第三章

紫外－可見吸收光譜法(UV-Vis)Ultraviolet-visibleAbsorptionSpectrometry

第一節概述第二節紫外－可見吸收光譜第三節紫外及可見分光光度計第四節紫外－可見光譜法應用第一節概述

紫外－可見吸收光譜法是根據溶液中物質的分子或離子對紫外和可見光區輻射能的吸收來研究物質的組成和結構的方法，也稱為紫外可見吸收光度法.

紫外光又分為遠紫外光10~200nm和近紫外光200~400nm。遠紫外光只能在真空中研究，故本章僅討論近紫外光譜。物質顏色與吸收光的關系：

物質對光的選擇性吸收:分子結構的復雜性使其對不同波長光的吸收程度不同.有色溶液對各種波長的光的吸收情況，常用光吸收曲線來描述。物質對光的吸收曲線吸收光譜特征：吸收峰→λmax吸收谷→λmin肩峰→λsh末端吸收吸收曲線:用不同波長的單色光照射，測吸光度.以吸光度對波長作圖得吸收曲線即吸收光譜第二節紫外－可見吸收光譜一、有機化合物的紫外-可見光譜的產生

（一）電子躍遷類型

無機化合物和有機化合物吸收光譜的產生在本質上是相同的，都是外層電子躍遷的結果，但二者在電子躍遷類型上有一定區別。

有機化合物的紫外—可見吸收光譜是三種價電子躍遷的結果：σ電子、π電子、n電子。COHnpsH分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態，即成鍵軌道或非鍵軌道上。成鍵軌道（σ、π）—反鍵軌道（σ＊、π＊)

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。主要有四種類型躍遷，其所需能量ΔΕ大小順序為：

n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

1、*躍遷所需能量最大，飽和烷烴的分子吸收光譜出現在遠紫外區(吸收波長λ<200nm，只能被真空紫外分光光度計檢測到)。如甲烷的λ為125nm,乙烷λmax為135nm。4、n*躍遷需能量最低，吸收波長λ>200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數一般為10～100L·mol-1·cm-1，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和π鍵同時存在時發生n→π＊躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λ為275nmεmax為22L·mol-1·cm-1（溶劑環己烷)。

3、*躍遷

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，摩爾吸光系數εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類均可發生該類躍遷。2、n*躍遷所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠紫外區。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。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*躍遷的λ分別為173nm、183nm和227nm。專業術語：⑴、生色團：電子和n電子易激發，*的能量又低，所以由這兩類躍遷產生的吸收峰波長一般都大于200nm，這兩類躍遷都要求化合物中含有不飽和官能團，因此，把含有鍵的不飽和基團稱為生色團。表3-1一些常見生色團的吸收特性某些有機化合物經取代反應引入含有未共用電子對的基團（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2）之后，吸收峰的波長將向長波方向移動，這種效應稱為紅移效應。這種會使某化合物的最大吸收波長向長波方向移動的基團稱為向紅基團。⑶、紅移與藍移（紫移）：由于化合物結構變化（共軛、引入助色團取代基）或采用不同溶劑后，吸收峰位置向長波方向的移動，叫紅移（長移）。吸收峰位置向短波方向移動，叫藍移（紫移，短移）(4)、增色與減色

強帶和弱帶：εmax>105→強帶εmin<103→弱帶

當一種化合物中含有兩個或兩個以上的生色團時分非共軛和共軛兩種情況考慮。非共軛體系各生色團將獨立地產生吸收,但吸收強度相加。共軛體系時，隨著共軛系統的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動(紅移)，吸收強度也隨之增強(增色)。（二）生色團的共軛作用1.共軛作用

2、不飽和烴及共軛烯烴在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產生*和*兩種躍遷。*躍遷的能量小于*躍遷。例如，在乙烯分子中，*躍遷最大吸收波長為180nm在不飽和烴類分子中，當有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統的延長，*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強度也隨之增強。表3-3共軛作用對烯烴吸收的影響Κmax/L·mol-1·cm-1n＝1n＝2n＝3n＝4n＝5n＝11化合物H(CH＝CH)nH溶劑已烯1,3-丁二烯1，3，5-已三烯1，3，5，7-辛四烯1，3，5，7，9-癸五烯β-胡蘿卜素蒸氣蒸氣已烷異辛烷環已烷異辛烷己烷λmax/nm

16221021726840443448010000-2090042700-121000139000對于多烯烴，非共軛體系最大吸收波長與單烯烴相同，但摩爾吸光系數與烯烴數目同增。對于共軛體系，吸收紅移，摩爾吸光系數也有顯著變化。

3、羰基化合物

含有C=O基團（醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物）。C=O基團主要可產生*(170/166nm)、n*、n*(280nm)三個吸收帶，落于近紫外或紫外光區。如果與烯鍵之間共軛也會降低*的能量,使吸收峰發生紅移(如巴豆醛CH3CH=CHCHO,220nm,322nm,單獨烯鍵*170nm,羰基166nm,n*280nm.)。

4、苯及其衍生物芳香族化合物有三個吸收帶，184nm（MAX=50,000）、204nm（MAX=7,400）及254nm（MAX=200），它們都是由*躍遷引起的。其中254nm（MAX=200）稱為B帶。在氣態或非極性溶劑中，B譜帶有許多的精細結構，這是由于振動躍遷在基態電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細結構消失。當苯環上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。有一些含有n電子的基團(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當它們與生色團相連時，就會發生n—π共軛作用，增強生色團的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強度增加)，這樣的基團稱為助色團助色團至少要有一對非鍵n電子，這樣才能與苯環上的π電子相作用，產生助色作用。例如：苯環上的氨基含有一對非鍵電子，具有助色作用，當形成苯銨正離子時，非鍵的n電子消失了，助色作用也隨之消失。酚負離子中的氧原子比原來多了一個非鍵n電子，助色效果更好。

