜圖方法及相關注意事項a.紫外光譜也是吸收光譜，解析譜圖時，應同時顧及吸收帶位置、強度和峰形狀三個方面：從吸收帶位置可預計產生該吸收共軛體

17、系大小；吸收強度有利于K帶、B帶和R帶識別；從吸收帶形狀可幫助判斷產生紫外吸收基團。如一些芳環衍生物，在峰形上顯示一定程度精細結構。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第40頁b.立體位阻作用常使一些共軛體系吸收帶發生顯著藍移。這是因為共軛體系共平面性受到破壞所致。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第41頁C.介質影響 在進行紫外測定時，介質常有較主要影響。總說來，相對于該化合物蒸汽紫外吸收，低極性溶劑溶液其紫外吸收改變小，高極性溶劑溶液其紫外吸收改變大，且精細結構消失。所以普通應盡可能采取低極性溶劑。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第42頁 n*躍遷，當溶劑極性增強時，有顯著藍移，其原

18、因為化合物基態較激發態極性強，它和極性溶劑形成較強烈氫鍵，從而增加了躍遷能量，造成藍移。 紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第43頁 *躍遷，當溶劑極性增強時，常有紅移(不如n*躍遷溶劑極性增加時藍移顯著)。其原因為激發態極性較基態大，當溶劑極性增加時，激發態因生成較強氫鍵，能量降低較多，因而有紅移。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第44頁苯環E2帶(204nm)溶劑效應需視衍生物個取代基性質而定。取代基為鄰、對位取代基時，溶劑效應很小；取代基為間位取代基時，隨溶劑極性增加而產生紅移。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第45頁對含有酸堿性一些有機物，如：酚、苯胺等，溶液PH值對其吸收位

19、置有很顯著影響。最慣用標推譜圖仍為薩特勒(Sadtler)紫外譜圖，因它同時有核磁共振氫譜、核磁共振碳譜、紅外譜，且有上述譜圖綜合索引，所以查閱薩特勒譜圖是十分方便，其查閱方式和查薩特勒紅外譜相同。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第46頁紫外光譜應用舉例 紫外光譜在決定一系列維生素、抗菌素及一些天然物結構曾起過主要作用，如維生素A1、A2、B12、B1、青霉素、鏈霉素、土霉素、螢火蟲尾部發光物質等。比如：CS2CH3CHO C5H10N2S2 有兩種可能結構，利用UV譜進行判斷。NH3紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第47頁(A)(B)解：先選取兩個模型化合物max：276（2.110

20、4） 246（8103）max：217（8000）實測未知物（A或B）UV數據為：由此推測為化合物A。max：288（1.28104） 243（8000）紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第48頁 松香酸235248nm左旋海松酸260283nm紫外吸收光譜用來決定雙鍵位置，既簡單又有效，比如：紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第49頁又如：紫羅蘭酮紫羅蘭酮紫羅蘭酮因為雙鍵共軛，其紫外吸收波長較紫羅蘭酮顯著地到了長波方向。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第50頁UV-1201紫外可見分光光度計使用一、整機結構UV-1201紫外可見分光光度計分光光度計主機由光源、單色器、樣品室、檢測系統

21、、電機驅動、計算機接口，電源等部分組成。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第51頁軟件開啟：開啟UV-1201紫外可見分光光度計應用程序，軟件將自動進入到自檢畫面，自檢前請先將儀器預熱最少10分鐘。 紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第52頁基本操作：設置換燈點：（1）在“設置-儀器”菜單欄中能夠設置換燈點，提議除特殊測量（如氘燈譜線）外不要更改。（2）開關氘燈和鎢燈：假如長時間不用 氘燈或鎢燈，能夠在自檢后點擊“設置-儀器”菜單下氘燈或鎢燈鍵將其關閉以節約燈壽命。但在關閉之后需間隔最少1分鐘才能重新開啟，并需要預熱最少10分鐘才能使儀器到達最正確測量效果。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法

22、簡介第53頁光譜掃描光譜掃描測量方式可用于樣品定性分析，它如實地顯示樣品全波長圖譜，或打印出來，是化學分析工作者常規分析伎倆。（1）開啟光譜掃描功效點擊工具欄上“光譜“項，再點擊“參數”進入參數頁面；參數有兩種類型：選擇型和輸入型。選擇型：用戶將鼠標指點到對應選項單擊即可。如測量方式、取樣間隔、光譜帶寬。輸入型：需輸入數字量。如：波長范圍、光度范圍紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第54頁以下幾個參數在使用中應注意：A、光度范圍：此參數與測量無關。如選擇不妥，顯示圖譜會失真或根本看不見，但測量結束或測量過程中可重新將其調到適當范圍。B、取樣間隔：光譜峰谷尖銳應選取較小取樣間隔，但間隔越小測量

