第3章 紫外吸收光谱基本原理

1、2022-4-29第三章第三章 紫外紫外- -可见吸收光谱法可见吸收光谱法v概概 述述v紫外紫外 可见吸收光谱可见吸收光谱v紫外吸收光谱与分子结构的关系紫外吸收光谱与分子结构的关系v紫外分光光度计紫外分光光度计v紫外吸收光谱的应用紫外吸收光谱的应用2022-4-29第一节第一节 概述概述v研究物质在紫外、可见光区的研究物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱分子吸收光谱的的分析方法称为紫外分析方法称为紫外- -可见分光光度法。可见分光光度法。v紫外紫外- -可见分光光度法是利用某些物质的分子可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收吸收200 200 800 nm 800 nm光谱区的辐射来进行分析测光

2、谱区的辐射来进行分析测定的方法。定的方法。v这种这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。有机物质的定性和定量测定。2022-4-29紫外光谱法的特点（1）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。主要应用于共轭体系（共轭烯烃和不饱和羰主要应用于共轭体系（共轭烯烃和不饱和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。基化合物）及芳香族化合物的分析。（2）由于

3、电子能级改变的同时，往往伴随有振）由于电子能级改变的同时，往往伴随有振动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，但峰形较宽。一般来说，利用紫外吸收光谱但峰形较宽。一般来说，利用紫外吸收光谱进行定性分析信号较少。进行定性分析信号较少。（3）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，灵敏度高，检出限低。灵敏度高，检出限低。2022-4-29吸收曲线 将不同波长的光透过某一固定浓度和将不同波长的光透过某一固定浓度和厚度的待测溶液，测量每一波长下待测溶厚度的待测溶液，测量每一波长下待测溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后液对光的吸收

4、程度（即吸光度），然后以以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，作图，可得一曲线。这曲线描述了可得一曲线。这曲线描述了物质对不同波物质对不同波长的吸收能力，称长的吸收能力，称吸收曲线或吸收光谱。吸收曲线或吸收光谱。L不同波长的光不同波长的光第二节第二节 紫外紫外可见吸收光谱可见吸收光谱2022-4-29图3-1 紫外可见吸收光谱示意图末端吸收末端吸收最强峰最强峰肩肩峰峰峰谷峰谷次强峰次强峰 max min A2022-4-296 max min A 2. 对于同一待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；对于同一待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大； 3. 对于同一物质，不论浓

5、度大小如何，对于同一物质，不论浓度大小如何，最大吸收峰所对应的最大吸收峰所对应的波长波长( (最大吸收波长最大吸收波长 maxmax) ) 不变。并且曲线的形状也完不变。并且曲线的形状也完全相同。全相同。2022-4-291. 吸收峰的形状及所在位置吸收峰的形状及所在位置 定性、定结构的依据定性、定结构的依据2. 吸收峰的强度吸收峰的强度定量的依据定量的依据 A = lgI0 / I= cL ：摩尔吸收系数摩尔吸收系数 单位：单位：L . cm -1 . mol-1 单色光单色光I0IL2022-4-29 在在数值上等于数值上等于1mol/L的吸光物质在的吸光物质在1cm光程中的光程中的吸光度

6、，吸光度， = A/cL，与入射光波长、溶液的性质与入射光波长、溶液的性质及温度有关。及温度有关。（1） 吸光物质在特定波长和溶剂中的一个特吸光物质在特定波长和溶剂中的一个特 征常数征常数 ，定性的主要依据。，定性的主要依据。（2） 值愈大，方法的灵敏度愈高。值愈大，方法的灵敏度愈高。的物理意义及计算的物理意义及计算2022-4-29 在紫外和可见光区范围内，有机化合在紫外和可见光区范围内，有机化合物的吸收带主要由物的吸收带主要由-* *、-* *、n-n-* * 、n-n-* *及电荷迁移跃迁及电荷迁移跃迁产生。无机化合物的产生。无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁产生。吸收带主要由

7、电荷迁移和配位场跃迁产生。各种跃迁情况如图所示：各种跃迁情况如图所示： 2022-4-29图图3.1 3.1 电子跃迁图电子跃迁图2022-4-29 其中其中* * 跃迁所需能量跃迁所需能量最大最大，nn* *及配位场跃迁所需能量及配位场跃迁所需能量最小最小，因此，它，因此，它们的吸收带分别落在远紫外和可见光区。们的吸收带分别落在远紫外和可见光区。 从图中纵坐标可知从图中纵坐标可知* *及电荷迁移跃及电荷迁移跃迁产生的谱带强度最大，迁产生的谱带强度最大，nn* *、nn* *跃迁产生的谱带强度次之，配位跃迁的跃迁产生的谱带强度次之，配位跃迁的谱带强度最小。谱带强度最小。2022-4-29反键反

