第5章紫外-可见分子吸收光谱法

1、 UV-Vis采用连续光源，不需要采用连续光源，不需要 原子化器原子化器 UV-Vis是利用分子的价是利用分子的价电子对电子对 辐射的吸收，涉及分子中电子辐射的吸收，涉及分子中电子 能级和振动与转动能级的跃迁能级和振动与转动能级的跃迁 UV-Vis主要用于定量分析和主要用于定量分析和 理化常数测定理化常数测定 UV-Vis的波长范围在紫外的波长范围在紫外-可可 见光区见光区 UV-Vis是分子光谱，是吸收光是分子光谱，是吸收光 谱，是带光谱谱，是带光谱 电子能量电子能量E Ee e 振动能量振动能量E Ev v 转动能量转动能量E Er re+ v+ r e v r振动能级振动能级电子能级电子

2、能级 B BA A转动能级转动能级Ee : 120 eVEv : 0.05 1 eVEj: 0.05 eVM基态分子基态分子E0激发态分子激发态分子E1h = E=E1-E0+ h M*I0ItIrIa透光度透光度（transmittance)T=It/I0吸光度吸光度(absorbance)A= - -lgTttIIAAAlg参比待测用不同波长的单色光用不同波长的单色光照射物质，测得物质照射物质，测得物质对不同波长的单色光对不同波长的单色光的吸光度的吸光度, ,并以并以入射光入射光波长波长为为横坐标横坐标, ,吸光度吸光度为为纵坐标纵坐标, ,绘制得到的绘制得到的吸光度吸光度与与吸收波长吸收

3、波长之之间的间的关系曲线关系曲线最大吸收波长最大吸收波长( max)最小吸收波长最小吸收波长( min波谷波谷最大吸收峰最大吸收峰次峰次峰肩峰肩峰末端吸收末端吸收KMnO4与与K2Cr2O7的吸收光谱的吸收光谱同一物质对不同波长光的吸光度同一物质对不同波长光的吸光度 不同。不同。 不同浓度的同一种物质，在某固定不同浓度的同一种物质，在某固定 波长下的吸光度波长下的吸光度 A A 有差异，在有差异，在 maxmax 处吸光度处吸光度A A的差异最大。此特性可作的差异最大。此特性可作 为物质定量分析的依据。为物质定量分析的依据。不同浓度的同一种物质，其吸收曲不同浓度的同一种物质，其吸收曲 线形状相

4、似，线形状相似， maxmax不变。不变。而对于不而对于不 同物质，它们的吸收曲线形状和同物质，它们的吸收曲线形状和 maxmax不同不同。所以吸收光谱能用于物。所以吸收光谱能用于物 质的定性与结构分析。质的定性与结构分析。KMno4浓度增加浓度增加KMnO4在不同浓度下的在不同浓度下的吸收光谱吸收光谱布格布格(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)先后于先后于1729年和年和1760年阐明了光的吸收程度和吸年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度（收层厚度（b，单位一般用单位一般用cm）的关系：）的关系：Ab朗伯朗伯(Lambert)(Lambert)像像 A c朗伯比尔定律的数学表达式朗伯

5、比尔定律的数学表达式紫外紫外-可见吸收光谱法可见吸收光谱法 定量的基本依据定量的基本依据A=-lgT = KbcA= b c 称为称为摩尔吸光系数（摩尔吸光系数（Molar Absorptivity）单位为：单位为：(L.mol-1 . cm-1)a 的单位的单位: Lg-1cm-1l 当当 c 的单位用的单位用 gL-1表示时，表示时，k 用用a 表示表示: l当当 c 的单位用的单位用molL-1表示时，表示时，k 用用 表示：表示：1%1cmEl当当c 的单位用的单位用 g100mL-1（%）表示时，）表示时，k 用用 表示：表示：bcEAcm%11称为比吸光系数称为比吸光系数.1%1c

6、mEMEcm10%111%1cmEl 与与 的关系的关系bcA摩尔吸光系数是波长的函数摩尔吸光系数是波长的函数摩尔吸光系数与组分的浓度无关摩尔吸光系数与组分的浓度无关同一波长下，不同组份的摩尔吸光系数不同同一波长下，不同组份的摩尔吸光系数不同朗伯朗伯- -比尔定律只适合于入射光为单色光的情况比尔定律只适合于入射光为单色光的情况朗伯朗伯- -比尔比尔定律定律只适合于均匀的、非散射体系的测定只适合于均匀的、非散射体系的测定朗伯朗伯- -比尔定律只适合于稀浓度体系的测定比尔定律只适合于稀浓度体系的测定摩尔吸光系数与最大吸收波长是摩尔吸光系数与最大吸收波长是组分组分的两个特征参数的两个特征参数bcA理

