紫外-可见吸收光谱

紫外-可见吸收光谱UltravioletvisibleSpectroscopy(UV–VIS)第三章紫外-可见吸收光谱

UV-VIS

§1定义§2可见吸收光谱简介§3基本原理§4化合物电子光谱§5仪器§6应用§1

定义

物质吸收了外来辐射的能量，分子中的电子从低能级跃迁到较高能级。同时产生分子的振动与转动。图双原子分子的三种能级跃迁示意图(实际上电子能级间隔要比图示大很多，而转动能级间隔要比图示小很多。)

1．分子吸收光谱的产生——由能级间的跃迁引起

▲能级：电子能级、振动能级、转动能级.

▲跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程

2．分子吸收光谱的分类：

分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序3．紫外-可见吸收光谱的产生

由于分子吸收中每个电子能级上耦合有许多的振-转能级，所以处于紫外-可见光区的电子跃迁而产生的吸收光谱具有“带状吸收”的特点。

分子能量的变化是电子运动能量变化、分子振动能量变化与分子转动能量变化的总和。

ΔE=Ee+Ev+Er

波长200～400nm范围的光称为紫外光。人眼能感觉到的光的波长大约在400～750nm之间，称为可见光。

利用分子吸收200～750nm（紫外-可见光谱区）的辐射来进行分析测试的方法称为分子紫外-可见吸收光谱分析。§

2吸光光度法简介

在分析化学中，利用有色溶液颜色的深度测定有色溶液的浓度的方法，叫吸光光度法。它包括比色法、可见及紫外分光光度法。§

2.1光与吸收光谱一、光的两象性

光是电磁波的一种，因其波长很短，故又有粒子性。爱因斯坦用公式表示为：E=hν=hc/λ式中E为光子能量，h为普朗克常数，

h=6.626×10-34J·S

c为光传播速度，c=3×1010cm/s

λ为波长，ν为频率。二、光谱的划分

光是电磁波，这些不同颜色的光的频率，波长是不同的。白光是由许多种颜色的光复合而成。一种单一频率的光，叫单色光。日光（太阳光）是由一个连续的光谱系列所组成。它可以被三棱镜分解成一个连续变化的光谱系列。电磁波谱可以包括如下种类：无线电波>微波>远红外>近红外>可见光>近紫外 >远紫外>x射线>γ射线 光的波长与频率之间有一定的关系：ν=c/λ白光与光谱颜色与波长可见光的波长范围：光的吸收与发射三、吸收光谱1、原子吸收光谱

当原子外层电子有选择地吸收某些波长的光谱时，通过该原子的光中就缺少了该波长的光。在光谱上就有若干条黑线，象这样建立起来的分光光度法叫原子吸收分光光度法。本章不讨论。2、分子吸收光谱①电子光谱在多原子分子中，分子轨道中有许多电子能级，平时各电子都尽先进入低能级，处于基态。当有光波照射这些分子时，轨道中的电子会吸收光波中的某些波长的光，使这束光中缺少某些波长的光。电子本身将从低能级跃迁到高能级上。象这样的情况下，被吸收的光往往波长较短，在紫外和可见光范围。本章主要讨论这一部分内容。②红外吸收光谱在分子内部有时吸收的能量不足以引起电子跃迁，而仅仅是分子振动或转动能级的变化。此时，分子只吸收波长较长、频率较低的红外光波。由此建立的分光光度法叫红外吸收光谱法，本章不讨论。

吸收光谱的应用■原子吸收法主要用于各种元素的检测。■可见光分光光度法主要用于各种无机离子及其络合物的检测、各种染料分析等。■紫外吸收光谱法大量在生物化学物质、蛋白质、各种药物分析中使用。■红外光谱法广泛应用于有机官能团的鉴定，为有机结构的研究提供重要信息。四、分子吸收与显色的关系1． 补色有色溶液的颜色是由于入射光被选择性吸收一部分光使透过光的组成发生改变而引起的。有色溶液的颜色是被吸收光的补色，各种光的颜色关系如下：白光绿紫橙青蓝红青黄蓝物质的颜色吸收光颜色波长范围／nm黄绿紫400～450黄蓝450～480橙绿蓝480～490红蓝绿490～500紫红绿500～560紫黄绿560～580蓝黄580～600绿蓝橙600～650蓝绿红650～750物质颜色和吸收光颜色的关系思考题二苯硫踪的CCl４溶液吸收580~620nm范围内的光，它显

蓝

色。2、吸光物质与吸光度

一般来说，吸光物质浓度越大，在一些特定频率上的光被吸收也越多，颜色看上去也越深。故此，可见光的吸光光度法就是根据这一定律建立起来的。一般来说，不同物质在不同的波长上有最大吸收。根据这一性质，使用连续变化的单色光（只含一种频率的光）进行扫描，就可鉴别不同的化合物。光谱定性就是以此为根据的。§

