第九章

紫外吸收光譜分析法第一節紫外吸收光譜基本原理principlesofultravioletspectrometry第二節紫外可見分光光度計UV-Visspectrometer第三節紫外吸收光譜的應用applicationsofultravioletspectrometryultravioletspectrometry,UV2023/8/3第九章

紫外吸收光譜分析法第一節紫外吸收光譜基本原理u1第九章

紫外吸收光譜分析法一、紫外吸收光譜的產生generationofUV二、有機物紫外吸收光譜ultravioletspectrometryoforganiccompounds三、金屬配合物的紫外吸收光譜

ultravioletspectrometryofmetalcomplexometriccompounds第一節紫外吸收光譜分析基本原理ultravioletspectrometry,UVprinciplesofUV2023/8/3第九章

紫外吸收光譜分析法一、紫外吸收光譜的產生第一節2一、紫外吸收光譜的產生

generationofUV1.概述紫外吸收光譜：分子價電子能級躍遷。波長范圍：100-800nm.(1)遠紫外光區:

100-200nm(2)近紫外光區:

200-400nm(3)可見光區:400-800nm250300350400nm1234eλ可用于結構鑒定和定量分析。電子躍遷的同時，伴隨著振動轉動能級的躍遷;帶狀光譜。2023/8/3一、紫外吸收光譜的產生

generationofUV132.物質對光的選擇性吸收及吸收曲線M+熱M+熒光或磷光E=E2-

E1=h量子化；選擇性吸收吸收曲線與最大吸收波長

max用不同波長的單色光照射，測吸光度;M+

h

→M*基態激發態E1

（△E）E22023/8/32.物質對光的選擇性吸收及吸收曲線M+熱M+熒4吸收曲線的討論：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。2023/8/3吸收曲線的討論：①同一種物質對不同波長光的吸光度不同。吸光度5討論：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。2023/8/3討論：④不同濃度的同一種物質，在某一定波長下吸光度A有差63.電子躍遷與分子吸收光譜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：電子能量Ee、振動能量Ev、轉動能量Er即:E＝Ee+Ev+Er

ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr2023/8/33.電子躍遷與分子吸收光譜物質分子內部三種運動形式：20237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。2023/8/3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8討論：（1）

轉動能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，躍遷產生吸收光譜位于遠紅外區。遠紅外光譜或分子轉動光譜；（2）振動能級的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產生的吸收光譜位于紅外區，紅外光譜或分子振動光譜；（3）電子能級的能量差ΔΕe較大1～20eV。電子躍遷產生的吸收光譜在紫外—可見光區，紫外—可見光譜或分子的電子光譜；2023/8/3討論：（1）轉動能級間的能量差ΔΕr：0.005～0.059討論：

（4）吸收光譜的波長分布是由產生譜帶的躍遷能級間的能量差所決定，反映了分子內部能級分布狀況，是物質定性的依據；（5）吸收譜帶的強度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關，也提供分子結構的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數εmax也作為定性的依據。不同物質的λmax有時可能相同，但εmax不一定相同；

（6）吸收譜帶強度與該物質分子吸收的光子數成正比，定量分析的依據。2023/8/3討論：（4）吸收光譜的波長分布是由產生譜帶的躍遷能級間10電磁波譜對應的原子或分子運動形式2023/8/3電磁波譜對應的原子或分子運動形式2023/7/3111二、有機物吸收光譜與電子躍遷

1．紫外—可見吸收光譜

有機化合物的紫外—可見吸收光譜是三種電子躍遷的結果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。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,BnpECOHnpsH2023/8/3二、有機物吸收光譜與電子躍遷

1．紫外—可見吸收光譜分子軌道122σ→σ＊躍遷

所需能量最大；σ電子只有吸收遠紫外光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：甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。只能被真空紫外分光光度計檢測到；作為溶劑使用；sp*s*RKE,BnpE2023/8/32σ→σ＊躍遷所需能量最大；σ電子只有吸收遠紫外光133n→σ＊躍遷所需能量較大。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。600215CH3NH2365258CH3I200173CH3Cl150184CH3OH1480167H2Oemaxlmax（nm）化合物2023/8/33n→σ＊躍遷所需能量較大。600215CH3NH144

