第七章紫外可见光谱ppt课件

1、Ultraviolet-visibale and Fluorescence spectrometry , UV-Vis and FS1.紫外可见吸收光谱： 对应于分子电子能级跃迁，波长范围在10800 nm之间，其中10190 nm为远紫外或真空紫外区，190400nm为近紫外区，400800nm为可见光区。除了远紫外区外，为紫外可见光谱测定范围。2.2.紫外可见光谱的产生紫外可见光谱的产生M + 热M + 荧光或磷光电子能级差：E = E2 - E1 = h能量是量子化的；只选择性吸收符合能量差的光入射光与透射光之比取对数称为吸光度以波长作为横坐标，吸光度作为纵坐标，得到的曲线称为该化合物的

2、吸收曲线吸收曲线中吸收度出现极大值对应的波长称为最大吸收波长 max M + h M *基态 激发态E1 （E） E2吸收曲线的讨论：同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度极大处对应的波长称为最大吸收波长max不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作作为物质定量分析的依据。在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。

3、3.3.电子跃迁与分子吸收光谱电子跃迁与分子吸收光谱有机化合物的紫外可见吸收光谱是其分子中外层价电子跃迁有机化合物的紫外可见吸收光谱是其分子中外层价电子跃迁的结果的结果有机化合物的外层电子包括有机化合物的外层电子包括电子、电子、电子、电子、n n电子。电子。有机化合物主要有四种跃迁类型，根据所需能量有机化合物主要有四种跃迁类型，根据所需能量大小顺大小顺序为：序为：nn n n 跃迁跃迁所需能量最大，所需能量最大，电子只有吸收远紫外光的能量才电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区外区( (吸收波长吸收波长200nm

4、200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和键同时存在时发生n 跃迁。丙酮n 跃迁的为275nm max为22 Lmol-1 cm -1溶剂环己烷)。紫外可见光谱常用概念术语：生色团：直接在紫外可见区产生吸收的化学结构。最有用的生色团是由和n跃迁产生的。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基CN等。助色团：能够使生色团吸收强度增大，最大吸收波长增加的化学结构。有n电子的基团(如-OH、-OR、-NH、-NHR、-X等)，它们与生色团相连时，会发生n共轭作用，吸收

5、波长向长波方向移动，且吸收强度增加。红移和蓝移： max向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移 。增色和减色：吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。朗伯比耳定律AlgI0/It)= b c 式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位molL； ：摩尔吸光系数，单位Lmolcm； 或: AlgI0/It)= a b c c：溶液的浓度，单位gL a：吸光系数，单位Lgcm a与的关系为： a =/M （M为摩尔质量） 透光度T : 描述入射光透过溶液的程度: T = I t / I0吸光度A

6、与透光度T的关系: A lg T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；应用于各种光度法的吸收测量；摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L1 mol/L、液层厚度为、液层厚度为1cm1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度；吸光系数吸光系数a(Lg-1cm-1a(Lg-1cm-1相当于浓度为相当于浓度为1 g/L1 g/L、液层厚度为、液层厚度为1cm1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。讨论（1吸收物质在一定波长

7、和溶剂条件下的特征常数；（2不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3可作为定性鉴定的参数；（4同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 5max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏；=(610）104 ：高灵敏；2104 ：不灵敏。（6在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。第二节 紫外可见分光光度计Ult

8、raviolet-visibale spectrometer仪器 紫外-可见分光光度计仪器 可见分光光度计一、基本组成光源单色器样品室检测器显示1. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。性、较长的使用寿命。 可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。 2. 2.单色器单色器将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系

9、统。出一任波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束；行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；或光栅； 聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝。出射狭缝。 3.样品室样品室放置各种类型的吸收池比色皿和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。4.4.检测器检测器 利用光电效应

10、将透过吸利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。光电管或光电倍增管。5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结机进行仪器自动控制和结果处理果处理1. 1.单光束型单光束型简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。很高的稳定性。2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波段扫描。可消除光

11、源不稳定、自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。析。仪器复杂，价格较高。3.3.双波长双波长 将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光(1(1、2) 2) 快束交替通快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。需参比池。 = 1= 12nm2nm。两波长同时扫描即可获。两波长同时扫描即可获得导数光谱。得导数光谱。光路图光路图第三节：有机化合物结构解析第三节：有机化合物结构解析1. 1. 紫外可见光谱的表述方

12、法紫外可见光谱的表述方法UV-VisUV-Vis相关函数：相关函数：A: A: 吸光度吸光度, T:, T:透光率透光率I/I0)I/I0)，:吸光系数，吸光系数，：摩尔消光系数摩尔消光系数, :, :吸收波长。其相互关系如下：吸收波长。其相互关系如下：A=lg1/T=lgI0/I= l c(A=lg1/T=lgI0/I= l c(为百分浓度）为百分浓度）= l c(= l c(摩尔浓度）摩尔浓度）UV-VisUV-Vis光谱图表示方法：光谱图表示方法：A- A- ， - - ，lg - lg - UV-VisUV-Vis谱的表述：最大吸收波长：谱的表述：最大吸收波长： max, max, 最

