第六章紫外光譜與熒光光譜6.1紫外光譜的基本原理13.6nm200nm380nm780nm遠紫外區（真空紫外區）近紫外區可見光區紫外吸收光譜(UV)是由于分子中價電子的躍遷而產生的。分子中價電子經紫外或可見光照射時，電子從低能級躍遷到高能級，此時電子就吸收了相應波長的光，這樣產生的吸收光譜叫紫外光譜（吸收光譜）.通常說的紫外光譜的波長范圍是200-380nm,常用的紫外光譜儀的測試范圍可擴展到可見光區域,包括400-780nm的波長區域.低于200nm的吸收光譜屬真空紫外光譜

當紫外光照射分子時，分子吸收光子能量后受激發而從一個能級躍遷到另一個能級，由于分子的能量是量子化的，所以只能吸收等于分子內兩個能級差的光子。△E=E2-E1=hγ=hc/λ

E2,E1-始態和終態的能量h-普朗克常數γ-頻率c-光速λ-波長分子吸收光譜的產生能級躍遷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。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振動；（3）分子本身繞其重心的轉動。分子具有三種不同能級：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E

：電子能量Ee

、振動能量Ev

、轉動能量Er

即:E＝Ee+Ev+Er

Εe>Εv>Εr

6.1.3電子躍遷

有機物在紫外和可見光區域內電子躍遷的方式一般有:σ→σ*,

n→σ*,

π→π*,

n→π*

飽和烴中的C-C鍵是σ鍵.產生σ→σ*躍遷所需能量大,吸收波長小于150nm的光子,即在真空紫外區有吸收.（1）σ→σ*(2)

n→σ*

含O,N,S和鹵素等雜原子的飽和烴衍生物可發生此類躍遷,所需能量也較大,吸收波長為150-250nm的光子.

C-OH和C-Cl等基團的吸收在真空紫外區域內.C-Br,C-I和C-NH2等基團的吸收在紫外區域內，其吸收峰的吸收系數ε較低，一般ε＜300.(3)π→π*不飽和烴,共軛烯烴和芳香烴類可發生此類躍遷,吸收波長大多在紫外區(其中孤立雙鍵的λmax小于200nm),吸收峰的吸收系數ε很高.(4)n→π*在分子中含有孤對電子的原子和π鍵同時存在時,會發生n→π*躍遷,所需能量小,吸收波長＞200nm,但吸收系數ε很小，一般為10-100.不同分子結構具有不同電子躍遷方式,有的基團可有幾種躍遷方式。在紫外光譜中主要研究的躍遷是在紫外區域有吸收的π→π*和n→π*兩種。

除上述4種電子躍遷方式外，在紫外和可見光區還有兩種較持殊的躍遷方式，即眾d-d躍遷和電荷轉移躍遷.(5)

d-d躍遷

在過渡金屬絡合物溶液中容易產生這種躍遷,其吸收波長一般在可見光區域,有機物和高分子的過渡金屬絡合物都會發生這種躍遷。(6)

電荷轉移躍遷

電荷轉移可以是離子間,離子與分子間,以及分子內的轉移,條件是同時具備電子給體(donor)和電子受體(acceptor).電荷轉移吸收譜帶的強度大,吸收系數一般大于10,000.這種躍遷在聚合物的研究中相當重要。

吸收帶:R吸收帶:

化合物中n→π＊躍遷產生的吸收帶,一般λmax在270nm以上,躍遷幾率小,強度弱（ε<100）.K吸收帶:由共軛體系中π→π＊躍遷產生的吸收帶,其波長比R帶短,一般躍遷幾率大,吸收峰強度大(ε>104).K帶是共軛分子的特征，隨共軛體系增長,K帶向長波方向移動(紅移).B吸收帶:苯環本身振動及閉合環狀共軛雙鍵π→π＊躍遷產生的,是芳香族的主要結構,特點是在230-270nm呈現寬峰,且具有精細結構,吸收弱（ε在200左右）,在極性溶劑中精細結構消失.E吸收帶:也是芳香族化合物的特征吸收,可以認為是苯環內三個乙烯基共軛發生的π→π＊躍遷所發生的.分為E1和E2二個,E1大約在180nm處,E2大約在200nm處,都是強吸收.當苯環上有發色基團且與苯環共軛時,E2帶常與K帶合并,吸收峰紅移.6.1.4紫外光譜表示法