π→π＊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，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強吸收。

（1）不飽和烴π→π*躍遷乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，εmax為:1×104L·mol-1·cm－1。K帶——共軛非封閉體系的p

→p*躍遷

C=C

發色基團，但

→

*200nm。max=162nm助色基團取代

（K帶)發生紅移。2023/8/34π→π＊躍遷所需能量較小，吸收波長處于遠紫外區的15生色團：

最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產生的。這兩種躍遷均要求有機物分子中含有不飽和基團。這類含有π鍵的不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C三N等。助色團：

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。2023/8/3生色團：2023/7/31162023/8/32023/7/3117紅移與藍移

有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變溶劑使最大吸收波長λmax和吸收強度發生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移(或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數ε增大或減小的現象分別稱為增色效應或減色效應，如圖所示。2023/8/3紅移與藍移有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變18強帶和弱帶最大摩爾吸光系數εmax>104L·mol-1·cm-1的吸收帶稱為強帶；εmax<103L·mol-1·cm-1的吸收帶稱為弱帶。R帶是由含雜原子的生色團（如）的n→π＊

躍遷所產生的吸收帶，強度弱，一般εmax<100L·mol-1·cm-1，吸收峰通常在200~400nm之間。K帶由共軛體系的π→π＊

躍遷所產生的吸收帶，吸收強度大，一般εmax>104L·mol-1·cm-1，吸收峰一般處于217~280nm范圍內。其波長隨共軛體系的加長而向長波方向移動，吸收強度也隨之加強。2023/8/3強帶和弱帶2023/7/3119B帶由芳香族化合物的π→π＊

躍遷所產生的精細結構吸收帶，強度弱。苯的B帶εmax約200L·mol-1·cm-1，吸收峰在230~270nm之間。B帶是芳香族化合物的特征吸收，但在極性溶劑中精細結構消失或變得不明顯。E帶由芳香族化合物π→π＊

躍遷所產生的吸收帶，也是芳香族化合物的特征吸收，吸收強度大，可分為E1帶和E2帶。2023/8/3B帶2023/7/3120165nm217nm

?

?

?

(HOMOLVMO)

max

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共軛烯烴（不多于四個雙鍵）

*躍遷吸收峰位置可由伍德沃德——菲澤規則估算。

max=基+nii

（2）共軛烯烴中的→*2023/8/3165nm217nm??21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：?；?OCOR）0鹵素（-Cl，-Br）+5烷基（-R）+5烷氧基（-OR）+62023/8/3異環（稠環）二烯母體：(1)每增加一個共軛雙鍵+30酰22（3）羰基化合物共軛烯烴中的→*①Y=H,R

n→*

180-190nm

→

*

150-160nm

n→*

275-295nm②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基團K帶紅移，R帶蘭移；R帶max=205nm；10-100K

K

R

R

n

n

165nm

n

③不飽和醛酮K帶紅移：165250nmR

帶紅移：290310nm

2023/8/3（3）羰基化合物共軛烯烴中的→*①Y=H,R23（4）芳香烴及其雜環化合物

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。

max（nm）

max苯254200甲苯261300間二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯2723002023/8/3（4）芳香烴及其雜環化合物苯：

max（nm）ma24乙酰苯紫外光譜圖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*

;

R帶p

→p*

;

K帶2023/8/3乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環共扼：CCH3On→p*;25苯環上助色基團對吸收帶的影響2023/8/3苯環上助色基團對吸收帶的影響2023/7/3126苯環上生色團對吸收帶的影響2023/8/3苯環上生色團對吸收帶的影響2023/7/31275.立體結構和互變結構的影響順反異構：順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互變異構：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=243nm