8、键 *轨道轨道N非键轨道非键轨道成键成键轨道轨道E反键反键 *轨道轨道*n成键成键 轨道轨道n *n * * *图图3.2 3.2 分子的电子能级和跃迁分子的电子能级和跃迁一、有机化合物的紫外一、有机化合物的紫外可见吸收光谱可见吸收光谱（一）电子跃迁类型（一）电子跃迁类型2022-4-29分子轨道理论分子轨道理论：成键轨道成键轨道反键轨道。反键轨道。当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态激发态(反键轨道反键轨道)跃迁。跃迁。主要有四种跃迁，所需能量主要有四种跃迁，所需能量大小顺序为：大小顺序为：n n n n * *RKE,Bn E2022-

9、4-291.1.跃迁跃迁 所需所需能量最大能量最大；只有吸收远紫外光才能发生跃迁；只有吸收远紫外光才能发生跃迁； 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长吸收波长200 nm200 nm；例：甲烷的例：甲烷的maxmax为为125125nm , nm , 乙烷乙烷maxmax为为135135nmnm。 只能被真空紫外分光光度计检测到；只能被真空紫外分光光度计检测到； 作为溶剂使用；作为溶剂使用；2022-4-292.2.n跃迁跃迁 含非键电子的饱和烃衍生物含非键电子的饱和烃衍生物(含含N、O、S和卤素和卤素等杂原子等杂原子)均呈现均呈现n* 跃迁。

10、跃迁。 所需所需能量较大能量较大，吸收波长为，吸收波长为150150250250nmnm，大部分大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到，在远紫外区，近紫外区仍不易观察到，较小较小。600215CH3NH2365258CH3I200173CH3CL150184CH3OH1480167H2Omaxmax（nm）化合物2022-4-293.3.跃迁跃迁 所需所需能量较小能量较小，吸收峰一般位于，吸收峰一般位于紫外区紫外区，maxmax一般在一般在10104 4 LmolLmol-1-1cmcm-1-1以上，属于以上，属于强吸收强吸收。 例如：乙烯例如：乙烯* *跃迁的跃迁的maxmax为为16216

11、2nmnm， maxmax为为: 1: 110104 4 LmolLmol-1-1cmcm-1-1。2022-4-294. 4. n跃迁跃迁 含有杂原子的双键化合物中杂原子的含有杂原子的双键化合物中杂原子的n电子电子跃迁到跃迁到*轨道。轨道。 所需所需能量小能量小，maxmax很小很小，一般在小于，一般在小于10100 0 LmolLmol-1-1cmcm-1-1以上，属于以上，属于弱吸收弱吸收。 例如：丙酮例如：丙酮 n* *跃迁的跃迁的maxmax为为280nm280nm， maxmax为为: : 10103030 LmolLmol-1-1cmcm-1-1。2022-4-29 一些基本概念

12、一些基本概念（1）发色团 分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统叫做发色团或色基。象C=C、C=O、CC等都是发色团。发色团的结构不同，电子跃迁类型也不同。（2）助色团 有些原子或基团，本身不能吸收波长大于200nm的光波，但它与一定的发色团相连时，则可使发色团所产生的吸收峰向长波长方向移动。并使吸收强度增加，这样的原子或基团叫做助色团。 2022-4-29 （3）长移和短移 某些有机化合物因反应引入含有未共享电子对的基团使吸收峰向长波长移动的现象称为长移或红移（red shift），这些基团称为向红基团；相反，使吸收峰向短波长移动的现象称为短移或蓝移（blue shift），引起蓝移效应的基团

13、称为向蓝基团。另外，使吸收强度增加的现象称为浓色效应或增色效应（hyperchromic effect）；使吸收强度降低的现象称为淡色效应（hypochromic effect）。 2022-4-29红移、蓝移、增色效应和减色效应红移、蓝移、增色效应和减色效应 引入取代基或改变溶剂使引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长最大吸收波长maxmax和吸收强和吸收强度发生变化度发生变化: : maxmax向长波方向移动称向长波方向移动称为为红移红移，向短波方向移动称，向短波方向移动称为为蓝移蓝移。 吸收强度（即吸收强度（即）增大）增大称称为为增色效应增色效应，减小称为减小称为减色减色效应效应。2022-

14、4-29(二二)、生色团的共轭作用、生色团的共轭作用 1. 1. 生色团（发色团）生色团（发色团）： 泛指在紫外泛指在紫外- -可见光区产生吸收的基团。可见光区产生吸收的基团。 最有用的紫外最有用的紫外-可见光谱是由可见光谱是由和和n跃迁跃迁产生的。这两种跃迁均要求分子中含有不饱和基团产生的。这两种跃迁均要求分子中含有不饱和基团。这类含有这类含有键的不饱和基团称为生色团。键的不饱和基团称为生色团。 例如：乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基例如：乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基-NN-、乙炔基、腈基等。乙炔基、腈基等。2022-4-29v如果一种化学物分子中含有两个或两个以上的如果一种化学物分子中含有两个

