第一章紫外-可见分光光度法

1、第一篇第一篇 光学仪器分析技术光学仪器分析技术 根据物质发射的根据物质发射的电磁波电磁波或物质与电磁波的相互或物质与电磁波的相互作用建立起来的分析方法统称为作用建立起来的分析方法统称为光学分析法光学分析法n优点：优点：灵敏度高、选择性好、用途广；灵敏度高、选择性好、用途广；n一般光学分析方法一般光学分析方法：折光、旋光、浊度法、圆：折光、旋光、浊度法、圆二色谱法二色谱法 光谱法：光谱法：紫外可见、红外、荧光、原子吸收紫外可见、红外、荧光、原子吸收、核磁共振核磁共振 第一章第一章 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法 ultraviolet-visible spectrophotometr

2、y远紫外（真空紫外）远紫外（真空紫外） （10-200nm）*近紫外近紫外 （200-400nm）*可见光可见光 （400-760nm）n紫外可见分光光度法紫外可见分光光度法根据物质分子中根据物质分子中价价电子电子对波长为对波长为200 760nm的电磁辐射的的电磁辐射的吸收特性吸收特性建立起来的定性、定量和结构分建立起来的定性、定量和结构分析的方法。属于析的方法。属于电子光谱电子光谱。n特点：规律性强、重现性好、灵敏度高。特点：规律性强、重现性好、灵敏度高。 10-6 10-4 g/ml，部分可达，部分可达 10-7g/mln应用：应用：定性定性 定量定量 推断结构推断结构一、分子吸收光谱电

3、子跃迁类型一、分子吸收光谱电子跃迁类型二、紫外可见吸收光谱中的二、紫外可见吸收光谱中的常用术语常用术语三、吸收光谱三、吸收光谱四、四、Lambert-Beer定律定律五、偏离五、偏离 L-B 定律的因素定律的因素 分子吸收光谱的形成分子吸收光谱的形成n过程：运动的分子过程：运动的分子外层电子外层电子-吸收外来吸收外来辐射辐射-产生产生电子能级跃迁电子能级跃迁-分子分子吸收光吸收光谱。谱。n能级组成：除了能级组成：除了电子能级电子能级(Electron energy level)的跃迁外，分子吸收能量将伴随着分子的跃迁外，分子吸收能量将伴随着分子的的振动振动(Vibration)和和转动转动(R

4、otation)能级能级的的跃迁！分子的能量变化跃迁！分子的能量变化 E为各种形式能量变为各种形式能量变化的总和：化的总和：rven不同物质将不同物质将选择性选择性地吸收不同波长或地吸收不同波长或能量的外来辐射，能量的外来辐射，这是这是UV-VisUV-Vis定性分定性分析的基础析的基础。n定性分析具体做法定性分析具体做法 根据根据吸收曲线的特吸收曲线的特性性( (峰强度、位置峰强度、位置及数目及数目等等) )研究分研究分子结构。子结构。分子中的价电子：分子中的价电子： 电子、电子、 电子和电子和n电子电子轨道：几率分布轨道：几率分布成键轨道成键轨道 、 ；反键轨道反键轨道 *、 *非键轨道非

5、键轨道 n 当两个原子靠近结合成分子时，两个原子的当两个原子靠近结合成分子时，两个原子的原子轨道原子轨道以线性以线性组合而生成的两个组合而生成的两个分子轨道分子轨道紫外紫外-可见吸收光谱就是分子中的可见吸收光谱就是分子中的价电子在不同的分子轨价电子在不同的分子轨道之间跃迁道之间跃迁而产生的而产生的一、分子吸收光谱的电子跃迁类型一、分子吸收光谱的电子跃迁类型各轨道能级高低顺序：各轨道能级高低顺序： n*；在紫外-可见光区范围内，有机化合物的吸收光谱主要有 - *；n- *； - *；n- *及电荷迁移跃迁产生；*n*n*n*跃迁跃迁：分子中的成键：分子中的成键 电子跃迁到电子跃迁到 *反键轨道上

6、反键轨道上去，这是去，这是一切饱和有机化合物一切饱和有机化合物都可能产生的电子跃迁都可能产生的电子跃迁类型。类型。nn*跃迁跃迁：分子中未成键的：分子中未成键的n电子激发到电子激发到 *轨道上去，轨道上去，所有含有杂原子所有含有杂原子（O、N、S、P、卤素等）的、卤素等）的饱和烃衍饱和烃衍生物生物都可发生这种跃迁。都可发生这种跃迁。n含有含有*、n*跃迁的化合物，如：饱和烷烃、卤跃迁的化合物，如：饱和烷烃、卤代烷烃、醇、醚等是紫外可见吸收光谱测定时的良好代烷烃、醇、醚等是紫外可见吸收光谱测定时的良好溶剂溶剂。电子跃迁类型电子跃迁类型 *跃迁跃迁：可以发生在任何具有：可以发生在任何具有不饱和键不