23、所需時間越長。同時掃描點數（波長范圍除以取樣間隔）不應超出10000點。C、掃描速度：掃描速度選擇取決于所需要測量精度，速度越慢測量精度越高，但測量時間也越長，普通測量快速即可。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第55頁（2）測量運行a設置好參數后，將參比和樣品分別放入樣池參比位和樣品位，蓋好樣品室蓋。按下“測量”按鈕，選擇好樣品所在樣池，便可進行測量。早測量中途若需中止，可單擊“停頓”按鈕，或直接關閉此頁面（畫面右上角第二排“關閉”欄）。B假如在參數設置“參比測量”項中選擇了“單次”，則在波長范圍和取樣間隔都不改變情況下，下一次測量將直接測量樣品；假如選擇“重復”，則每次測量都會重新測量參

24、比。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第56頁（3）波長掃描功效下圖譜處理單擊“數據處理“下圖譜處理菜單功效項，便可進行圖譜處理。A、標尺查數： 選擇工具欄上“標尺”鈕或菜單數據處理-標尺查數“選項可顯示標尺（在按隱藏），左右挪動鼠標或按鍵盤方向鍵，可使標尺移動到要觀察圖譜點，當前標尺所在點數據將顯示在右方導航器中。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第57頁b峰谷檢測： 峰谷檢測靈敏度是進行峰谷判斷唯一標準，靈敏度選擇應依據用戶需要進行，靈敏度值過小會造成峰谷過多，不好判斷。靈敏度值過則可能檢測不到需要峰谷。峰谷檢測最多顯示100個檢測數據。單擊“峰谷檢測”按鈕，依據需要在彈出對話框中輸入

25、峰谷檢測靈敏度數值，單擊“確定”按鈕便可檢測出當前圖譜峰谷，綠“+”為峰，紅“+”為谷，同時顯示檢測峰谷數值，數據后面P代表峰值，V代表谷值。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第58頁光度測量此測量方法可用于多個波長定點測量，最大波長點數10個。開啟光度測量功效單擊工具欄上“光度”按鈕，再點“參數”進行參數設置：測量是依次進行，輸入時若按波長從大到小排列能夠加緊測量速度。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第59頁測量運行假如選擇了“比色皿校正”功效，在測量前必須進行比色皿配對測量。設置好參數后，在參比池和樣品池中都加入參比溶液，蓋好樣品室蓋；按下“校正”按鈕，儀器自動進行校準。校正完成后即

26、可進行正式樣品測量（使用同一比色皿時可屢次測量而不需要重新校正）。假如沒有選擇“比色皿校正”功效，則直接放入參比和樣品，單擊“測量”按鈕進行測量。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第60頁時間測量用此測量方法能夠觀察樣品隨時間改變情況、計算樣品活性值，還能夠用此功效考查儀器穩定性及噪聲。開啟時間測量功效單擊工具欄上“時間”按鈕。 紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第61頁進行參數設置選擇測量方式：系光度（Abs）、透過率（T%）并輸入顯示光度范圍、測量時間、測量波長和取樣間隔。測量運行假如選擇了“比色皿校正”功效，在測量前必須進行比色皿配對測量，設置好參數后，在參比池和樣品池中都加入參比溶

27、液，蓋好樣品室蓋；按下“校正”按鈕，儀器自動進行校準。校正完成后即可進行正式樣品測量（使用同一比色皿時可屢次測量而不需要重新校正）。假如沒有選擇“比色皿校正”功效，則直接放入參比和樣品，單擊“測量”按鈕進行測量。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第62頁定量分析定量分析有多中測量方式：單波長標準系數法、雙波長等吸收點法、雙波長系數倍率法、三波長法。關于雙波長法與三波長法理論與應用請參看相關資料。開啟定量分析功效單擊工具欄上“定量”按鈕 紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第63頁單波長標準系數法進入定量分析功效后，點擊“參數“按鈕，進入參數頁面，以下列圖：單波長標準系數法有兩種測量方式：濃度

28、和系數。假如已知回歸函數系數，則采取系數法，假如用已知標準濃度溶液來建立曲線來測量，則采取濃度法。曲線擬合方式有兩種：線性擬合和2次擬合。在測量前首先確定測定波長值，選擇好擬合方式，確定是否需要將零點作為擬合有效點（僅對濃度法有效，即已知標樣在寧德為零時吸光度值也為零，所以直接將零點加入數據中參加最小二乘法擬合）。紫外可見光譜儀原理及使用操作方法簡介第64頁濃度法在定量分析參數設置對話框中，輸入測量波長值，選擇擬合方式，選擇是否插入零點，輸入標樣濃度個數，同時在濃度標樣中輸入對應濃度值。設置完成后，按下“確定“按鈕，進入測量界面。假如用戶已經知道標樣吸光度，也可直接雙擊標樣測量界面下對應吸光度欄，以輸入法來快速建立曲線（這時可跳過a2、a3和a4步驟）。假如選擇了“比色皿校正”功效，在測量前必須進行比色皿配對測量，設置好參數后，在參比池和樣品池中都加入參比溶液，蓋好樣品室蓋；按下“校正”按鈕，儀器自動進行校準。校正完成后即可進行正式樣品測量（使用同一比色皿時可屢次測量而不需要重新校正）。假如沒有選擇“比色皿校正”功效，則直接放入參比和樣品，單擊“測量”按鈕進行測量。紫外可見光譜