15、或两个以上的生色团，但两个生色团处于非共轭状态，那么生色团，但两个生色团处于非共轭状态，那么各个生色团将独立地产生吸收，总的吸收是各各个生色团将独立地产生吸收，总的吸收是各个生色团吸收的加和。个生色团吸收的加和。v若两个生色团发生共轭作用，则生色团吸收峰若两个生色团发生共轭作用，则生色团吸收峰消失，在消失，在长波方向长波方向产生新的吸收峰，吸收强度产生新的吸收峰，吸收强度也会也会显著增加显著增加。( (见表见表3-3)3-3)v产生这种现象的原因：按照分子轨道理论，在产生这种现象的原因：按照分子轨道理论，在共轭体系中，共轭体系中，电子具有更大的离域性，这一电子具有更大的离域性，这一离域效应使得

16、离域效应使得* *轨道能量下降，从而导致吸轨道能量下降，从而导致吸收峰红移。收峰红移。2022-4-29 例：例： max 1-己烯己烯 177 104 1.5-己二烯己二烯 178 2104 1.3-己二烯己二烯 217 2.1 104 1.3.5-己三烯己三烯 258 4.3 104 K 吸收带是共轭分子的特征吸收带，可用于判断吸收带是共轭分子的特征吸收带，可用于判断共轭结构共轭结构应用最多的吸收带应用最多的吸收带2022-4-29 醛、酮、羧酸中醛、酮、羧酸中C=O双键与烯键双键与烯键C=C之间的共之间的共轭作用也会降低轭作用也会降低*轨道能量，从而使轨道能量，从而使*跃迁跃迁的吸收峰发

17、生红移。的吸收峰发生红移。2022-4-29 2. 2. 助色团助色团 有一些含有有一些含有n n电子的基团（如电子的基团（如-OH-OH、-OR -OR 、-X-X、-NH-NH、-NHR-NHR等等) )，它们本身没有生色功能它们本身没有生色功能( (不能吸收不能吸收200 nm200 nm的光的光) )，但当它们与生，但当它们与生色团相连时，就会发生色团相连时，就会发生n n共轭作用共轭作用，增强，增强生色团的生色能力生色团的生色能力( (吸收波长向长波方向移动吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加，且吸收强度增加) )。这样的基团称为助色团。这样的基团称为助色团。2022-4-29（三

18、）溶剂对吸收光谱的影响（三）溶剂对吸收光谱的影响 1. 溶剂的极性对最大吸收波长的影响溶剂的极性对最大吸收波长的影响吸收带吸收带正己烷正己烷CH3ClCH3OH H2O波长位移波长位移 * *( (maxmax/nm)/nm)230238237243红移红移nn * *( (maxmax/nm)/nm)329315309305紫移紫移 随着溶剂极性增大随着溶剂极性增大, * 跃迁吸收峰跃迁吸收峰红移红移, n * 跃迁吸收峰跃迁吸收峰紫移紫移.表表 溶剂对溶剂对亚异丙酮亚异丙酮吸收带的影响吸收带的影响2022-4-29溶剂极性的影响溶剂极性的影响CCCC n p 非极性 极性 n pCOCO非

19、极性 极性 n n n p n pn *跃迁：兰移；兰移； ； *跃迁：红移； ；2022-4-292.对光谱精细结构和吸收强度的影响对光谱精细结构和吸收强度的影响 随着溶剂极性的增大，分子振动受到限制，精随着溶剂极性的增大，分子振动受到限制，精细结构就会逐渐消失，合并为一条宽而低的吸收带。细结构就会逐渐消失，合并为一条宽而低的吸收带。 极性溶剂使精细结构消失极性溶剂使精细结构消失2022-4-29正确选择溶剂正确选择溶剂 在选择测定吸收光谱曲线的溶剂时，应注在选择测定吸收光谱曲线的溶剂时，应注意如下几点：意如下几点：（1 1）尽量选用低极性溶剂；）尽量选用低极性溶剂；（2 2）能很好地溶解被

20、测物，并且形成的溶）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；液具有良好的化学和光化学稳定性； （3 3）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。下表列出紫外、可见吸收光谱中常用的溶下表列出紫外、可见吸收光谱中常用的溶剂，以供选择时参考。剂，以供选择时参考。2022-4-29表表3.5 3.5 常用紫外常用紫外可见测定的溶剂可见测定的溶剂溶剂溶剂使用波长范围使用波长范围/nm溶剂溶剂使用波长范围使用波长范围/nm水水210甘油甘油 230乙醇乙醇 210氯仿氯仿 245甲醇甲醇 210四氯化碳四氯化碳 265异丙醇异丙醇 210乙酸甲酯乙酸甲