1.紫外吸收帶的強度吸收強度標志著相應電子能級躍遷的幾率，遵從Lamder-Beer定律A:吸光度,:消光系數,c:溶液的摩爾濃度，l:樣品池長度I0、I分別為入射光、透射光的強度

A

=㏒（I0/I）=cl橫坐標表示吸收光的波長,用nm為單位。縱坐標表示吸收光的吸收強度，可以用A(吸光度),T(透射比或透光率或透過率),1-T(吸收率)、ε(吸收系數)中的任何一個來表示。紫外光譜可以圖表示：2.紫外光譜的表示法對甲苯乙酮的紫外光譜圖

以數據表示法:以譜帶的最大吸收波長λmax和εmax（㏒εmax）值表示。如：CH3Iλmax258nm（ε

387）吸收曲線的特點：1.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λmax2.同一種物質不同濃度的吸收曲線形狀相似，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。3.UV常用術語生色基：能在某一段光波內產生吸收的基團，稱為這一段波長的生色團或生色基。（C=C、C≡C、C=O、COOH、COOR、COR、CONH2、NO2、－N=N－）

助色基：當具有非鍵電子的原子或基團連在雙鍵或共軛體系上時，會形成非鍵電子與電子的共軛(p-共軛)，從而使電子的活動范圍增大，吸收向長波方向位移，顏色加深，這種效應稱為助色效應。能產生助色效應的原子或原子團稱為助色基。（－OH、－Cl）紅移現象：由于取代基或溶劑的影響使最大吸收峰向長波方向移動的現象稱為紅移現象。藍移現象：由于取代基或溶劑的影響使最大吸收峰向短波方向移動的現象稱為藍移現象。增色效應：使值增加的效應稱為增色效應。減色效應：使值減少的效應稱為減色效應。末端吸收：在儀器極限處測出的吸收。肩峰：吸收曲線在下降或上升處有停頓，或吸收稍微增加或降低的峰，是由于主峰內隱藏有其它峰。非極性極性

n

△

n

△

p

△n<△

p非極性

極性

△

n

△

p

△

n>△

pn

→

*躍遷：蘭移；

→*躍遷：紅移；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)230238237243n329315309305溶劑的影響相關解釋：由于n，*，

的極性是逐漸減小的，它們受溶劑化作用不同，軌道極性越大，受溶劑影響越大，極易與溶劑形成氫鍵，軌道能量下降最多。對于→*躍遷，由于*比軌道能量下降的更多，因而極性溶劑中下降的能量△p小于非極性溶劑中所需的能量△

n，從而使吸收峰紅移。對n→

*，n軌道受溶劑影響比*大，因而n軌道的能量比*下降的多，所以，此時n→

*躍遷在極性溶劑中所需的能量△p大于在非極性溶劑中躍遷所需能量△

n。1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮

極性溶劑使精細結構消失；非極性→極性n→*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；極性溶劑中，分子的振動和轉動因溶劑化作用而受到限制，精細結構消失，選擇溶劑應考慮：1溶劑應很好的溶解試樣，溶劑對溶質要是惰性的；2在溶解度范圍內盡量選擇極性小的溶劑；3溶劑在樣品的吸收光譜區應無明顯吸收。6.2儀器簡介光源單色器樣品室檢測器顯示器1.光源(提供能量激發被測物質分子,使之產生電子光譜)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180～400nm的連續光譜。

2.單色器

將光源發射的復合光分解成波段較窄的單色光的光學系統。①入射狹縫：光源的光由此進入單色器,限制雜散光進入單色器內；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.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應的池架附件。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，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6.3非共軛有機化合物的紫外吸收6.3.1飽和化合物含飽和雜原子的化合物：σ*、n*，吸收弱

只有部分有機化合物（如C-Br、C-I、C-NH2）的n*躍遷有紫外吸收。

飽和烷烴：σ*，能級差很大，紫外吸收的波長很短，屬遠紫外范圍。例如：甲烷125nm，乙烷135nm

同一碳原子上雜原子數目愈多，λmax愈向長波移動。例如：CH3Cl173nm，CH2Cl2220nm，CHCl3237nm，CCl4257nm

小結：一般的飽和有機化合物在近紫外區無吸收，不能將紫外吸收用于鑒定;反之,它們在近紫外區對紫外線是透明的,所以可用作紫外測定的良好溶劑。6.3.2烯、炔及其衍生物