7、论上的理论上的A对对C关系曲线关系曲线AC吸光度吸光度A A与待测物浓度与待测物浓度C C不成不成正比的现象正比的现象物理性因素：物理性因素：包括入射光为非单色光包括入射光为非单色光 以及测定介质为非均匀以及测定介质为非均匀 介质引起的光散射介质引起的光散射化学因素：化学因素：包括高浓度下的化合、缔包括高浓度下的化合、缔 合和解离等反应合和解离等反应 参比溶液选择不同；参比溶液选择不同； 参比溶液与待测溶液使用的比色皿参比溶液与待测溶液使用的比色皿 厚度不一致；厚度不一致； 比色皿放置位置不妥；比色皿放置位置不妥； 比色皿透光面不干净；比色皿透光面不干净； 低浓度与高浓度时存在不同的化学低浓度

8、与高浓度时存在不同的化学 反应等反应等bcA理论上的理论上的A对对C关系曲线关系曲线320.00110(/)MSMg cm一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱n*成键成键成键成键未成键未成键反键反键反键反键能能量量 * * * n * n* n* * n*一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱（3）*跃迁跃迁 max max 1-1-己烯己烯 177 10177 104 41.5-1.5-己二烯己二烯 178 2178 210104 41.3-1.3-己二烯己二烯 217 2.1 217 2.1 10 104 41.3.5-1.3.

9、5-己三烯己三烯 258 4.3 258 4.3 10 104 4 一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱（4） n*跃迁跃迁一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱NR2电子供体电子受体h_NR2+一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱*跃迁和跃迁和 n*跃迁是两种最为重要的跃迁类型跃迁是两种最为重要的跃迁类型一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱在配合物的配体与金属离子之间，一个电子由一方的一个轨在配合物的配体与金属离子之间，一个电子由一方的一个轨道跃迁到另一方相关轨道上的电子跃迁道跃迁到另一方相关轨道上的电子跃迁分子中一组分是电子给予体，

10、另一组分是电子接收体分子中一组分是电子给予体，另一组分是电子接收体电子接受体电子接受体电子给予电子给予体体金属离子简并的金属离子简并的d 轨轨道或道或f 轨道在形成配轨道在形成配合物时，在合物时，在配位场配位场作作用下，会发生用下，会发生能级裂能级裂分。分。如果如果d或或f 轨道未轨道未充满，则低能量轨道充满，则低能量轨道上的电子吸收外来能上的电子吸收外来能量时，将会跃迁到高量时，将会跃迁到高能量的能量的 d (d-d跃迁跃迁) 或或 f (f-f跃迁跃迁) 轨道，从轨道，从而产生吸收光谱。而产生吸收光谱。二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱d d 轨道电子云分布及在配场下的分裂示意图轨道电子云

11、分布及在配场下的分裂示意图 f-f f-f跃迁光谱受环境影响小跃迁光谱受环境影响小, ,谱峰窄谱峰窄, ,且且 往往具有精细结构往往具有精细结构二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱 产生的吸收在长波区（可见光区）产生的吸收在长波区（可见光区） d-d d-d跃迁光谱的吸收波长受配体种类、跃迁光谱的吸收波长受配体种类、 配位数、环境影响大配位数、环境影响大, ,且谱峰较宽且谱峰较宽随配体配位场强度增加，轨道裂分随配体配位场强度增加，轨道裂分能级差增加，吸收峰波长紫移能级差增加，吸收峰波长紫移d-d跃跃迁迁光光谱谱f-f跃跃迁迁光光谱谱 配位场跃迁概率较小，配位场跃迁概率较小， 小（小（100)10

12、0)三、常用术语 三、常用术语OH三、常用术语（Radikalartin德文：基团型的）德文：基团型的）（Konjugierte德文，共轭的）德文，共轭的）三、常用术语三、常用术语Ethylenic band，乙烯型谱带），乙烯型谱带）苯在异辛烷中的紫外光谱苯在异辛烷中的紫外光谱（Benzenoid band，苯型谱带），苯型谱带）B 254 nm 200COCH3K-E合并带合并带 245 AA三、常用术语 R R带带: n: n* * 弱吸收弱吸收 K K带带:* * 强吸收强吸收( (共轭共轭) ) B B带带:* * 中吸收中吸收 E E带带:* * 强吸收强吸收苯环苯环三、常用术语