21、酯 260正丁醇正丁醇 210乙酸乙酯乙酸乙酯 26096%硫酸硫酸 210乙酸正丁酯乙酸正丁酯 260乙醚乙醚 220苯苯 280二氧六环二氧六环 230甲苯甲苯 285二氯甲烷二氯甲烷 235吡啶吡啶 303己烷己烷 200丙酮丙酮 330环己烷环己烷 200二硫化碳二硫化碳 3752022-4-29二、无机化合物的紫外二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱 产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移电子跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。跃迁和配位场跃迁。（一）电荷迁移跃迁（一）电荷迁移跃迁 无机配合

22、物有电荷迁移跃迁产生的电荷无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。迁移吸收光谱。 在配合物的中心离子和配位体中，当一个在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。2022-4-29 不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。跃迁。 此外，一些具有此外，一些具有d d1010电子结构的过渡元素形成的卤电子结构的过渡元

23、素形成的卤化物及硫化物，如化物及硫化物，如AgBrAgBr、HgSHgS等，也是由于这类跃迁等，也是由于这类跃迁而产生颜色。而产生颜色。 电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。 例如例如:SCN:SCN- -电子亲和力比电子亲和力比ClCl- -小小,Fe,Fe3+3+- SCN- SCN- -络合物络合物的最大吸收波长大于的最大吸收波长大于FeFe3+3+- Cl- Cl- -络合物络合物, ,前者在可见光前者在可见光区区, ,后者在紫外区。后者在紫外区。2022-4

24、-29（二）配位场跃迁（二）配位场跃迁 配位场跃迁包括配位场跃迁包括dd dd 跃迁和跃迁和ff ff 跃迁。元素周跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有3d3d和和4d4d轨道，镧系和锕系元素分别含有轨道，镧系和锕系元素分别含有4f4f和和5f5f轨道。在轨道。在配体的存在下，过渡元素五个能量相等的配体的存在下，过渡元素五个能量相等的d d轨道和镧轨道和镧系元素七个能量相等的系元素七个能量相等的f f轨道分别分裂成几组能量不轨道分别分裂成几组能量不等的等的d d轨道和轨道和f f轨道。当它们的离子吸收光能后，低轨道。当它们的离子吸收光能后

25、，低能态的能态的d d电子或电子或f f电子可以分别跃迁至高能态的电子可以分别跃迁至高能态的d d或或f f轨道，这两类跃迁分别称为轨道，这两类跃迁分别称为dd dd 跃迁和跃迁和ff ff 跃迁。跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。发生，因此又称为配位场跃迁。2022-4-29 配位体的配位场越强，配位体的配位场越强，d轨道分裂能就越大轨道分裂能就越大,吸收吸收峰波长就越短。峰波长就越短。例如，例如，H2O的配位场强度小于的配位场强度小于NH3的配位场强度，所以的配位场强度，所以Cu2+的水合离子呈浅蓝色的

26、水合离子呈浅蓝色,吸收吸收峰峰794nm处，而它的氨合离子呈深蓝色，吸收峰在处，而它的氨合离子呈深蓝色，吸收峰在663nm处。处。 一些常见配位体配位场强弱顺序为：一些常见配位体配位场强弱顺序为：IBrClOH2422SCN 吡啶吡啶NH3 乙二胺联吡啶邻二氮菲乙二胺联吡啶邻二氮菲NO2 CN2022-4-29(三三)金属离子影响下的配位体金属离子影响下的配位体 * 跃迁跃迁 吸收光度法所使用的显色剂绝大多数都含有生吸收光度法所使用的显色剂绝大多数都含有生色团及助色团色团及助色团, ,其本身为有色化合物。当与金属离子其本身为有色化合物。当与金属离子配位时，作为配位体的显色剂，其共轭结构发生了配

27、位时，作为配位体的显色剂，其共轭结构发生了变化，导致其吸收光谱变化，导致其吸收光谱蓝移或红移蓝移或红移。2022-4-29三、吸收带三、吸收带 是指吸收峰在紫外是指吸收峰在紫外-可见光谱中的谱带位置。可可见光谱中的谱带位置。可分为分为4种类型：种类型： 1. R 吸收带吸收带 n跃迁产生跃迁产生 具有杂原子和双键的共轭基团。具有杂原子和双键的共轭基团。一般小于一般小于100 ，属于属于弱吸收弱吸收。 2. K 吸收带吸收带 跃迁产生跃迁产生 是共轭分子的特征吸收带，由此可判断化合物中是共轭分子的特征吸收带，由此可判断化合物中的共轭结构。的共轭结构。一般在一般在104 以上，属于以上，属于强吸收

