關于紫外吸收光譜分析03.04.2024103.04.20242物質的顏色和對光的選擇性吸收完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現象示意復合光第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20243

測量某物質對不同波長單色光的吸收程度，以波長()為橫坐標，吸光度(A)為縱坐標，繪制吸光度隨波長的變化可得一曲線，此曲線即為吸收光譜。用途①進行定性分析②進行定量分析③選擇吸收波長④判斷干擾情況吸收曲線:KMnO4溶液的光吸收曲線λmax=525nm第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20244定性分析與定量分析的基礎根據物質對光的最大吸收波長，可進行定性分析。一定的實驗條件下，物質對光的吸收與物質的濃度成正比。根據物質對光的吸收多少可進行物質的定量分析。KMnO4吸收光譜λmax=525nm第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20245

當一束強度為I0的平行單色光垂直照射到長度為b、濃度為c的液層，通過溶液后光的強度減弱為It

，則：

此式即為朗伯—比爾定律的數學表達式，是光度法定量分析的基礎。式中比例常數α（—吸收系數，單位為L·g-l·cm-1

）與吸光物質的性質、入射光波長及溫度等因素有關。光吸收的基本定律

——朗伯-比爾定律第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20246摩爾吸收系數

當濃度c用mol·L-1，液層厚度b用cm為單位表示，則

α用符號κ(或ε)來表示。

κ稱為摩爾吸收系數：單位為L·mol-l·cm-1，它表示物質的量濃度為lmol·L-1，液層厚度為lcm時溶液的吸光度。注：同一吸收物質在不同波長下的κ值是不同的。在最大吸收波長處的摩爾吸光系數，常以κmax表示。κmax表明了該吸收物質最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質可能達到的最大靈敏度。

κ=Mα第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20247§2-1

概述光的特性本質：電磁波。特性：波粒二象性(waveandcorpuscleduality)。波動性：指光可以用互相垂直的、以正弦波振蕩的電場和磁場表示。粒子性：光可以看成是由一系列量子化的能量子（即光子）組成。光子能量為E＝hνh為Plank常數，h=6.626×10-34Js。第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20248電磁輻射與物質的相互作用原理：物質與光的作用可看成是對光子能量的授受，即hν=E1-E0，該原理廣泛應用于光譜解析。本質：物質吸收光能后發生躍遷。躍遷是指物質吸收光能后自身能量的改變。因這種改變是量子化的，故稱為躍遷。不同波長的光，能量不同，躍遷形式也不同，因此有不同的光譜分析法。第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.20249光學分析法利用物質發射、吸收電磁輻射的性質以及物質與電磁輻射的相互作用實現對物質（組分）成分分析和結構分析的一類儀器分析方法。此類分析方法是儀器分析中較早且重要的一類。電磁輻射區域劃分圖2.1光學區電磁輻射區域第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202410光學分析法分類：光譜分析法：測量試樣光譜的波長和強度，利用物質組分的吸收或發射光譜與物質結構及含量的內在聯系，實現對物質的定性和定量分析。方法與分類：定性：紅外、原子發射、紫外定量：紫外-可見、原子吸收/發射、紅外、熒光、磷光分子光譜原子光譜吸收光譜紫外-可見、紅外原子吸收發射光譜分子熒光、磷光原子發射第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202411非光譜分析法：不涉及光譜電磁輻射與物質（組分）間的相互作用，引起電磁輻射在方向或物理性質上的變化，如，折射、反射、色散、干涉、衍射、偏射等，利用這些變化與物質結構及含量的內在聯系，實現對物質的定性和定量分析。例如：測有機物的折射率——定性分析

X-射線衍射——測定晶體結構第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202412光譜分析法波長區域波數區域,cm-1躍遷類型g

射線發射0.005-1.4

－核X射線吸收，發射，熒光，衍射0.1-100

－內層電子真空紫外吸收10-180nm1×106to5×104價電子紫外-可見吸收，發射，熒光180-780nm5×104to1.3×104價電子紅外吸收，拉曼散射0.78-300mm1.3×104to3.3×101分子振動/轉動微波吸收0.75-3.75mm13-27分子轉動電子自旋共振3cm0.33電子在磁場中的自旋核磁共振0.6-10m1.7×10-2to1×10-3核在磁場中的

自旋表2.1常用光譜分析法分類第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202413§2-2

分子吸收光譜分子光譜分子吸收光譜：

當光輻射通過吸收介質時，輻射能因被介質選擇性吸收而使其透過后的強度有不同程度的減弱，所損失的能量轉變為介質的內能，這種吸收的結果就產生了分子吸收光譜。利用這種吸收與物質的性質以及物質的量的關系可以實現物質的定量及定性分析。分子和原子一樣，也有它的特征分子能級。第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202414分子內部的運動：價電子運動分子內原子在平衡位置附近的振動分子繞其重心的轉動分子能級：