7、饱和键的的有机化合物分子中，其最大摩尔吸光系数有机化合物分子中，其最大摩尔吸光系数 max很大。很大。n*跃迁跃迁：发生在：发生在含有杂原子含有杂原子（O、N、S、P、卤素等）的卤素等）的不饱和化合物不饱和化合物中，其最大摩尔吸光中，其最大摩尔吸光系数系数 max 比较小。比较小。二、常用术语二、常用术语 * *生色团：生色团：分子中可以吸收光子产生电子跃迁的基团。分子中可以吸收光子产生电子跃迁的基团。含有含有 键的不饱和基团键的不饱和基团 * *助色团：助色团：有些基团本身没有生色作用，但却能增强有些基团本身没有生色作用，但却能增强生色团的生色能力，即它们与生色团相连时，会使其生色团的生色能

8、力，即它们与生色团相连时，会使其吸收带吸收带最大吸收波长发生红移，并且增加其强度最大吸收波长发生红移，并且增加其强度。通通常是带有非键电子对的常是带有非键电子对的杂原子的饱和基团杂原子的饱和基团，如，如-OH-OH、-NH2-NH2、-OR-OR、-SH-SH、-SR-SR、-Cl-Cl、-Br-Br、-I -I等。等。 * *红移和紫移：红移和紫移：吸收带的最大吸收波长发生移动，向吸收带的最大吸收波长发生移动，向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为紫移。长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为紫移。用不同波长的光依次透过待测物质，并测用不同波长的光依次透过待测物质，并测量物质对不同波长的

9、光的吸收程度（量物质对不同波长的光的吸收程度（吸光度A或透光率T），以，以波长波长为横坐标，为横坐标，吸收强度参数为纵坐标作图，就可以得到该物质在测量波为纵坐标作图，就可以得到该物质在测量波长范围内的长范围内的吸收曲线吸收曲线。这种曲线体现了物质对。这种曲线体现了物质对不同波长的光的吸收能力，也称为不同波长的光的吸收能力，也称为吸收光谱吸收光谱。 三、吸收光谱三、吸收光谱 只有具备共轭基团的物质才能在紫外只有具备共轭基团的物质才能在紫外-可见区产生吸收，但是吸收可见区产生吸收，但是吸收曲线并不反映非共轭部分的结构。曲线并不反映非共轭部分的结构。吸收峰：吸收峰：曲线上吸光度最大的曲线上吸光度最大

10、的地方，它对应的波长称最大吸地方，它对应的波长称最大吸收波长（收波长（ max）吸收谷：吸收谷：峰与峰之间吸光度最峰与峰之间吸光度最小的部位，该处的波长称最小小的部位，该处的波长称最小吸收波长吸收波长（ min）肩峰：肩峰：在一个吸收峰旁边产生在一个吸收峰旁边产生的一个曲折的一个曲折末端吸收：末端吸收：只在图谱只在图谱短波短波端呈端呈现强吸收而不成峰形的部分现强吸收而不成峰形的部分l吸收曲线的吸收曲线的形状形状，最大吸收波长，最大吸收波长 max的位置的位置及及吸收强度吸收强度与与分子的结构有关分子的结构有关，可对物质进行，可对物质进行定性定性和和定量定量分析。分析。*五、朗伯五、朗伯比尔定律

11、比尔定律 n光吸收的基本定律和定量测定的依据光吸收的基本定律和定量测定的依据。n* * *物理意义物理意义: : 当一束当一束平行单色光平行单色光垂直通过某一垂直通过某一均匀非散射均匀非散射的吸光物质时的吸光物质时, ,其吸光度其吸光度A A与吸光与吸光物质的浓度物质的浓度c c及吸收层厚度及吸收层厚度b b成正比成正比. .n用数学表达式为：用数学表达式为：A = lg I0/I = -lgT = ECl吸光系数吸光系数 (E) ：n物理意义：吸光物质在单位浓度及单位厚度时的A。n在一定条件下（单色光、溶剂和温度等），E是物质的特性常数，表明物质对某一波长光的吸收能力。n不同物质对同一波长的

12、单色光可有不同的E。E越大，表明该物质的吸光能力越强。测定的灵敏度越高。E E值及单位与值及单位与c c的单位有关的单位有关 当当l 以以cm，nc：g/L，E 称为称为吸光系数吸光系数，用，用a表示，即：表示，即： A = a c lnc：mol/L，E 称为称为摩尔吸光系数摩尔吸光系数，用，用 表示，它比表示，它比a更更为常用，为常用， 的单位为的单位为L mol-1 cm-1，即：，即： A = c lnc：百分质量浓度百分质量浓度g/100mL，E称为称为比吸光系数比吸光系数或或百分百分吸光系数吸光系数，用，用E1cm1%表示表示 = 0.1 M E1cm1%例：M（氯霉素）=323.