28、强吸收。 2022-4-29 3. B 吸收带吸收带 跃迁产生跃迁产生 由苯环（由苯环（杂环杂环）产生的吸收带，在）产生的吸收带，在230270nm呈现一宽峰，且具有精细结构（在极呈现一宽峰，且具有精细结构（在极性溶剂中测定，或苯环上有取代基时消失）。性溶剂中测定，或苯环上有取代基时消失）。 200200，弱吸收弱吸收。2022-4-29 4. E 吸收带吸收带 跃迁产生跃迁产生 苯环内三个乙烯基共轭发生的苯环内三个乙烯基共轭发生的跃迁产生。跃迁产生。 可分为可分为E1和和E2二个吸收带。二个吸收带。 E1带吸收峰约在带吸收峰约在180nm，观察不到。，观察不到。 E2带吸收峰约在带吸收峰约在

29、200nm， 7000，强吸收，强吸收。 当苯环上有生色团取代时，当苯环上有生色团取代时， E2带常与带常与K带合并，带合并，吸收峰红移。吸收峰红移。2022-4-29例如，苯乙酮例如，苯乙酮羰基双键与苯环共扼，羰基双键与苯环共扼，E2带与带与K 带合并，红移；带合并，红移；取代基使取代基使B 带简化；带简化；氧上孤对电子：氧上孤对电子：R 带，弱带，弱CC H3On ; R带 ; K带2022-4-29四、各类有机化合物的紫外吸收光谱四、各类有机化合物的紫外吸收光谱（一）饱和烃及其取代衍生物（一）饱和烃及其取代衍生物 只含有只含有CH和和CC单键，只含有单键，只含有电子，电子，跃迁类型跃迁类

30、型* ，吸收在远紫外区，观测，吸收在远紫外区，观测不到。不到。 己烷、环己烷、庚烷、异辛烷、甲醇、己烷、环己烷、庚烷、异辛烷、甲醇、乙醇等在乙醇等在200400 nm范围无吸收，常用作范围无吸收，常用作溶剂。溶剂。 2022-4-29 （1 1）简单的碳）简单的碳- -碳双键碳双键 可产生可产生*，* * 跃迁跃迁 乙烯乙烯* *跃迁的跃迁的maxmax为为16165 nm5 nm， maxmax为为: 1: 110104 4 LmolLmol-1-1cmcm1 1。( (看不到看不到) )ccHHHH取代基 -SR -NR2 -OR -Cl CH3 红移距离 45(nm) 40(nm) 30

31、(nm) 5(nm) 5(nm) 助色基团取代，使助色基团取代，使K 带发生红移。带发生红移。（二）（二） 不饱和烃及共轭烯烃不饱和烃及共轭烯烃 K带带：共轭非封闭体系的共轭非封闭体系的 跃迁跃迁2022-4-29165nm 217nm (HOMO LVMO) max 无环、非稠环二烯母体：无环、非稠环二烯母体： max=217 nm（2）共轭烯烃中的）共轭烯烃中的 *2022-4-29异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体： max=214 nm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 nm (1)每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 +30 (2)环

32、外双键环外双键 +5 (3)双键上取代基：双键上取代基：酰基（酰基（-OCOR） 0 卤素（卤素（-Cl，-Br） +5烷基（烷基（-R） +5 烷氧基（烷氧基（-OR） +6 2022-4-29（三三）醛和酮（羰基化合物）醛和酮（羰基化合物）OCRY Y = H,R，三种跃迁：，三种跃迁： n * 270 300nm， R 带带 1020 n * 180 190nm * 150 160nm ，K 带带 R 带是醛、酮的特征吸收带。带是醛、酮的特征吸收带。K 带红移，带红移，R 带篮移；带篮移；R 带带 max = 205 nm ； 10100 Y = -NH2, -OH, -OR 等助色基团

33、等助色基团2022-4-29 n 165nm Oc n cOcc 不饱和醛酮不饱和醛酮羰基双键与乙烯基双键共轭羰基双键与乙烯基双键共轭 C|CCO羰基双键羰基双键 R 带带(n *)红移：红移：290310nm 102, 弱弱吸收。吸收。由于共轭效应，使乙烯基由于共轭效应，使乙烯基 * 跃迁（跃迁（165nm）红移成为）红移成为K 带。带。 K带：带：165250nm10104 4, ,强强吸收。吸收。 利用这一特征识别利用这一特征识别 不饱和醛酮，不饱和醛酮，2022-4-29（四四）芳香族化合物芳香族化合物 (1) 苯：苯：三个共轭双键的三个共轭双键的 *跃迁特征吸收带：跃迁特征吸收带：E

34、1带带180 184nm； =47000在远紫外区，意义不大；在远紫外区，意义不大；E2带带200 204 nm， =7900可观测，中强带；可观测，中强带；B带带230-270 nm， =204， *与与苯环振动引起，苯环振动引起，有精细结构。有精细结构。2022-4-29 (2) 取代苯取代苯： 取代基影响苯原有的取代基影响苯原有的三个吸收带，使三个吸收带，使B带简带简单化，红移，强度增加。单化，红移，强度增加。 max（nm） max苯苯254200甲苯甲苯261300间二甲苯间二甲苯2633001，3，5-三甲苯三甲苯266305六甲苯六甲苯2723002022-4-29 (3) 稠环