非共軛

*躍遷，λmax位于190nm以下的遠紫外區。例如：乙烯165nm（ε15000），乙炔173nm

C＝C與雜原子O、N、S、Cl相連，由于雜原子的助色效應，λmax紅移。6.3.3含雜原子的雙鍵化合物1.含不飽和雜原子基團的紫外吸收

σ*、n*、π

π*屬于遠紫外吸收nπ*躍遷為禁戒躍遷，弱吸收帶－－R帶2.取代基對羰基化合物的影響當醛、酮被羥基、胺基等取代變成酸、酯、酰胺時，由于共軛效應和誘導效應影響羰基，λmax藍移。3.硫羰基化合物R2C=S較R2C=O同系物中nπ*躍遷λmax紅移。6.4共軛有機化合物的紫外吸收6.4.1共軛烯烴及其衍生物

共軛烯烴的π

π*躍遷均為強吸收帶，≥10000，稱為K帶。

共軛體系越長，其最大吸收越移往長波方向，且出現多條譜帶。

Woodward-Fieser規則：取代基對共軛雙烯λmax的影響具有加和性。max=基+niI

基-----是由非環或六環共軛二烯母體決定的基準值；無環、非稠環二烯母體：

max=217nm異環（稠環）二烯母體：max=214nm同環（非稠環或稠環）二烯母體：max=253nmniI:由雙鍵上取代基種類和個數決定的校正項(1)每增加一個共軛雙鍵+30(2)環外雙鍵+5(3)雙鍵上取代基：酰基（-OCOR）0鹵素（-Cl，-Br）+5烷基（-R）+5烷氧基（-OR）+6應用范圍：

非環共軛雙烯、環共軛雙烯、多烯、共軛烯酮、多烯酮注意:①選擇較長共軛體系作為母體；②交叉共軛體系只能選取一個共軛鍵，分叉上的雙鍵不算延長雙鍵；③某環烷基位置為兩個雙鍵所共有，應計算兩次。計算舉例：

6.4.2α，β－不飽和醛、酮K帶紅移：165250nmR帶紅移:290310nm非極性溶劑中測試值與計算值比較，需加上溶劑校正值，計算舉例：6.4.3

α，β－不飽和酸、酯、酰胺

α，β－不飽和酸、酯、酰胺λmax較相應α，β－不飽和醛、酮藍移。α，β不飽和酰胺、α，β不飽和腈的λmax值低于相應的酸6.5芳香族化合物的紫外吸收6.5.1苯及其衍生物的紫外吸收1.苯苯環顯示三個吸收帶,都是起源于π

π*躍遷.max=184nm(=60000）E1帶max=204nm(=7900）E2帶

max=255nm(=250）B帶2.單取代苯烷基取代苯：烷基無孤電子對，對苯環電子結構產生很小的影響。由于有超共軛效應，一般導致B帶、E2帶紅移。

助色團取代苯：助色團含有孤電子對，它能與苯環π電子共軛。使B帶、E帶均移向長波方向。

不同助色團的紅移順序為：N（CH3)2﹥NHCOCH3﹥O－，SH﹥NH2﹥OCH3﹥OH﹥Br﹥Cl﹥CH3﹥NH3+生色團取代的苯：含有π鍵的生色團與苯環相連時，產生更大的π