13、max=240nm; =13000 max=278nm; =1100 max=319nm =50四、影响紫外可见吸收光谱的因素共轭效应（包括共轭效应（包括-、 -、n-共轭）使共轭）使*跃迁和跃迁和n*跃迁吸收峰向长波方向移动跃迁吸收峰向长波方向移动, 吸收强度增加；共轭吸收强度增加；共轭效应越大，红移和增色效应越明显效应越大，红移和增色效应越明显CCCCCCCCCH3CH3 由于空间位阻，防碍两个发色团处在同一平面，使共由于空间位阻，防碍两个发色团处在同一平面，使共轭程度降低。吸收峰短移，吸收强度降低轭程度降低。吸收峰短移，吸收强度降低CCHH CCHH 四、影响紫外可见吸收光谱的因素四、影

14、响紫外可见吸收光谱的因素极性溶剂与分子间产生氢键，使极性溶剂与分子间产生氢键，使 n 轨道能量大幅下降，使轨道能量大幅下降，使 电子离域能力增加，反键电子离域能力增加，反键 * 轨道能量有所下降，成键轨道能量有所下降，成键 轨轨道能量稍有下降道能量稍有下降极性溶剂中极性溶剂中非极性溶剂中非极性溶剂中EEEE四、影响紫外可见吸收光谱的因素四、影响紫外可见吸收光谱的因素 尽可能使用非极性溶剂，以获得精细结构尽可能使用非极性溶剂，以获得精细结构 所选溶剂在测定波长范围内应无吸收或吸收很小所选溶剂在测定波长范围内应无吸收或吸收很小 溶解性好，性质稳定溶解性好，性质稳定 分析过程时，样品和标准品要使用相

15、同的溶剂分析过程时，样品和标准品要使用相同的溶剂吸收光谱必须标注使用的溶剂吸收光谱必须标注使用的溶剂四、影响紫外可见吸收光谱的因素NH2H+NH3+OH-OHOH-O-H+酸性、碱性或配合物在不同酸性、碱性或配合物在不同pHpH值下紫外光谱可能变化值下紫外光谱可能变化苯酚的苯酚的UV光谱图光谱图 苯胺的苯胺的UV光谱图光谱图 一、紫外-可见分光光度计的基本结构一、紫外-可见分光光度计的基本结构二、仪器类型二、仪器类型光源光源光纤光纤光纤光纤初始初始光路光路返回返回光路光路二、仪器类型一、定性分析 标准样品比较法：标准样品比较法：将未知样品与标准样品在同样条件下将未知样品与标准样品在同样条件下测

16、定吸收光谱后，直接比较测定吸收光谱后，直接比较 标准图谱比较法：标准图谱比较法：将测得的未知样品的吸收光谱与标将测得的未知样品的吸收光谱与标准谱图比较准谱图比较光谱形状、吸收峰个数、吸收峰的光谱形状、吸收峰个数、吸收峰的最大吸收波长（最大吸收波长（ max）及其及其摩尔吸光系数（摩尔吸光系数（ ）一、 定 性 分 析 Woodward-Fieser经验经验规则规则 共轭多烯共轭多烯( (四烯及以下四烯及以下) )的的maxmax计算计算 确定母体结构确定母体结构找扩展及环外双键（与环直接相连的双键）找扩展及环外双键（与环直接相连的双键）找与共轭双键直接相连的取代基找与共轭双键直接相连的取代基共

17、轭多烯（四烯及以下）的共轭多烯（四烯及以下）的 maxmax计算举例计算举例一、 定 性 分 析R母体按同环二烯母体按同环二烯253 nm加一个环外双键加一个环外双键 5 nm 加一个共轭双键加一个共轭双键 30 nm 加三个烷基取代加三个烷基取代 15 nma ab bc c计算值计算值max 303 nm实测值 max 303 nm , , - -不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物* *跃迁的跃迁的 maxmax计算计算确定母体结构确定母体结构判断判断 x找双键找双键找找 、 、 、 等的取代基等的取代基确定溶剂确定溶剂CHOCCCCx一、 定 性 分 析 , , - -不饱和羰基化合物的不

18、饱和羰基化合物的 maxmax计算举例计算举例例：人们对例：人们对 -莎草酮提出两种结构式，实验值莎草酮提出两种结构式，实验值 max = 252nm，问是下面，问是下面那一种结构式那一种结构式?OO母体结构 215nm位烷基取代 +12nm计算值计算值max 227nm母体结构 215nm位烷基取代 +10nm位两个烷基取代 +24nm环外双键 +5nm计算值计算值max 254nm一、 定 性 分 析一、 定 性 分 析 Scott经验经验规则规则确定确定R确定苯环上的邻、间和对位取代基确定苯环上的邻、间和对位取代基例：例：R=环残基环残基 249nm 取代基取代基 邻位邻位-Br： 2