35、芳香族化合物稠环芳香族化合物： 最大特征：共轭体系增加，使吸收最大特征：共轭体系增加，使吸收波长波长红移红移，强度增加强度增加。2022-4-29第三节第三节 紫外紫外- -可见分光光度计可见分光光度计UV-2501PC 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计2022-4-29一、基本部件光源单色器样品室检测器显示2022-4-29 1. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光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、较好的稳定性、较长的谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。使用寿命。 可见光区：可见光区：钨灯钨灯作为光源，其辐射波长范围在

36、作为光源，其辐射波长范围在32032025002500 nmnm。 紫外区：紫外区：氢、氘灯氢、氘灯，发射，发射185185400400nmnm的连续光谱。的连续光谱。2022-4-29 2. 2.单色器单色器 单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。可见区域内任意可调。单色器主要组成部件单色器主要组成部件 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：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；准光

37、装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；一般用光栅；色散元件：将复合光分解成单色光；一般用光栅； 聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；聚焦至出射狭缝； 出射狭缝出射狭缝。2022-4-29v单色器的核心部分是色散元件，起分光的作用。单色器的核心部分是色散元件，起分光的作用。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度、选择性及标准曲线的线性影响到测定的灵敏度、选择性及标准曲线的线性关系等。能起分光作用的色散元件主要是棱镜和关系等。能

38、起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。光栅。v棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于所以玻璃棱镜只能用于3503503200 nm3200 nm的波长范围，的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从范围较宽，可从1851854000nm4000nm，即可用于紫外、可，即可用于紫外、可见和近红外三个

39、光域。见和近红外三个光域。2022-4-29v光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。它具有它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠而缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。产生干扰。v入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决定单色器性能上起重要作用。狭

40、缝的大狭缝在决定单色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色光纯度，但过小的狭缝又会减弱小直接影响单色光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。光强。2022-4-293.3.样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。（比色皿）和相应的池架附件。 在紫外区须采用在紫外区须采用石英池石英池，可见可见区一般用玻璃池。区一般用玻璃池。4.4.检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。有光电池、光电管或光电倍增管。5. 5. 结果显示记录系统结

41、果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理仪器自动控制和结果处理2022-4-29二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型1.1.单光束单光束 简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或简单，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很高的稳定性。检测器具有很高的稳定性。2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳自动记录，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，特别适合定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构

42、分析。仪器复杂，价格较高。于结构分析。仪器复杂，价格较高。2022-4-29 （二）双光束分光光度计 M1 R T M3 PM M2 M4 光源 S M0 单色器同步旋转镜单色器单色器参比参比样品样品检测器检测器显示器显示器斩光器斩光器光源光源参比样品光源2022-4-293.3.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) ) 快速交替通过同一快速交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。 1 12 2 nmnm，两波长同时扫描即可获得导数光谱。，两波长同时扫描即可获得导数光谱。2022-4

43、-29单色器单色器吸收池接收器1122图图3.7 3.7 双波长分光光度计原理图双波长分光光度计原理图2022-4-29第四节第四节 紫外吸收光谱的应用紫外吸收光谱的应用一、紫外吸收光谱法在有机定性分析中一、紫外吸收光谱法在有机定性分析中的应用的应用 紫外吸收光谱最主要的应用是在有紫外吸收光谱最主要的应用是在有机化合物的定性、定量分析方面，例如机化合物的定性、定量分析方面，例如化合物的鉴定、结构分析和纯度检查等，化合物的鉴定、结构分析和纯度检查等，在药物、天然化合物中应用较多。在药物、天然化合物中应用较多。 2022-4-29（一）化合物的鉴定（一）化合物的鉴定 有机化合物的鉴定，一般采用光谱

44、比较法。有机化合物的鉴定，一般采用光谱比较法。 即即将未知纯化合物的吸收光谱特征，如吸收峰的数将未知纯化合物的吸收光谱特征，如吸收峰的数目、位置、相对强度以及吸收峰的形状（极大、目、位置、相对强度以及吸收峰的形状（极大、极小和拐点），与已知纯化合物的吸收光谱进行极小和拐点），与已知纯化合物的吸收光谱进行比较。为了便于比较，吸收光谱常以比较。为了便于比较，吸收光谱常以 lgAlgA对对作作图，图， 此时朗伯此时朗伯比尔定律可写成比尔定律可写成 lgA=lgk+lg(bc)lgA=lgk+lg(bc)2022-4-29 公式右边只有公式右边只有k k随波长变化。因此，即使浓度随波长变化。因此，即使