3.苯環上助色基團對吸收帶的影響苯環上經引入含有未共用電子對的基團（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2）之后，吸收峰的波長將紅移。（三）溶劑對吸收光譜的影響

1、對最大吸收波長和吸收強度的影響極性n

np

n

p

極性n

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)→*230nm238nm237nm243nmn→*329nm315nm309nm305nm當溶劑的極性增大時，由n

*躍遷產生的吸收帶發生藍移，而由*躍遷產生的吸收帶發生紅移。

2、對光譜精細結構的影響當物質處于氣態時，分子間的作用極弱，其振動光譜和轉動光譜也能表現出來，因而具有非常精細的結構。當它溶于非極性溶劑時，由于溶劑化作用限制了分子的自由轉動，轉動光譜就不能表現出來，隨著溶劑極性的增大，分子振動也受到限制，精細結構就會逐漸消失，合并為一條寬而低的吸收帶。圖苯酚的B吸收帶

在繪制有機化合物的吸收光譜時，應依照經下原則選擇溶劑：（1）、比較未知物質與已知物質的吸收光譜時，必須采用相同的溶劑。

（2）、盡量選擇非極性性溶劑，以獲得物質吸收光譜的特征精細結構。（3）、溶劑在樣品的測定光譜區內無明顯吸收。二、無機化合物的吸收光譜

一些無機物（主要是金屬離子絡合物）也產生紫外-可見吸收光譜，其躍遷類型包括受配位體影響的金屬離子的d-d,f–f躍遷或稱配場躍遷、p-d躍遷或稱電荷轉移躍遷以及受金屬離子影響的配位體π-π*躍遷。

在配體的存在下，過渡元素五個能量相等的d軌道和鑭系元素七個能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。絡合物吸收光能后，電子在不同能量的d軌道之間躍遷，㈠、配位場躍遷d-d

躍遷和f-f

躍遷

與配體的配位場強弱有關,躍遷概率較小㈡、電荷遷移躍遷輻射下，配合物分子中原定域在金屬M軌道上的電荷轉移到配位體L的軌道，或按相反方向轉移，所產生的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。不少過渡金屬離子與含生色團的試劑反應所生成的配合物以及許多水合無機離子，均可產生電荷遷移躍遷。[Fe3+CNS-]2+h[Fe2+CNS]2+電子給予體電子接受體取決于電子親和力的大小,摩爾吸光系數較大10000L.moL-1.cm-1

吸收光度法所使用的顯色劑絕大多數含有生色團及助色團，本身為有色物質。當與金屬離子配位時，作為配位體的顯色劑，其共軛結構發生了變化，產生π-π*躍遷，導致其吸收光譜藍移或紅移。定量分析中，要求絡合物與配位劑的最大吸收波長之差大約在60nm以上。

（三）金屬離子影響下的配位體π-π*躍遷第三節紫外及可見分光光度計儀器結構：1、基本部件光源單色器吸收池檢測器顯示2、儀器簡介影像一、儀器基本部件：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。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：透鏡或反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.吸收池

吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。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。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。1)光電管是一個真空或充有少量惰性氣體的二極管。陰極是金屬做成的半圓筒，內側涂有光敏物質，當光照射陰極時，即發射電子，在電壓的作用下，流向陽極，形成光電流。陰極表面涂布的光敏材料不同，適應的范圍不同，藍敏適用波長范圍為600～1200nm；紫敏光電管適用波長范圍為220～625nm。90VDC直流放大陰極R-+光束e陽極絲（Ni）抽真空優點：阻抗大，電流易放大；響應快；應用廣。2)光電倍增管是由光電管改進而成的。管中有若干個稱為倍增極的附加電極。因此，可使光激發的電流得以放大，一個光子約產生106～107個電子。它的靈敏度比光電管高200多倍。適用波長范圍為160~700nm。優點：高靈敏度；響應快；適于弱光測定，甚至對單一光子均可響應。缺點：熱發射強，因此暗電流大，需冷卻（-30oC)。不得置于強光(如日光)下，否則可永久損壞二、分光光度計的構造原理（一）單光束分光光度計

經單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液。這種分光光度計結構簡單，操作方便，維修容易。

雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由兩束光同時分別通過參比池和樣品池，能自動消除光源強度變化所引起的誤差。

（二）雙光束分光光度計

由同一光源發出的光被分成兩束經過兩個單色器，得到兩束不同波長（1和2）的單色光；用切光器使兩束光交替照射同一吸收池，再經過檢測系統，最后由顯示器顯示出兩個波長處的吸光度差值ΔA=A1-A2。對于多組分混合物、混濁試樣分析以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。（三）雙波長分光光度計第四節紫外－可見吸收光譜法的應用

二、催化動力學光度法

一、定性分析

（一）、化合物的鑒定

（二）、結構分析

一、定性分析

（一）化合物的鑒定

有機化合物的鑒定，一般采取光譜比較法，將未知純化合物的吸收光譜特征與已知純化合物的吸收光譜比較。（峰的數目、位置、相對強度及形狀）驗證已知物

1.查化合物標準紫外光譜圖進行比較《TheSadtlerStandardSpectraUV》2.利用標準物做UV圖進行比較

光譜簡單，特征不明顯，用來鑒定未知化合物具有較大的局限性。有機合物紫外光譜解析:了解共軛程度、空間效應、氫鍵等；可對飽和與