2023/8/35.立體結構和互變結構的影響順反異構：順式：λmax=2286.溶劑的影響非極性極性n

np

n<p

n

p

非極性極性n>pn

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)230238237243n3293153093052023/8/36.溶劑的影響非極性極性nn29溶劑的影響極性溶劑使精細結構消失；溶劑化限制了溶質分子的自由轉動溶劑的選擇：（1）盡量選用非極性或低極性溶劑；（2）形成的溶液具有良好的化學和光化學穩定性；（3）溶劑在試樣的吸收光譜區無吸收。2023/8/3溶劑的影響極性溶劑使精細結構消失；溶劑化限制了溶質分子的自由30三、金屬配合物的紫外吸收光譜

ultravioletspectrometryofmetalcomplexometriccompounds

金屬配合物的紫外光譜產生機理主要有三種類型：1.配體微擾的金屬離子d-d電子躍遷和f-f電子躍遷

在配體的作用下過渡金屬離子的d軌道和鑭系、錒系的f軌道裂分，吸收輻射后，產生d一d、f一f

躍遷；必須在配體的配位場作用下才能產生也稱配位場躍遷；

摩爾吸收系數ε很小，對定量分析意義不大。2.金屬離子微擾的配位體內電子躍遷

金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長和強度的變化。變化與成鍵性質有關，若共價鍵和配位鍵結合，則變化非常明顯。2023/8/3三、金屬配合物的紫外吸收光譜

ultravioletspe313.電荷轉移吸收光譜電荷轉移躍遷：輻射下，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荷移光譜。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+CNS-]2+h[Fe2+CNS]2+電子接受體電子給予體分子內氧化還原反應；>104Fe2+與鄰菲羅啉配合物的紫外吸收光譜屬于此。2023/8/33.電荷轉移吸收光譜電荷轉移躍遷：輻射下，分32第九章

紫外吸收光譜分析法一、基本組成二、分光光度計的類型第二節

紫外—可見分光光度計ultravioletspectrometryultravioletspectrometer2023/8/3第九章

紫外吸收光譜分析法一、基本組成第二節

紫外—33儀器紫外-可見分光光度計2023/8/3儀器紫外-可見分光光度計2023/7/3134一、基本組成

光源單色器樣品室檢測器顯示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。2023/8/3一、基本組成

光源單色器樣品室檢測器顯示1.光源可35光學分析儀器常用光源光源波長范圍(nm)適用于氫燈185~375紫外氘燈185~400紫外鎢燈320~2500可見，近紅外鹵鎢燈250~2000紫外，可見，近紅外氙燈180~1000紫外、可見（熒光）能斯特燈1000~3500紅外空心陰極燈特有原子光譜激光光源特有各種譜學手段光學分析儀器常用光源光源波長范圍(nm)適用于氫燈185~3

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。2023/8/32.單色器將光源發射的復合光分解成單色光373.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2023/8/33.樣品室樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應38二、分光光度計的類型

1.單光束光源發出的光經單色器分光后，得到一束單色平行光，先后通過參比溶液和試樣溶液，進行測定。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。2023/8/3二、分光光度計的類型

1.單光束2023/7/31392.雙光束光源發出的光經單色器后，由斬光器把光分成波長和強度相同的交替光，一束通過參比溶液，一束通過試樣溶液，然后由檢測系統檢測。消除了光源不穩定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，可進行快速全波段掃描。2023/8/32.雙光束2023/7/31403.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后到達檢測器，測得試樣溶液在兩波長處吸光度的差值△A。無需參比池。通?！?1～2nm。可測高濃度試樣、多組分混合試樣、渾濁試樣，可測導數光譜。2023/8/33.雙波長2023/7/31414.多通道

光源發出的光不經單色器直接聚焦到吸收池上，經光柵分光后照射到光電二極管陣列檢測器上，全部波長同時被檢測，可在極短的時間內（<

1s）給出整個光譜的全部信息。適于快速動力學研究和多組分同時分析。2023/8/34.多通道2023/7/31425.光導纖維探頭

由兩根相互隔離的光導纖維組成的探頭。光源發出的光由其中的一根光纖傳導至試樣溶液，再經鍍鋁反射鏡反射后，由另一根光纖傳導，通過干涉濾光片后到達檢測器。光在溶液中的路程可在0.1-10cm范圍內調節。不需要吸收池，可進行原位測定。2023/8/35.光導纖維探頭2023/7/3143第九章