π*共軛體系，使B帶E帶產生較大的紅移。

不同生色團的紅移順序為：

NO2>Ph>CHO>COCH3>COOH>COO－>CN>SO2NH2(>NH3+)應用實例：酚酞指示劑3.雙取代苯對位取代

兩個取代基屬于同類型時，λmax紅移值近似為兩者單取代時的最長波長

。兩個取代基類型不同時，λmax的紅移值遠大于兩者單取代時的紅移值之和

。（共軛效應）

2）鄰位或間位取代兩個基團產生的λmax的紅移值近似等于它們單取代時產生的紅移值之和

。

max（nm）max苯254200甲苯261300間二甲苯2633001,3,5-三甲苯266305六甲苯272300

苯：E1帶180184nm；

=47000E2帶200204nm=7000苯環上三個共扼雙鍵的→*躍遷特征吸收帶；B帶230-270nm=200

→*與苯環振動引起；含取代基時，B帶簡化，紅移4.稠環芳烴

稠環芳烴較苯形成更大的共軛體系，紫外吸收比苯更移向長波方向，吸收強度增大，精細結構更加明顯。6.5.2雜芳環化合物五員雜芳環按照呋喃、吡咯、噻吩的順序增強芳香性，其紫外吸收也按此順序逐漸接近苯的吸收。呋喃204nm（ε6500）吡咯211nm（ε15000）噻吩231nm（ε7400）6.6空間結構對紫外光譜的影響6.6.1空間位阻的影響

直立鍵λmax﹥平伏鍵λmax6.6.2順反異構

雙鍵或環上取代基在空間排列不同而形成的異構體。反式λmax﹥順式λmax6.6.3跨環效應

指非共軛基團之間的相互作用。使共軛范圍有所擴大，λmax發生紅移。2.7.1.紫外譜圖提供的結構信息（1）化合物在220-800nm內無紫外吸收，說明該化合物是脂肪烴、脂環烴或它們的簡單衍生物（氯化物、醇、醚、羧酸等），甚至可能是非共軛的烯。（2）220-250nm內顯示強的吸收（近10000或更大），這表明K帶的存在，即存在共軛的兩個不飽和鍵（共軛二烯或、不飽和醛、酮）（3）250-290nm內顯示中等強度吸收，且常顯示不同程度的精細結構，說明苯環或某些雜芳環的存在。2.7紫外光譜的解析及應用（4）250-350nm內顯示中、低強度的吸收，說明羰基或共軛羰基的存在。（5）300nm以上的高強度的吸收，說明該化合物具有較大的的共軛體系。若高強度吸收具有明顯的精細結構，說明稠環芳烴、稠環雜芳烴或其衍生物的存在。2.7.2與標準譜圖比較2.7.3應用1.推斷官能團如果一個化合物在紫外區有強的吸收，表明它可能存在共軛體系，吸收波長越長，共軛體系越大。2.判斷異構體不同的異構體可能具有不同的紫外光譜，以此來判斷屬哪個異構體。3.推斷分子結構(可結合Woodward規則的計算結果)4、分子量的測定5、定量分析的應用－－反應速度的測定朗伯-比爾定律6、醫藥研究抗癌藥物對DNA變性影響的研究人血清與癌細胞關系的研究6.8熒光光譜由分子結構理論，討論熒光的產生機理。1.分子能級與躍遷分子能級比原子能級復雜；在每個電子能級上，都存在振動、轉動能級；

基態(S0)→激發態(S1、S2、激發態振動能級)：吸收特定頻率的輻射；量子化；躍遷一次到位；激發態→基態：多種途徑和方式(見能級圖)；速度最快、激發態壽命最短的途徑占優勢；第一、第二、…電子激發單重態S1、S2…

；第一、第二、…電子激發三重態T1、T2…

；電子激發態的多重度：M=2S+1S為電子自旋量子數的代數和(電子成對S=0，電子自旋相反M=1,單重態；S=1，電子自旋平行；M=3三重態)平行自旋比成對自旋穩定(洪特規則)，三重態能級比相應單重態能級低；大多數有機分子的基態處于單重態;根據光譜選律，S0→T1禁阻躍遷；2.電子激發態的多重度3.激發態→基態的能量傳遞途徑電子處于激發態是不穩定狀態，返回基態時，通過輻射躍遷(發光)和無輻射躍遷等方式失去能量；傳遞途徑輻射躍遷熒光延遲熒光磷光內轉移外轉移系間跨越振動弛豫無輻射躍遷激發態停留時間短、返回速度快的途徑，發生的幾率大，發光強度相對大；熒光：10-7～10-9s,第一激發單重態的最低振動能級→基態；磷光：10-4～10s；第一激發三重態的最低振動能級→基態；分子產生熒光必須具備的條件（1）具有合適的結構（具有大π鍵結構，供電子取代基的剛性平面結構）；（2）具有一定的熒光量子產率（）----發射熒光的分子數與總的激發態分子數之比。