分子和原子一樣，也有它的特征分子能級。電子能級1-20ev振動能級0.025-1ev轉動能級0.003-0.025ev第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202415分子結構與吸收光譜分子光譜是帶狀光譜：分子對電磁輻射的吸收是分子總能量變化之和。即：E=Ee+Ev+Er電子躍遷時不可避免地產生振動或轉動能級躍遷，分子的吸收光譜是由成千上萬條彼此靠得很近的譜線組成，看起來是一條連續的吸收帶。

圖2.2電磁波吸收與分子能級躍遷第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202416配體配合物LaL3?4H2OFc(紫外區)247.5nmFc(紫外區)244.5nmFc(可見光區)445.5nmFc(可見光區)445.0nmC=N315.0nm無第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202417遠紅外光譜：吸收0.003ev-0.025ev的光輻射產生的吸收光譜。對應于遠紅外線（50-300μm）。分子內發生轉動能級的躍遷，又稱轉動光譜。紅外光譜：吸收0.025ev-1ev的光輻射產生的吸收光譜。對應于紅外線（0.78-50μm）。分子內發生振動能級的躍遷，同時伴有轉動能級躍遷，又稱振動轉動光譜。紫外－可見光譜：吸收1ev-20ev的光輻射產生的吸收光譜。對應于紫外線和可見光（200-780nm）。分子內發生電子能級的躍遷，同時伴有振動和轉動能級躍遷，又稱電子光譜。第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202418圖2.2紫外－可見光譜區域及其激發類型第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202419紫外吸收光譜法概述原理：基于物質對紫外光的選擇性吸收。是分子中價電子在能級間的躍遷所產生的吸收。分子在紫外－可見區的吸收與其電子結構緊密相關。定量基礎：朗伯－比爾定律研究對象：多為具有共軛雙鍵結構的分子。光譜區域：其研究對象大多在200-380nm的近紫外光區和380-780nm的可見光區有吸收§2-3紫外吸收光譜原理測定的靈敏度：由吸光分子的摩爾吸光系數表征。特點：儀器設備簡單，應用十分廣泛。如醫院的常規化驗中，大量定量分析都用紫外-可見分光光度法。在化學研究中，如平衡常數的測定、求算主-客體結合常數等都離不開紫外-可見吸收光譜。第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202420

一、有機化合物的紫外-可見吸收光譜紫外-可見吸收光譜是由分子中的價電子躍遷產生。因此有機化合物的紫外-可見吸收光譜決定于分子中價電子的分布和結合情況。1.有機物分子中與光譜有關的價電子：形成單鍵的σ電子，形成雙鍵的π電子未成鍵的孤對電子稱為n電子。

第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.2024212.電子躍遷：當這些價電子吸收一定能量ΔE后，將躍遷到較高的能級(激發態)，此時電子所占的軌道稱為反鍵軌道，而這種特定的躍遷是同分子內部結構有著密切關系的，一般可將這些躍遷分成如下四類：

σ→σ＊

ｎ→σ＊

π→π＊ｎ→π＊圖2.3電子能級及電子躍遷示意圖躍遷能量第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202422各躍遷對應的光譜區：圖2.４最常見電子躍遷所處的波長范圍及強度1010040020030060050070080052341λ／ｎｍlgκ遠紫外光近紫外光可見光

σσ＊π

π＊nσ＊nπ＊nπ＊第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202423（1）σ→σ＊躍遷：需要的能量較高，相當于真空（遠）紫外光。飽和烴的C-C鍵和C-H鍵屬于這種躍遷，如，甲烷的λmax=135nm。由于它們在200-800nm無吸收帶，所以在紫外-可見吸收光譜分析中常用作溶劑（如己烷、環己烷等）。（2）ｎ→σ＊躍遷：其能量比σ→σ＊稍低，在近紫外端200nm附近。含雜原子（O,N,S,Cl等）的飽和烴，如C-OH中，除了σ→σ＊外還有n→σ＊躍遷。κmax小。第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202424（3）π→π＊躍遷：雙鍵、三鍵上價電子躍遷到π＊上形成,吸收峰大多在紫外區,在200nm左右，κmax≈104屬于強吸收。如乙烯的λmax=165nm,κmax=104L·mol-1·cm-1。共軛烯炔中的π→π＊躍遷的吸收峰成為K帶，比非共軛烯炔的π→π＊的波長更長。苯環上的π→π＊躍遷產生三個譜帶：

E1帶：λmax為180nm左右,κmax>104L·mol-1·cm-1

E2帶：λmax為200nm左右,κmax≈104L·mol-1·cm-1

B帶：λmax為278nm左右,κmax＝10-103L·mol-1·cm-1非極性溶劑中有精細結構，用于芳香化合物法的鑒別，但極性溶劑中精細結構消失。第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202425（4）ｎ→π＊躍遷：含雜原子的雙鍵化合物C=O、C=N等，雜原子上有n電子，同時又有π＊軌道，形成ｎ→π＊躍遷。吸收光波長在近紫外區，亦稱R吸收帶。屬于禁阻躍遷，吸收較弱，κmax≤102L·mol-1·cm-1，如丙酮的吸收峰在280nm，