19、邻位邻位-R: 3 对位对位-OMe： 25计算值计算值 max 279nm一、 定 性 分 析 Fieser-Kuhn经验经验规则规则环外环内RRnnM109 .19)7 . 10 .48(5114max)(1074. 1114maxcmmolLn例：例：11029 .19)87 . 148(865114max81074. 14max=369.4(nm)二、 结 构 分 析利用紫外利用紫外-可见分子吸收光谱可确定有机化合物中可见分子吸收光谱可确定有机化合物中不饱和不饱和基团基团，还可区分化合物的，还可区分化合物的构型、构象、同分异构体构型、构象、同分异构体（1） 200280nm 无吸收无吸

20、收：不含共轭双键和苯环，可能为饱：不含共轭双键和苯环，可能为饱 和化合物或单烯和化合物或单烯（2）200250nm有强吸收带：有强吸收带：就有共轭二烯或就有共轭二烯或 , -不饱和醛不饱和醛 酮。如果在酮。如果在260、300或或330nm附近有强吸收带，就各有附近有强吸收带，就各有3、 4或或5个共轭系。个共轭系。（3）260 300nm有中等吸收带：有中等吸收带：很可能有芳香环。很可能有芳香环。（4）290nm附近有弱吸收带：附近有弱吸收带：就有孤立的酮或醛基。就有孤立的酮或醛基。（5）化合物化合物有颜色有颜色：有长：有长共轭体系共轭体系或含硝基、偶氮基、重或含硝基、偶氮基、重 氮基、亚硝

21、基等或为氮基、亚硝基等或为-二酮、乙二醛及碘仿等化合物二酮、乙二醛及碘仿等化合物二、 结 构 分 析分子式为分子式为C10H16的化合物的结构式可能有以下四种的化合物的结构式可能有以下四种已知该化合物在已知该化合物在263nm处有中等强度的吸收处有中等强度的吸收( 为为2500)，则上述四种结构中肯定不合理的是那一个？，则上述四种结构中肯定不合理的是那一个？A B C D例：例：乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CCOC2H5CH3CH2OOCCOC2H5CH3OHOCH酮式结构，无共轭酮式结构，无共轭弱吸收弱吸收( =16, 272nm)n*跃迁跃迁烯醇式结构，共轭体系，烯醇式结构，共轭体系，强吸收（

22、强吸收（ =1.8 104, 245nm）*跃迁跃迁主要存在于极性溶剂中主要存在于极性溶剂中主要存在于非极性溶剂中主要存在于非极性溶剂中 一般反式的一般反式的 max大于顺式的大于顺式的 一般反式的一般反式的 大于顺式的大于顺式的二、 结 构 分 析CCCOOHHHCCHOOCHH max=273nm max=264nm =20000 ； =9500OXOXAB三、 定 量 分 析以试剂空白为参比，采用单光束或双光束光谱仪进以试剂空白为参比，采用单光束或双光束光谱仪进行分析的光度法行分析的光度法测定浓度较低、光谱测定浓度较低、光谱没有重叠或重叠不严没有重叠或重叠不严重的均匀体系重的均匀体系不使

23、用参比溶液，采用双波长不使用参比溶液，采用双波长光谱仪或双光束光谱仪，以其光谱仪或双光束光谱仪，以其中一束光的吸光度为参比进行中一束光的吸光度为参比进行分析的光度法分析的光度法i i）以）以 1 1为参比光束入射样品：为参比光束入射样品：ii ii）以）以 2 2为测量光束入射样品：为测量光束入射样品：iii）样品在）样品在 2处相对于处相对于 2的吸光度的吸光度A为：为：A=A测量测量 - A参比参比= 2bc - 1bc = ( 2 - 1) bcCA测定浑浊组分；测定浑浊组分； 测定光谱重叠的混合组分测定光谱重叠的混合组分以浓度稍低于待测溶液的标准以浓度稍低于待测溶液的标准溶液为参比，采

24、用单光束或双溶液为参比，采用单光束或双光束光谱仪进行分析的光度法光束光谱仪进行分析的光度法设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为c cx x，标准溶液浓度为，标准溶液浓度为c cs s( (c cs s 60nm。M + nL = MLn附：自学部分内容提要附：自学部分内容提要例如Fe3+与水杨酸的配合反应，当 pH4 Fe(C7H4O3)+ 紫色 4pH9 Fe(C7H4O3)2- 红色 pH9 Fe(C7H4O3)33- 黄色 example除显色产物外，其它所加试剂在测定波长处均无吸收，用纯溶除显色产物外，其它所加试剂在测定波长处均无吸收，用纯溶 剂作参比溶液；剂作参比溶液；若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而待测试液若显色剂或其它