第三章紫外-可見吸收光譜法2023/2/2紫外-可見吸收光譜法是利用某些物質的分子吸收200～800nm光譜區的輻射來進行分析測定的方法。這種分子吸收光譜產生于價電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷，廣泛用于有機和無機物質的定性和定量測定。包括比色法和紫外-可見光分光光度法概述17:23:54波長范圍：100~800nm。遠紫外區：

100~200nm；近紫外區：200~400nm；可見光區：400~800nm。

紫外吸收光譜：價電子能級躍遷。結構鑒定和定量分析。電子躍遷同時，伴有振動轉動能級的躍遷，帶狀光譜。最大吸收峰的波長λmax和相應的摩爾吸光系數κmax反映了構成有機分子部分結構的發射團的特征。

紫外-可見吸收光譜的產生

17:23:54M+熱M+熒光或磷光E=E2-

E1=hν量子化；選擇性吸收；吸收曲線與最大吸收波長表征參數：

max；κmaxM+

h

→M*基態激發態E1

（?E）E2

不同分子發生能級躍遷時，ΔE及所吸收光的波長不同。由λ、κ分子結構的相關關系結構鑒定。250300350400nm1234λ電子躍遷與分子吸收光譜17:23:54物質分子內部三種運動形式：（1）電子相對于原子核的運動。（2）原子核在其平衡位置附近的相對振動。（3）分子本身繞其重心的轉動。分子有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉動能級三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量。分子的內能：電子能量Ee、振動能量Ev

、轉動能量Er即:E＝Ee+Ev+ErΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

電子的能級躍遷17:23:54

分子軌道理論：分子中電子軌道有σ成鍵軌道和σ*反鍵軌道，π成鍵軌道和π*反鍵軌道和n未成鍵軌道能量高低：σ<π<n<π*<σ*基態時成鍵電子占據成鍵軌道，未成鍵孤對電子占據非鍵軌道分子吸收紫外或可見光輻射后，電子就由基態躍遷到激發態的反鍵軌道電子能級間躍遷的同時，總伴隨有振動和轉動能級間的躍遷，即電子光譜中總包含有振動能級和轉動能級間躍遷產生的若干譜線而呈現寬譜帶。電子躍遷和吸收帶類型17:23:54

有機化合物的紫外-可見吸收光譜是三種電子、四種躍遷的結果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道，非鍵軌道。

當外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態向激發態(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷，所需能量ΔΕ大小順序為：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

sp

*s

*RKE,BnpECOHnpsH1.σ→σ＊躍遷17:23:54

所需能量最大，σ電子只有吸收遠紫外線的能量才能發生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現在遠紫外區。

吸收波長λ<200nm。例：甲烷λmax為125nm,乙烷λmax為135nm，環丙烷（飽和烴中最長）λmax為190nm。在近紫外沒有飽和碳氫化合物的光譜，需真空紫外分光光度計檢測；可作為溶劑使用。2.n→σ＊躍遷17:23:54

所需能量較大,但比σ→σ＊小。吸收波長為150～250nm，大部分在遠紫外區，近紫外區仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N，O，S和鹵素等雜原子)均呈現n→σ*躍遷。n→σ*躍遷所需能量取決于帶有n電子的原子的性質以及分子結構。

3.n

→π＊躍遷17:23:54

由n→π*躍遷產生的吸收帶稱為R帶(德文Radikal)。能量最小；200～700nm；κmax<103L·mol-1·cm-1較小（一般小于100），弱吸收，禁阻躍遷。分子中同時存在雜原子和雙鍵產生n→π*躍遷。C=O，N=N，N=O，C=S基團中氧原子被硫原子取代后吸收峰發生紅移；

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

R

帶在極性溶劑中發生藍移。正己烷中：279nm；乙醇中：272nm；水中：264nm。

4.

π→π＊躍遷17:23:54

所需能量較小，吸收波長處于遠紫外區的近紫外端或近紫外區，κmax一般在104L·mol-1·cm-1以上，屬強吸收。不飽和烴π→π*躍遷：C=C發色基團，但

→

*，λmax200nm。乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，κmax為：1×104L·mol-1·cm-1。CCHHHH助色基團取代

*發生紅移。共軛雙鍵體系的

π→π＊躍遷17:23:54

共軛雙鍵結構的分子出現K吸收帶。能量小，近紫外區，κmax>104L·mol-1·cm-1

，強吸收。（1）K帶（德Konjugation，共軛）——非封閉共軛體系的

→*

躍遷丁二烯（CH2＝CH—CH＝CH2）K帶：λmax=217nm，κmax=21000L·mol-1·cm-1

。極性溶劑使K

帶發生紅移。苯乙烯、苯甲醛、乙酰苯等，也都會出現K

帶。紫外-可見吸收光譜常用術語17:23:54非發色團

在200～800nm近紫外和可見區域內無吸收的基團。只具有σ鍵電子或具有σ鍵電子和n非鍵電子的基團為非發色團；一般指的是飽和碳氫化合物和大部分含有O，N，S，X等雜原子的飽和化合物；對應的躍遷類型σ→σ*躍遷和n→σ*躍遷，大部分都出現在遠紫外區。2.發色團

17:23:54

在近紫外和可見區域有特征吸收的基團。發色團的電子結構特征是具有π電子：C＝C，C＝O，C≡N，N＝N，N＝O，NO2等。一個雙鍵：π→π*躍遷,強吸收，遠紫外區。多個發色團（共軛）：吸收出現在近紫外區。發色團對應躍遷類型是π→π*和n→π*。在紫外光譜中，發色團并非一定有顏色。3.助色團

