第七章、紫外可见吸收光谱法

第七章紫外-可见分光光度法(UltravioletandVisibleSpectrophotometry,UV-Vis)

1紫外-可见吸收光谱2吸收光谱的测量-----Lambert-Beer

定律3紫外-可见光度计仪器组成4UV-Vis分光光度法的应用第一节

紫外-可见吸收光谱一、分子吸收光谱的形成1.过程：运动的分子外层电子--------吸收外来辐射------产生电子能级跃迁-----分子吸收谱。2.能级组成：除了电子能级(Electronenergylevel)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转能级的跃迁，形成所谓的带状光谱。因此，分子的能量变化E为各种形式能量变化的总和：其中Ee最大：1-20eV;Ev次之：0.05-1eV;Er最小：0.05eV不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。

定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，据吸收曲线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构。各轨道能级高低顺序：

n**（分子轨道理论计算结果）；可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*-胡罗卜素咖啡因阿斯匹林丙酮几种有机化合物的分子吸收光谱图。有机分子能级跃迁1.可能的跃迁类型有机分子包括:成键轨道、；反键轨道*、*非键轨道n

例如H2O分子的轨道：

CHHOoooo==o=n二、分子吸收光谱跃迁类型-*：C-H共价键，如CH4（125nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于真空紫外区；-*和-*跃迁：尽管所需能量比上述-*跃迁能量小，但波长仍处于真空紫外区；n-*：含有孤对电子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl(173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)，可见，大多数波长仍小于200nm，处于近紫外区。以上四种跃迁都与成键和反键轨道有关（-*，-*，-*和n-*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因而在此不加讨论。

只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。2.几个概念：生色团：分子中含有非键或键的电子体系，能吸收特征外来辐射时并引起n-*和-*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。助色团：含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。常见助色团助色顺序为：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-红移或蓝移:

在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向（红移）或短波方向移动（蓝移）的现象。那么促使分子发生红移或蓝移的因素有哪些呢？1）共轭体系的存在----红移如CH2=CH2的-*跃迁，max=165~200nm；而1,3-丁二烯，max=217nm2）异构现象：使异构物光谱出现差异。如CH3CHO含水化合物有两种可能的结构：CH3CHO-H2O及CH3CH(OH)2;已烷中，max=290nm，表明有醛基存在，结构为前者；而在水溶液中，此峰消失，结构为后者。3）空间异构效应---红移如CH3I(258nm),CH2I2(289nm),CHI3(349nm)4）取代基：红移或蓝移。取代基为含孤对电子，如-NH2、-OH、-Cl，可使分子红移；取代基为斥电子基，如-R，-OCOR，则使分子蓝移。苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多产生红移。5）pH值：红移或蓝移苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带；而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和287nm（p-共轭）.6）溶剂效应：红移或蓝移

由n-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成H键的能力增加，发生蓝移；由-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，激发态比基态能量有更多的下降，发生红移。随溶剂极性增加，吸收光谱变得平滑，精细结构消失。第二节吸收光谱的测量-----Lambert-Beer

定律一、

几个术语

二、朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比，即k为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。

当浓度以g/L表示时，称k为吸光系数，以a表示，即

当浓度以mol/L表示时，称k为摩尔吸光系数，以表示，即比a更常用。越大，表示方法的灵敏度越高。与波长有关，因此，常以表示。三、偏离L-B定律的因素样品吸光度A与光程b总是成正比。但当b一定时，A与c并不总是成正比，即偏离L-B定律！这种偏离由样品性质和仪器决定。1.样品性质影响a）待测物高浓度--吸收质点间隔变小—质点间相互作用—对特定辐射的吸收能力发生变化---变化；b）试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化；c）溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；d）胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失。第三节紫外-可见分光光度计的组成紫外-可见光度计仪器由光源、单色器、吸收池和检测器四部分组成。一、光源对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。1.钨及碘钨灯：340~2500nm，多用在可见光区；2.氢灯和氘灯：160~375nm，多用在紫外区。二、单色器(Mnochromator)

与原子吸收光度仪不同，在UV-Vis光度计中，单色器通常置于吸收池的前面！（可防止强光照射引起吸收池中一些物质的分解）三、吸收池(Cell，Container)：用于盛放样品。可用石英或玻璃两种材料制作，前者适于紫外区和可见光区；后者只适于可见光区。有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。四、检测器：硒光电池、光电倍增管、二极管阵列检测器二、紫外可见光度计仪器分光光度计分为单波长和双波长仪器。1.单波长分光光度计单光束双光束（空间分隔）双光束（时间分隔）特点：双光束方法因光束几乎同时通过样品池和参比池，因此可消除光源不稳产生的误差。光源检测器单色器单色器切光器吸收池双波长分光光度计示意图2.双波长分光度计通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差A。AB1和AB2分别为在1和2处的背景吸收，当1和2

相近时，背景吸收近似相等。二式相减，得这表明，试样溶液浓度与两个波长处的吸光度差成正比。特点：可测多组份试样、混浊试样、而且可作成导数光谱、不需参比液(消除了由于参比池的不同和制备空白溶液等产生的误差)、克服了电源不稳而产生的误差，灵敏度高。第四节UV-Vis分光光度法的应用一、定性分析1.制作试样的吸收曲线并与标准紫外光谱对照；2.利用Woodward-Fieser

和Scott经验规则求最大吸收波长。即，当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，可通过此类规则估算最大吸收波长并与实测值对比。Woodward-Fieser规则Woodward-Fieser规则估算最大吸收波长的几个实例：四二、定量分析1.单组份定量方法1）标准曲线法（略）2）标准对比法：该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