κmax=10-30

L·mol-1·cm-1躍遷類型吸收帶特征emaxs

s*遠紫外區遠紫外區測定

n

s*端吸收紫外區短波長端至遠紫外區的強吸收

p

p*E1芳香環的雙鍵吸收>200K(E2)共軛多烯、-C=C-C=O-等的吸收>10,000B芳香環、芳香雜環化合物的芳香環吸收。有的具有精細結構>100n

p*R含CO，NO2等n電子基團的吸收<100表2.2吸收帶的劃分第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202426Fc(紫外區)247.5nmC=N315.0nm第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202427（5）電荷轉移躍遷

分子同時具有電子給予體和電子接受體，吸收能量使電子從給予體軌道向接受體軌道躍遷。實為一個內氧化過程。

譜帶寬，吸收強。

二、無機化合物的紫外-可見吸收光譜無機化合物的紫外-可見吸收光譜主要由電荷轉移躍遷和配位場躍遷產生。

1.電荷轉移躍遷電子由配位體的軌道躍遷到中心離子相關的軌道上。過渡金屬離子與含生色團的試劑所生成的絡合物、水合無機離子及含d10電子結構的過渡元素形成的鹵化物和硫化物，均可產生電荷轉移躍遷。κmax>

104L·mol-1·cm-1,定量。第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202428

2.配位場躍遷

含3d、4d、4f、5f軌道的過渡元素，在絡合物中，由于配體的配位場影響，d軌道和f軌道分裂，如果軌道未充滿，吸光后會出現d-d躍遷和f-f躍遷。κmax<

100

L·mol-1·cm-1,研究。

三、常用術語

生色團——分子中能吸收紫外或可見光的基團。具有不飽和鍵和含有孤對電子的基團。如：生色團的共軛效應：兩個彼此相鄰的生色團形成共軛體系，原生色團的吸收帶消失，同時出現新的吸收帶，位置移向長波長處，吸收增強。助色團——本身不產生吸收峰，但與生色團相連時，使生色團的吸收峰向長波方向移動，且加強。如：-OH,-OR,-NH2,-SH,-X等。紅移和藍移——取代基、溶劑的變化導致λmax變化。第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202429

增色效應和減色效應——κmax

增大或減小

強帶和弱帶——κmax

>

104L·mol-1·cm-1強帶

κmax

<

103L·mol-1·cm-1弱帶

R帶——含雜原子的生色團(C=O、C=N等)的ｎ→π＊躍遷所產生的吸

收帶。κmax≤102L·mol-1·cm-1，位于200-400nm。

K帶——共軛體系的π→π＊躍遷產生的吸收峰，位于217-280nm，

κmax

>

104L·mol-1·cm-1。K帶是紫外-可見吸收光譜中應用最多

的吸收帶。

B帶——芳香族化合物的π→π＊躍遷而產生的精細結構吸收帶。

κmax

=200

L·mol-1·cm-1

，位于230-270nm。

E帶——芳香族化合物的π→π＊躍遷所產生的吸收帶，也是芳香

族化合物的特征吸收。分為E1帶和E2帶。

第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202430四、影響紫外吸收光譜的因素1.共軛效應：使共軛體系形成大π鍵，共軛效應增強，能差減小，吸收波長紅移，吸收增強。2.溶劑極性：光譜的形狀：非極性溶劑—精細結構。對稱四嗪(qin)極性溶劑—精細結構不明顯或消失。吸收波長：使用極性大溶劑：π→π＊躍遷紅移。

n→π＊躍遷藍移。溶劑的選擇：極性；溶解效果；無吸收。第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.2024313.溶液pH值：當被測物質具有酸性或堿性基團時，溶液的pH值變化對光譜影響較大。利用溶液的pH值不同對光譜的影響，可測定化合物結構中的酸性、堿性基團。4.空間效應：空間阻礙有空間阻礙：不能形成大的共軛體系，吸收波長λmax較短，κ小。無空間阻礙：能形成大的共軛體系，吸收波長λmax較長，κ大。

第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202432§2-4

紫外分光光度計構成光源：鎢絲燈及氫燈（或氘燈）可見光區：鎢絲燈（320～2500nm）紫外光區：氫燈（或氘燈）（160～375nm）分光：單色器：石英棱鏡（或光柵）吸收池：光路方向應為石英檢測器：光電轉換用光電管。使用兩只光電管:紫敏：銻銫光電管，200－625nm紅敏：氧化銫光電管，625-1000nm第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202433儀器:圖2.4雙光束分光光度計結構示意圖第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202434§2-5

紫外吸收光譜的應用應用：以有機物為主定性分析：比較未知物與已知標準物的紫外光譜圖:

通過比較εmax和λmax有機化合物分子結構的推斷：所含官能團的判斷區分同分異構體和順反異構純度檢查：化合物本身在紫外區沒吸收，雜質有吸收，可測痕量雜質含量?；衔镌谧贤鈪^有較強吸收，摩爾吸收系數檢查純度。第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天03.04.202435定量分析：紫外-可見吸收光譜是進行定量分析最廣泛使用的、最有效的手段之一。

單一組分：標準曲線法，標準加入法。多組份：聯立方程，要符