第三章 紫外-可见光谱法

第三章紫外-可见光谱法湖南中医药高等专科学校药学系药物化学教研室蒋梅香紫外-可见分光光度法理论基础1紫外-可见分光光度计2实用分析技术3主要内容理论基础1什么是紫外-可见分光光度法？通过被测物质在紫外光区或可见光区的特定波长处或一定波长范围内的吸光程度，对该物质进行定性和定量分析的方法。光的基本性质1电磁辐射有什么特性？波动性粒子性σE光的折射光的反射光的偏振光的散射光电效应光的波粒二象性

结论:一定波长的光具有一定的能量，波长λ越长(频率υ越低)，光子的能量E越低。

波粒二象性

从射线到无线电波都是电磁辐射，它们在性质上是相同的，仅仅是波长或频率不同，即能量不同。

光的基本性质1电磁波谱：把电磁辐射按波长或频率的顺序排列起来。波长射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-3nm10nm400

nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光400～760nm0.1nm～10nm~760nm~0.1cm0.1cm～1m1m～1000m10nm~200nm200~400nm远紫外近紫外（真空紫外）0.76~2.5μm2.5~50μm近红外中红外50~1000μmm远红外光的基本性质1单色光复合光单一波长的光由不同波长的光组合而成的光白光青蓝青绿黄橙红紫蓝互补色可见光/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-610黄蓝610-650橙绿蓝650-760红蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿非光谱法不以光的波长为特征讯号例如折射法，浊度法，旋光法光谱法光学分析法在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。分为：吸收光谱法，发射光谱法根据物质与辐射能间作用的性质不同，光学分析法又分为光谱法和非光谱法。M+热M+荧光或磷光M+

h

M*基态激发态E0

（△E）Ei物质对光的吸收满足Plank条件物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。物质对光的选择性吸收价电子：σ电子→饱和的单键

π电子→不饱和的双键

n电子→非键电子紫外-可见吸收光谱法是分子中的价电子吸收一定波长的光在不同的分子轨道之间跃迁而产生。定性基本原理有机化合物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果：分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。紫外-可见光范围内，跃迁类型有σ→σ*、n→σ*、π→π*、n→π*

等,引起这些电子跃迁所需能量大小的顺序为：σ→σ*

＞n→σ*

＞π→π*

＞n→π*σπnπ*σ*n→σ*π→π*n→π*⊿Eσ→σ*

分子中价电子能级及跃迁示意图反键反键非键成键成键特点：ΔE很高，λ<150nm远紫外弱吸收，e100饱和烃（甲烷，乙烷λ=135nm）1.σ→σ*

跃迁紫外吸收光谱分析中常用作溶剂，不干扰其他物质的紫外吸收光谱测定。特点：能量较低，集中在200nm左右。强吸收，一般吸光系数e10000不饱和基团（—C＝C—，—C＝O）2.π→π*

跃迁共轭体系增加，吸收峰向长波方向移动，且吸光系数增大。共轭双键数越多，趋势越明显。特点：能量低，300nm左右。弱吸收，e100

含杂原子不饱和基团（—C≡N，C＝O）

3.n→π*跃迁例如，丙酮在具有π→π*跃迁的强吸收外,279nm处还有n→π*跃迁的弱吸收(ε=10~30)。特点：

ΔE较高，λ200nm左右弱吸收，e<100

含未共用电子对的饱和基团（—OH，—NH2，卤代烃等

）

4.n→σ*

跃迁含未共用电子对的饱和基团，λ≈200nm，弱吸收

4.n→σ*

跃迁

3.n→π*跃迁含杂原子不饱和基团,λ：300nm，弱吸收2.π→π*

跃迁不饱和基团,λ≈200nm强吸收1.σ→σ*

跃迁饱和烃，λ<150nm

跃迁类型有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*四种，其相对能量大小次序为：

σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*

有机物最有用的吸收光谱是基于

n→π*和π→π*跃迁而产生的。当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的强度会减弱。I0=Ia+It入射光强度吸收光强度透过光强度二、光的吸收定律1、透光率(T)和吸光率(A)透光率(T)透光率定义:T取值为0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光强度

I0透射光强度It一束平行单色光光的吸收定律吸光度A吸光度1、吸光度与透光率成反比。2、吸光度具有加和性。在同一波长下，各组分吸光度具有加和性，A=A1+A2++An二、光的吸收定律2、Lambert-Beer定律K--吸光系数L--吸光液层的厚度(光程)，cmC--吸光物质的浓度，g/100ml,mol/L当一束平行单色光通过均匀、透明的含有吸光介质的稀溶液时，其吸光度与吸光溶液的浓度和吸光液层厚度的乘积成正比.化学因素：吸光物质不稳定,浓度太大光学因素：非单色光，反射光，散射光，非平行光仪器因素偏离Beer定律的因素偏离Beer定律的因素二、光的吸收定律2、Lambert-Beer定律c：mol/Lc：g/100mLK

K

百分吸光系数,100mL·g-1·cm-1吸光系数(K)入射光波长温度与浓度无关,取值与浓度的单位相关物质的性质摩尔吸光系数，L·mol–1·cm-1二、光的吸收定律

物质对光的吸收特征，可用吸收曲线来描述。以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标作图，得到的A—λ曲线即为紫外-可见吸收光谱(或紫外-可见吸收曲线)。三、紫外-可见吸收光谱1.吸收光谱

吸收峰：曲线上吸光度最大的地方；最大吸收波长(λmax)

：

最大吸收峰所对应的波长；肩峰：最大吸收峰旁边的一个小的曲折；次峰：低于高吸收峰的峰；波谷：峰与峰之间吸光度最小的部位，即曲线中的低谷；最小吸收波长(λmin)：波谷所对应的波长；末端吸收：只在图谱短波端呈现强吸收而不成峰形的部分。三、紫外-可见吸收光谱生色团有机化合物分子中，含有n→π*或π→π*跃迁的基团，即在紫外-可见光区内产生吸收的原子团。

如＞C＝C＜、＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、

—N＝O

等，能够产生n→π*

或π→π*

跃迁。含有非键电子对的杂原子饱和基团,它们是能与生色团或饱和烃相连，使它们的吸收峰（λmax）向长波段移动并使吸收强度增加的基团，称为助色团。

—OH、—NH2、—SH、—OR、—I、—Br、—Cl

助色团受基团、溶剂、酸度等影响，使化合物的吸收峰(λmax)

向长波段移动的效应称为红移或称长移。常常伴随有摩尔吸收系数(εmax)值增加的增色效应。εmax>104为强带

红移与蓝移

红移与蓝移反之，受基团、溶剂、酸度等影响，使化合物的吸收峰（λmax）向短波段移动的效应称为蓝移，或称短移。常常伴随有摩尔吸光系数(εmax)值降低的减色效应。εmax<102为弱带。

紫外可见吸收光谱主要取决于分子中价电子的能级跃迁，但分子的内部结构和外部环境都会对紫外可见吸收光谱产生影响。1、溶剂效应2、体系的pH影响3、温度的影响2、影响吸收光谱的因素三、紫外-可见吸收光谱1.溶剂的影响

溶剂的极性强弱能影响紫外-可见吸收光谱的吸收峰波长、吸收强度及形状。如改变溶剂的极性，会使吸收峰波长发生变化。异丙叉丙酮的溶剂效应吸收带

正己烷

氯仿

甲醇

水

迁移方向

π→π*

230nm238nm237nm243nm向长波移动

n→π*

329nm315nm305nm305nm向短波移动

在溶剂能够