13、大吸最大吸收度：收度： max xxx nm max xxx nm2.2.光谱解析注意事项光谱解析注意事项(1) 确认max，并算出，初步估计属于何种吸收带；(2) 观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；(3) 乙酰化位移CH3CH3OHCH3OCOCH3B带：带：262nm(302)274nm(2040)261nm(300)(4) pH值的影响 加NaOH红移酚类化合物，烯醇。 加HCl兰移苯胺类化合物。3.UV-Vis 3.UV-Vis 可获得的结构信息可获得的结构信息（1200-400nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2） 270-350 nm有吸收峰=10-100醛酮 n* 跃

14、迁产生的R 带。（3） 250-300 nm 有中等强度的吸收峰=200-2000），芳环的特征 吸收具有精细解构的B带）。（4） 200-250 nm有强吸收峰104），表明含有一个共轭体系K带。共轭二烯：K带（230 nm）；不饱和醛酮：K带230 nm ，R带310-330 nm260nm,300 nm,330 nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系。2 2跃迁跃迁 所需能量最大；电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁； 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长200 nm；例：甲烷的max为125nm , 乙烷max为135nm。 只能被真空紫外分光光度计检测到； 作为溶剂

15、使用；3 3nn跃迁跃迁 所需能量较大。 吸收波长为150250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。 含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n* 跃迁。600215CH3NH2365258CH3I200173CH3CL150184CH3OH1480167H2Omaxmax（nm）化合物4 4 跃迁跃迁 所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，max一般在以上，属于强吸收。 （1） 不饱和烃*跃迁 乙烯*跃迁的max为162nm，max为: 1104 。 K带共轭非封闭体系的*跃迁 C=C 发色基团， 但 *200nm。ccHHHH取代基 -SR

16、-NR2 -OR -Cl CH3 红移距离 45(nm) 40(nm) 30(nm) 5(nm) 5(nm) max=162nm 助色基团取代 （K带)发生红移。不同类型化合物的UV-Vis光谱1.饱和化合物：200 nm以上没有-*跃迁吸收，仅能看到n-*吸收。含N, S, I, Br等杂原子可以看到。化合物n-*max溶剂化合物n-*max溶剂CH3OHCH3ClCH3BrCH3I177173202257200200264387己烷己烷庚烷庚烷CH3NH2(CH3)3NCH3SCH3174215199227210229220060040009001020140气态气态乙醇2.2.烯、炔及其

17、衍生物：烯、炔及其衍生物：独立非共轭不饱和烃一般-*跃迁吸收在200 nm以下。当含有助色团含有O, N, S, 卤素, 双键等时发生红移。CH2=CHClCH2=CHOCH3C2H5CH=CH-CH2=CHSCH3N max 185, 190, 228, 228max 10000, 10000,1000080003.3.含杂原子的不饱和化合物含杂原子的不饱和化合物具有n-*跃迁，通常在200 nm以上，但是强度较小。羰基化合物醛、酮、羧酸、酯、酰卤、酰胺等），前两种最大吸收波长在270300 nm之间，后四种受取代基影响发生蓝移表6-4 p2620。硫羰基化合物C=S)，最大吸收波长在300

18、 nm左右。其他化合物C=N, N=N, N=O, C=N等），一般可以看到n-*跃迁，偶氮化合物在360 nm, 硝基化合物在275 nm左右，但是通常很弱。165nm 217nm (HOMO LOMO) max 基基-是由非环或六环共轭二烯母体决定的基是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；准值；无环、非稠环二烯母体：无环、非稠环二烯母体： max=217 nm max=217 nm共轭烯烃不多于四个双键） *跃迁吸收峰位置可由伍德沃德菲泽 规则估算。 max= 基+nii 4.4.共轭烯烃中的共轭烯烃中的 * *异环稠环二烯母体：异环稠环二烯母体： max=214 nmmax=214 n

19、m同环非稠环或稠环二烯母体：同环非稠环或稠环二烯母体： max=253 nmmax=253 nmnini I : I : 由双键上取代基种类和个数决定的校正项由双键上取代基种类和个数决定的校正项 (1)每增加一个共轭双键 +30 (2)环外双键 +5 (3)双键上取代基：酰基（-OCOR） 0 卤素（-Cl，-Br） +5烷基（-R） +5 烷氧基（-OR） +6 Woodward-fieser计算规则：max=基值+取代基增值1.选择最长共轭链为母体2.分支上双键不算延长双键3.当取代基为两个双键共有，重复计算。4.当存在较大环张力时，计算误差大吸收波长计算吸收波长计算最大吸收波长计算：21

20、4+5+5x4=239249）253+5x2+5X5=323214+30+5+5X5=264214+5X2+5X4=244253+30+5X3+5X5=353253+5X3+5X4=288*5. -5. -不饱和共轭羰基化合物不饱和共轭羰基化合物OCRY Y=H,R n * 180-190nm * 150-160nm n * 275-295nmY= -NH2,-OH,-OR 等助色基团K 带红移，R 带红移；R带max =205nm ；10-100K K R R n n 165nm Oc n cOcc不饱和醛酮K带红移：165250nmR 带红移：290310nm -不饱和共轭羰基化合物不饱和