45、浓度c c和吸收池厚度和吸收池厚度b b不同，也只使吸收曲线上下移动，不同，也只使吸收曲线上下移动，并不影响形状。若未知化合物和纯已知化合物的吸并不影响形状。若未知化合物和纯已知化合物的吸收光谱非常一致，则可认为就是同一种化合物。收光谱非常一致，则可认为就是同一种化合物。 但是，由于大多数有机化合物的紫外但是，由于大多数有机化合物的紫外可见光可见光谱比较简单，谱带宽且缺乏精细结构，特征性不明谱比较简单，谱带宽且缺乏精细结构，特征性不明显，而且很多生色团的吸收峰几乎不受分子中其它显，而且很多生色团的吸收峰几乎不受分子中其它非吸收基团的影响，因此，仅依靠紫外光谱数据来非吸收基团的影响，因此，仅依靠

46、紫外光谱数据来鉴定未知化合物具有较大的局限性，必须与其他方鉴定未知化合物具有较大的局限性，必须与其他方法如红外光谱法、核磁共振波谱法等相配合，才能法如红外光谱法、核磁共振波谱法等相配合，才能对未知化合物进行准确的鉴定。对未知化合物进行准确的鉴定。2022-4-29 紫外可见的局限性：紫外可见的局限性： （1）简单，特征不强）简单，特征不强 （2）有机化合物多数官能团在紫外可见）有机化合物多数官能团在紫外可见区无吸收或微弱区无吸收或微弱 （3）局限于不饱和有机物）局限于不饱和有机物 （4）辅助手段）辅助手段 （5）更多地应用于定量分析）更多地应用于定量分析2022-4-29（二）结构分析（二）结

47、构分析 紫外吸收光谱虽然不能对一种化合物作出准确紫外吸收光谱虽然不能对一种化合物作出准确鉴定，但对化合物中官能团和共轭体系的推测与确鉴定，但对化合物中官能团和共轭体系的推测与确定却是非常有效的。一般有以下规律：定却是非常有效的。一般有以下规律：（1 1）在在220220280nm280nm范围内无吸收，可推断化合物范围内无吸收，可推断化合物不含苯环、共轭双键、醛基、酮基、溴和碘（饱和不含苯环、共轭双键、醛基、酮基、溴和碘（饱和脂肪族溴化物在脂肪族溴化物在220220210 nm210 nm有吸收）。有吸收）。2022-4-29（2 2）在在210210250nm250nm有强吸收，表示含有共轭

48、双键，有强吸收，表示含有共轭双键，如在如在260nm260nm、300nm300nm、330nm330nm左右有高强度吸收峰，左右有高强度吸收峰，则化合物含有则化合物含有3 35 5个共轭个共轭键。键。（3 3）在在270270300nm300nm区域内存在一个随溶剂极性增区域内存在一个随溶剂极性增大而向短波方向移动的弱吸收带，表明有羟基存在。大而向短波方向移动的弱吸收带，表明有羟基存在。（4 4）在约在约260nm260nm处有具有振动精细结构的弱吸收带处有具有振动精细结构的弱吸收带则说明有苯环存在。则说明有苯环存在。（5 5）如化合物有许多吸收峰，甚至延伸到可见光如化合物有许多吸收峰，甚至

49、延伸到可见光区，则可能为多环芳烃。区，则可能为多环芳烃。2022-4-29 紫外紫外可见吸收光谱也可以用来作可见吸收光谱也可以用来作同分异构体同分异构体的判别的判别。例如，下面两种化和物：。例如，下面两种化和物： () ()用化学方法只能测出它们各含有两个羰基，但二者用化学方法只能测出它们各含有两个羰基，但二者的紫外光谱却有很大差别。化合物的紫外光谱却有很大差别。化合物()在在270nm处有处有最大吸收，吸收峰位置与丙酮相同而强度差不多是最大吸收，吸收峰位置与丙酮相同而强度差不多是丙酮的两倍。化合物丙酮的两倍。化合物()由于两个碳氧双键共轭，吸由于两个碳氧双键共轭，吸收峰出现在收峰出现在400

50、nm左右。左右。CH3O2CCHCH2COCH3OCH3CH2COCCH2CH32022-4-29 例如，在顺式肉桂酸和反式肉桂酸中，顺式空例如，在顺式肉桂酸和反式肉桂酸中，顺式空间位阻大，苯环与侧链双键共平面性差，不易产生间位阻大，苯环与侧链双键共平面性差，不易产生共轭；反式空间位阻小，双键与苯环在同一平面上，共轭；反式空间位阻小，双键与苯环在同一平面上，容易产生共轭。因此，反式的最大吸收波长容易产生共轭。因此，反式的最大吸收波长max =295 nm（max= 7000），而顺式的最大吸收波长），而顺式的最大吸收波长max =280 nm（max= 13500） 采用紫外光谱法，还可以测定