13、15g/mol，质量浓度为 2mg/100ml，l = 1cm，T = 24.3%，求？992010/30715.32310/307002. 0/614. 0lg%11%11MclTEEcmcm透光率透光率T T 与吸光度与吸光度A A 的关系的关系 透光率透光率T 描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度T= I / I0 A=lg (I0 / I)=lg(1 /T )= - lg T T=10-A = 10-ECl 样品吸光度 A 与c是成正比，A与c的关系是通过原点的一直线。但事实上，A 与 c 并不总是成正比，即偏离 L-B 定律。这种偏离有化学方面和光学方面的因素。*六、偏离

14、六、偏离 L-B 定律定律负偏离正偏离CA（一）化学因素：（一）化学因素：n溶液中溶质可因浓度改变而有溶液中溶质可因浓度改变而有离解、缔离解、缔合、与溶剂间的相互作用合、与溶剂间的相互作用等原因等原因而发生而发生偏离偏离Beer定律的现象定律的现象；偏离朗伯比尔定律的因素偏离朗伯比尔定律的因素 1. 非单色光非单色光 Beer定律的一个重定律的一个重要前提是入射光是要前提是入射光是单色光，但事实上单色光，但事实上用单色器分离出来用单色器分离出来的光是具有一定波的光是具有一定波长范围的光。长范围的光。（二）光学因素（二）光学因素 才才能能成成立立。时时，只只有有当当同同时时入入射射试试样样。和和

15、的的光光各各以以强强度度和和设设两两种种波波长长分分别别为为EClAEEII10IIlgClETlgAII10II10II10I10IIIIIT10IIII2100Cl)EE(00100Cl)EE(00ClE00ClE0ClE00021ECl0002121212121212112122112121 当E1E2时，则吸光度与浓度是非线性的。二者差别越大， 则偏离L-B越大； 当E1E2，测得的吸光度比在“单色光” 1处测得的低，产生负偏离；反之，当E1 104，强带。如丁二烯。强带。如丁二烯。B带：带：是是芳香族化合物芳香族化合物的特征吸收带，在的特征吸收带，在230270nm处处出现精细结构光

16、谱。出现精细结构光谱。E带：带：是是芳香族化合物芳香族化合物的特征吸收带，由环状共轭的特征吸收带，由环状共轭*跃迁产生跃迁产生（强吸收）。（强吸收）。E1180 nm（为为47000 ）, E2200 nm (为为7000) 结构分析结构分析（一）有机化合物的紫外吸收光谱一）有机化合物的紫外吸收光谱n主要决定于分子中主要决定于分子中生色团生色团和和助色团助色团以及它们的以及它们的共轭情况，共轭情况，不是整个分子的特征（紫外吸收光不是整个分子的特征（紫外吸收光谱特征）。谱特征）。n推定推定分子的骨架、判断发色团之间的共轭关系分子的骨架、判断发色团之间的共轭关系和估计共轭体系中和估计共轭体系中取代

17、基的种类、位置和数目取代基的种类、位置和数目1饱和碳氢化合物：饱和碳氢化合物：只能产生只能产生* *跃迁，在真空紫外区，跃迁，在真空紫外区，200200400nm400nm无吸收，常用作溶剂。无吸收，常用作溶剂。2.含孤立助色团和生色团的饱和有机化合物：含孤立助色团和生色团的饱和有机化合物：含杂原子的饱和化合物吸收峰，有含杂原子的饱和化合物吸收峰，有*跃迁跃迁.3共轭烯烃：共轭烯烃：在同一分子中的两个双键，其间有两个以上次甲基隔开，则它们的吸收峰位置与只含一个双键的吸收峰位置相同，只是吸收强度约增加一倍。形成共轭体系，生成大键。*能级距离减小，max长移，。随着共轭体系的增加，化合物可有无色变

18、为有色。4,不饱和酮、醛、酸和酯：不饱和酮、醛、酸和酯：,不饱和酮、醛，若不饱和酮、醛，若C=O和和C=C不共轭，有不共轭，有*跃迁，约在跃迁，约在200nm附近有两个强吸收峰。附近有两个强吸收峰。n *跃迁，约在跃迁，约在280nm有吸收峰。有吸收峰。若共轭，使若共轭，使*长移至长移至200260nm， 10000. *，max长移至长移至310350nm, 100.酸、酯的酸、酯的*跃迁吸收峰比相应的酮、醛跃迁吸收峰比相应的酮、醛max长移长移220800nm无吸收无吸收 饱和碳氢化合物、含助色团的饱和有机化合物、不含饱和碳氢化合物、含助色团的饱和有机化合物、不含共轭体系、没有醛酮等基团。共轭体系、没有醛酮等基团。 210250nm有吸收带有吸收带 可能含有两个共轭基团。可能含有两个共轭基团。 260300nm有强吸收带有强吸收带 可能含有可能含有35个共轭基团。个共轭基团。 250300nm有弱吸收带有弱吸收带 可能有羰基存