21、共轭羰基化合物K带计算：带计算：非环与六员环酮：非环与六员环酮：215 nm五员环酮：五员环酮：202 nm-不饱和醛：不饱和醛：207 nm溶剂甲醇，水，氯仿，二氧六环，乙醚，己烷，环己烷校正值 0 8 -5 -5 -7 -11 -11 -不饱和共轭羰基化合物不饱和共轭羰基化合物K K带溶剂校正表带溶剂校正表基本值基本值计算例题：OOOHOOHHO215+10+2X12=249215+30+3X18=299215+30+12+18+5=280207+10+2X12=241207+2X12+5=236207+10+12X2=2416.6.芳香烃及其杂环化合物芳香烃及其杂环化合物 苯：E 1 带

22、 1 8 0 1 8 4 n m ； =47000E 2 带 2 0 0 2 0 4 n m =7000 苯环上三个共扼双键的 *跃迁特征吸收带；B 带 2 3 0 - 2 7 0 n m =200 *与苯环振动引起；含取代基时， B带简化，红移。maxnm） max苯254200甲苯261300间二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300苯环上助色基团对吸收带的影响苯环上助色基团对吸收带的影响苯环上发色基团对吸收带的影响苯环上发色基团对吸收带的影响取代苯吸收取代苯吸收波长计算波长计算乙酰苯紫外光谱图乙酰苯紫外光谱图羰基双键与苯环共扼：K带强；苯的E2带与K带合并，红移

23、；取代基使B带简化；氧上的孤对电子：R带，跃迁禁阻，弱；CC H3On p* ; R带 ; K带6. 6. 溶剂的影响溶剂的影响COCO非极性 极性 n n n p p nnn p pn *跃迁：兰移； ； *跃迁：红移； ； max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)230238237243n329315309305溶剂的影响溶剂的影响1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮 非极性 极性n *跃迁：兰移； ； *跃迁：红移； ；极性溶剂使精细结构消失；羰基化合物共轭烯烃中的羰基化合物共轭烯烃中的 * *OCRY Y=H,R n * 180-190nm * 150-160nm n

24、 * 275-295nmY= -NH2,-OH,-OR 等助色基团K 带红移，R 带红移；R带max =205nm ；10-100K K R R n n 165nm Oc n cOcc不饱和醛酮K带红移：165250nmR 带红移：290310nm （4芳香烃及其杂环化合物芳香烃及其杂环化合物 苯：E 1 带 1 8 0 1 8 4 n m ； =47000E 2 带 2 0 0 2 0 4 n m =7000 苯环上三个共扼双键的 *跃迁特征吸收带；B 带 2 3 0 - 2 7 0 n m =200 *与苯环振动引起；含取代基时， B带简化，红移。 maxnm） max苯254200甲苯2

25、61300间二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯2723005. 5. 立体结构和互变结构的影响立体结构和互变结构的影响CCHHCCHH顺反异构：顺反异构：顺式：顺式：max=280nm； max=10500反式：反式：max=295.5 nm；max=29000互变异构：互变异构： 酮式：酮式：max=204nm烯醇式：烯醇式：max=243nm H3CCH2CCOEtOOH3CCHCCOEtOHO立体结构和互变结构的影响立体结构和互变结构的影响解析示例解析示例 有一化合物C10H16由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱 max=231 nm 9000），此化合物加

26、氢只能吸收2克分子H2，确定其结构。解：计算不饱和度 = 3；两个双键；共轭？加一分子氢 max=231 nm， 可能的结构 计算 max ABCD max：229 273 269 269 max =非稠环二烯a,b）+2 烷基取代+环外双键 =214+25+5=229231）CH3CH CHCOCH3CH3CH3(4)(3)(2)BrOHOOCH3CH3CH3(1)练习1：有下列四种化合物已知其结构，其中之一用 UV 光谱测得其max 为 302nm，问应是哪种化合物？ 计算：（1253+30+3x5+5=303（2215+39+35+10+18=327（3215+39+25+18=297（

27、4215+12=227应为1） (C)CH3OCH3OC (b)COOHOCl (a)O比较下列化合物的UVVIS吸收波长的位置（max ） 在紫外可见吸收光谱中，下列具有最大吸收波长的物质是 O (1) (2) (3) (4)第四节：荧光光谱和磷光光谱第四节：荧光光谱和磷光光谱法简介法简介Fluorescence and phosphorescence spectra1.化合物吸收特定能量之后，其吸收的部分能量以光辐射的形式释放的过程称为分子发光过程，与分子相关的发光规律性称为分子发光光谱。2.分子发光包括光致发光、化学发光和生物发光，分别指分子吸收光能、化学能和生物能之后的光辐射规律。3.荧光和磷光都属于分子发光光谱，是分子的光致发光现象。是指化合物吸收一定光能后发