51、某些化合物的互采用紫外光谱法，还可以测定某些化合物的互变异构现象。变异构现象。例如，乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式例如，乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式间的互变异构：间的互变异构：2022-4-29二、催化动力学光度法二、催化动力学光度法 所谓动力学分析法是指通过测量反应速率来进所谓动力学分析法是指通过测量反应速率来进行定量分析的方法。催化反应速率在一定范围内与行定量分析的方法。催化反应速率在一定范围内与催化剂浓度成比例关系，因而以光度法或其它方法催化剂浓度成比例关系，因而以光度法或其它方法检测催化反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。检测催化反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。 D + E = F

52、+ G催化剂 在催化动力学光度法分析中，既可以催化显色在催化动力学光度法分析中，既可以催化显色反应作指示反应，又可以催化褪色反应作指示反应，反应作指示反应，又可以催化褪色反应作指示反应，对于反应：对于反应：2022-4-29（1）若产物）若产物F为有色化合物，通过检测反应过程中为有色化合物，通过检测反应过程中F组分的吸光度以确定反应速率，组分的吸光度以确定反应速率，催cccKdtdcEDaF催cKdtdcbFtcKcbtF催积分得到)(t 时刻时刻F组分的吸光度，由朗伯组分的吸光度，由朗伯比尔定律得：比尔定律得：tcKcbkAtF催)(当反应物当反应物E、D大量过量，在检测过程中浓度变化可以忽

53、大量过量，在检测过程中浓度变化可以忽略的情况下略的情况下CD CE与与Ka合并为合并为Kb ，上式可简化为，上式可简化为2022-4-29 (2)若反应物若反应物D为有色化合物，通过检测反应过程中为有色化合物，通过检测反应过程中D组分的吸光度以确定反应速度，组分的吸光度以确定反应速度，当当E组分大量过量时，组分大量过量时， CE 可视为常数，与可视为常数，与Kc合并为合并为 Kd则则催cccKdtdcEDCD催ccKdtdcDdDtcKccdtDD催积分得到)()(ln0以以D组分在组分在0时刻的吸光度时刻的吸光度A0和和t时刻的吸光度时刻的吸光度A来表示来表示tCKAA催lg02022-4-

54、29 常用的催化动力学光度法有固定吸光度法、固常用的催化动力学光度法有固定吸光度法、固定时间法和斜率法定时间法和斜率法, ,其中固定时间法最为简单。其中固定时间法最为简单。 从以上公式可知：当从以上公式可知：当t t固定不变时，固定不变时，A A（显色法）（显色法）或或lg(Alg(A0 0/A/A）（褪色法）与催化剂浓度成正比，因此）（褪色法）与催化剂浓度成正比，因此可依据此原理制作标准曲线进行分析。可依据此原理制作标准曲线进行分析。 催化动力学光度法具有极高的测定灵敏度，检催化动力学光度法具有极高的测定灵敏度，检出限一般为出限一般为1010-10-101010-8-8gmlgml-1-1,

55、 ,有时可低至有时可低至1010- -1212gmlgml-1-1。但影响该法测定准确度的因素较多，操。但影响该法测定准确度的因素较多，操作要求严格，测量精度较差。作要求严格，测量精度较差。2022-4-29三、定量分析三、定量分析 用已知的标准样品配制成一系列不同浓度的溶用已知的标准样品配制成一系列不同浓度的溶液，在一定的实验条件和合适的波长下，分别测定液，在一定的实验条件和合适的波长下，分别测定其吸光度，然后以吸光度相对于物质的浓度作图，其吸光度，然后以吸光度相对于物质的浓度作图，得一吸光度与浓度的校正曲线图。理想的校正曲线得一吸光度与浓度的校正曲线图。理想的校正曲线应为通过原点的直线，利

56、用该线性关系，就能求得应为通过原点的直线，利用该线性关系，就能求得待测组份中该物质的含量。待测组份中该物质的含量。 对于双组分的测定可以采用解联立方程的方法对于双组分的测定可以采用解联立方程的方法分别计算其含量。分别计算其含量。2022-4-29 （一）解联立方程组的方法（一）解联立方程组的方法 BBAABACCA111BBAABACCA222图3.11 吸光度与浓度的校正曲线图2022-4-29（二）双波长分光光度法（二）双波长分光光度法 1、等吸收波长法等吸收波长法 当混合组份的吸收曲线是如图所示的当混合组份的吸收曲线是如图所示的情况时，除用解二元一次方程组的方法测定外，还可采用情况时，除用解二元一次方程组的方法测定外，还可采用等吸收波长法。等吸收波长法。 为了消除干扰组份的吸收，一般采用作图法确定为了消除干扰组份的吸收，一般采用作图法确定干扰组份的等吸收波长。图中是混合试样中干扰组份的等吸收波长。图中是混合试样中A、B两组两组份的吸收曲线，其中份的吸收曲线，其中A是干扰组份，是干扰组份，B是待测组份。在是待测组份。在用作图法选择波长时，可将测定波长用作图法选择波长时，可将测定波长2选在被测组份选在被测组份B的吸收峰处（或其附近），而参比波长的吸收峰处（或其附近），而参比波