紫外吸收光譜分析法一、定性分析和結構解析二、定量分析第三節紫外吸收光譜的應用ultravioletspectro-photometry,UVapplicationsofUV2023/8/3第九章

紫外吸收光譜分析法一、定性分析和結構解析第三節44一、定性分析和結構解析

定性分析——結構確定的輔助工具

max：化合物特性參數，可作為定性依據；有機化合物紫外吸收光譜：反映結構中生色團和助色團的特性，不完全反映分子特性；計算吸收峰波長，確定共扼體系等

max，max都相同，可能是一個化合物；標準譜圖庫：?Thesadtlerstandardspectra,Ultraviolet?

49000種化合物紫外光譜的標準譜圖OrganicElectronicSpectralData,1949——

2023/8/3一、定性分析和結構解析

定性分析——結構確定的輔助工具20245最大吸收波長的計算Wodward-Fieser經驗規則——共軛烯烴和共軛烯酮不適于交叉共軛體系，亦不適于芳香體系2023/8/3最大吸收波長的計算Wodward-Fieser經驗規則——共462023/8/32023/7/31472023/8/32023/7/31482023/8/32023/7/3149Scott經驗規則——芳香族羰基的衍生物2023/8/3Scott經驗規則——芳香族羰基的衍生物2023/7/3150有機化合物結構輔助解析

1.可獲得的結構信息（1）200-400nm無吸收峰。飽和化合物，單烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮

n→π*躍遷產生的R

帶。（3）

250-300nm有中等強度的吸收峰（ε=200-2000），芳環的特征吸收（具有精細解構的B帶）。（4）

200-250nm有強吸收峰（ε104），表明含有一個共軛體系（K）帶。共軛二烯：K帶（230nm）；不飽和醛酮：K帶230nm，R帶310-330nm260nm,300nm,330nm有強吸收峰，3,4,5個雙鍵的共軛體系。2023/8/3有機化合物結構輔助解析

1.可獲得的結構信息2023/7512.光譜解析注意事項(1)確認max，并算出㏒ε，初步估計屬于何種吸收帶；(2)觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系；(3)pH值的影響加NaOH紅移→酚類化合物，烯醇。加HCl蘭移→苯胺類化合物。2023/8/32.光譜解析注意事項(1)確認max，并算出㏒ε，初步估523.分子不飽和度的計算定義：不飽和度是指分子結構中達到飽和所缺一價元素的“對”數。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1。

計算：若分子中僅含一，二，三，四價元素(H，O，N，C)，則可按下式進行不飽和度的計算：

=（2+2n4+n3–n1）/2

n4，n3，n1

分別為分子中四價，三價，一價元素數目。

作用：由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環，芳環的數目，驗證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2

=（2+29

–8）/2=62023/8/33.分子不飽和度的計算定義：不飽和度534.解析示例2023/8/34.解析示例2023/7/31542023/8/32023/7/3155取代苯吸收波長計算——Scott經驗規則2023/8/3取代苯吸收波長計算——Scott經驗規則2023/7/3156定量分析的依據朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律I0=It+Ia

T:透射比或透光度A:吸光度T=It/I0A=lg(I0/It)＝lg(1/T)朗伯定律（1760年）：光吸收與溶液層厚度成正比比爾定律（1852年）：光吸收與溶液濃度成正比二.定量分析定量分析的依據朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律I0

當一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度及光程（比色池的厚度）成正比關系－－－朗伯比爾定律其中，A:吸光度，T:透射比，I0:入射光強度，It:透射光強度，K:比例常數，b:比色池厚度，c:溶液濃度注意：平行單色光均相介質無發射、散射或光化學反應當一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時，溶液的吸光摩爾吸光系數eA=e