17:23:54

具有非鍵電子n的基團：—NH2，—NR2，—OH，—OR，—SR，—Cl，—SO3H，—COOH等；本身在紫外和可見光區無吸收；至少有一對能與π電子相互作用的n電子；相當于共軛體系(ΔΕ)，使發色團λmax

（紅移），“助色”能力：F<CH3<Cl<Br<OH<OCH3<NH2<NHCH3<N(CH3)2<NHC6H5<O-。4.紅移-藍移17:23:54紅移：由取代基或溶劑效應引起的使吸收向長波長方向移動稱為紅移。藍移：使吸收向短波長方向移動稱為藍移。

增色效應—κmax；減色效應—κmax；強帶—κmax≥104

L·mol-1·cm-1

弱帶—κmax<103L·mol-1·cm-1

；

溶劑影響

17:23:54紫外-可見吸收常用的溶劑

常見溶劑：環己烷、95％的乙醇和二氧六環。雜質去除：活性硅膠過濾的方法來去除溶劑中微量的芳香烴和烯烴雜質。非極性溶劑：環己烷，“透明”極限波長210nm；極性溶劑：95％的乙醇，透明”極限波長是210nm。溶劑選擇時需要考慮的因素：

①溶劑本身的透明范圍；

②溶劑對溶質是惰性的；③溶劑對溶質要有良好的溶解性。

光吸收定律（朗伯-比耳定律）17:23:54

A＝lg（I0/It)=-lgT=κcl

式中A：吸光度，描述溶液對光的吸收程度；

l：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；

c：溶液的摩爾濃度，單位mol·L-1；

κ：摩爾吸光系數，單位L·mol-1·cm-1；

或

A＝lg（I0/It)=alρ

ρ

：溶液的質量濃度，單位g·L-1

a：吸光系數，單位L·g-1·cm-1

a與κ的關系為：a=κ/M（M為摩爾質量）吸收曲線的討論：17:23:54①同一種物質對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax。②不同濃度的同一種物質，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同③吸收曲線可以提供物質的結構信息，并作為物質定性分析的依據之一。④不同濃度的同一種物質，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作作為物質定量分析的依據。⑤在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據。光路圖基本組成1.光源在整個紫外光區或可見光譜區可以發射連續光譜，具有足夠的輻射強度，較好的穩定性，較長的使用壽命。

可見光區：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm。紫外區：氫、氘燈。發射185～400nm的連續光譜。光源單色器信號放大和測量檢測器樣品池顯示

2.單色器

將光源發射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系統。①入射狹縫：光源的光由此進入單色器。②準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束。③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵。

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫。⑤出射狹縫。3.樣品池

試樣室：吸收池(比色皿)+池架附件。吸收池：石英池，玻璃池。在紫外區須采用石英池，可見區一般用玻璃池。4.檢測器

利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結果顯示記錄系統

檢流計、數字顯示、微機進行儀器自動控制和結果處理。分光光度計的類型1.單光束

簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩定性。2.雙光束

自動記錄，快速全波段掃描。可消除光源不穩定，檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結構分析。復雜，價高。3.雙波長

將不同波長的兩束單色光(λ1、λ2)快束交替通過同一吸收池而后到達檢測器。產生交流信號。無需參比池。?=1～2nm。兩波長同時掃描即可獲得導數光譜。17:23:542.溶劑的影響

17:23:54

對烯和炔影響較小，但使酮峰值位移。（1）極性溶劑對n→π*躍遷的影響規律：極性溶劑使n→π*吸收帶發生藍移，κmax；極性，藍移的幅度。為什么？原因：Cδ+=Oδ-極性，激發態時O電子云密度，鍵極性；基態時的作用強，基態能量大，激發態能量小。能級間的能量差，藍移。

（2）極性溶劑對π→π*躍遷的影響

17:23:54規律：使π→π*吸收帶發生紅移，κmax略有降低。原因：C=C基態時，兩個π電子位于π成鍵軌道上，無極性；π→π*躍遷后，分別在成鍵π和反鍵π*軌道上，C+=C-，極性，與極性溶劑作用強，能量。能級間的能量差，紅移。使分子的吸收峰向長波方向移動的效應稱紅移。使分子的吸收峰向短波方向移動的效應稱藍移。17:23:54極性溶劑致使π→π*躍遷的K帶發生紅移。

既有K帶又有R帶時，溶劑極性越大則K帶與R帶的距離越近(K帶紅移,R帶藍移)，見圖(因為R在右，K在左)；而隨著溶劑極性的變小兩個譜帶則逐漸遠離。

共軛烯：共軛使π-π*的ΔE↓，吸收峰紅移，強度增大，這種吸收帶稱K吸收帶（共軛帶）有σ、π、n電子，可產生n-σ*、π-π*、n-π*，其中n-π*躍遷在270－300nm稱R吸收帶（基團帶）溶劑的影響17:23:54非極性→極性n

→

*躍遷：藍移，，κ

。→*躍遷：紅移，，κ。極性溶劑使精細結構消失。1：乙醚2：水12250300λ/nm乙酰丙酮的紫外-可見吸收光譜17:23:54（3）發色團取代苯衍生物17:23:54

具有雙鍵的基團的取代，它與苯環共軛在200～250nm出現K帶，使B帶發生強烈紅移，有時B帶被淹沒在K帶之中。

羰基雙鍵與苯環共扼：K帶強，苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B帶簡化；氧上的孤對電子：R帶，躍遷禁阻，弱。CCH3On→p