2光度分析法的基本原理一、光度分析法的特点1、适用范围：常用于测定试样中１%～10-3%的微量组分，甚至可测定低至10-4%～10-5%的痕量组份。目前，随着仪器和方法的改进，有的已达10-9%。一般情况下，相对误差为2～5%，这在微量分析中已是十分精确的了。2、特点：灵敏、快速、准确、简便。§2基本原理§2.1

光吸收定律：朗伯-比耳定律（Lamber-Beer’s

Law）

吸光度A=lg(1/T)=lg(I0/I)=abcA为吸光度，I0为入射光，I

为出射光，b

为溶液厚度，a

为比例常数，吸光系数。质量吸光系数K—浓度c单位为g/L；摩尔吸光系数ε

—浓度c单位为mol/L。

朗伯-比耳定律在一定的条件下待测溶液的吸光度与溶液浓度呈线性关系

此便为光度法中最基本的吸收定律，光度法的理论基础。式中K的数值与其它个量的单位有关。当规定c单位为mol/L,b为cm时，K用ε代表（称摩尔吸光系数）,此ε值手册上有许多数据可参考。

ε值还与温度、光的波长有关，与吸光物质的本性有关。吸收度的加和性

A总λ＝A1λ+A2λ+A3λ+----+Anλ

透光率T

在光度分析中，有时还用透光率来表示光的吸收程度:T=I／I0

。透光率用百分比形式表示。它与吸光度A的关系为：例：

已知Fe2+浓度为500微克/升的溶液，用邻二氮菲光度法测定铁。比色皿长2cm，在波长508nm处测得吸光度为A=0.19，计算摩尔吸光系数ε。解：

根据：A=εbc答：该络合物的摩尔吸光系数为1.1×104L/mol·cm。2.2比尔定律的局限性和产生偏离的因素在光度法中有一条标准曲线，应该是直线，但是在实际绘制中却常常出现弯曲情况。如果标准曲线弯曲，测定数据必带来很大的误差，故应努力找出原因设法解决之。一般来说引起标准曲线弯曲的主要原因有如下几种。（一）比尔定律的局限性

比尔定律为：A=KC即A∝C

这是在溶液很稀的情况下，即各溶质质点互不干扰时才成立。当溶液较浓时，溶液中的有色配合物会互相吸引、排斥，光线在质点之间发生反射，使出射光线发生改变，从而使比尔定律失效。一般来说，C越大，偏离也越大。所以比尔定律只在浓度小于0.01mol/L稀溶液中成立，适用。（二）非单色光所引起的偏离

在朗伯-比尔定律中A=εbc，ε是一个与波长有关的常数，对于同一个有色吸光物质来说，不同波长的光其吸收大小不同的，即ε是不同的。如果在分光光度计中使用的光不是单一波长的光，而是由许多波长的光组成的，那么就会引起A的数值发生变化，而且波长相差越大、波长范围越宽误差越大。故在仪器制造厂里总是尽可能使分光光度计的波长宽度小一点，目前普通仪器是6nm,较好一点为2nm。（三）化学因素引起的偏离(1)有色物质的离解、缔合、互变异构所引起的偏离。由于大多数的有色物质都是弱酸、弱碱或者是配合物。当浓度C改变时，它们的电离度也会发生改变，从而当C增大时，电离度变小，使有色质点增大过多，从而使吸光度A也偏大，结果使之偏离比尔定律。(2)介质不均匀性引起的偏离朗伯-比尔定律在均匀、非散射时可成立，当介质不均匀，或有胶体、乳浊、悬浮体存在时，入射光除了被吸收外，还有反射、折射损失，故所测A值比实际吸收要大许多，导致偏离比尔定律。引起工作曲线弯曲的原因还有一些，如：溶质的性质变化、操作不当等等。§

2.3影响显色反应的若干因素(一)吸光光度法对显色反应的要求对于可见光吸光光度法的显色反应来说，一般应该满足下列要求。1、选择性好，干扰少，或者干扰容易除去。2、灵敏度高3、有色络合物组成恒定，符合确定的化学式4、有色络合物组成稳定，不易受光、热、空气、时间等因素的影响。5、有色络合物与显色剂，被测液之间的色差要大。一般Δλ≧60nm为好。所谓即：Δλ＝∣λMR－λR

∣(二)影响显色反应的因素1、显色剂的用量一般，显色反应可用下式表示：

M＋Ｒ＝ＭＲ通常有如下几种情况：(见下图）

2、溶液的酸度（1）影响有色络合物的离解Ｍ＋ＨＲ＝ＭＲ＋Ｈ+

酸度增大，离解也增大。（2）影响被测离子的存在形态

Al(H2O)63+

＝[Al(H2O)3(OH)3]↓

＋3Ｈ+

显色剂的用量

显色剂的用量对显色反应是否完全和测定结果的准确度有很大影响。

R：显色剂

显色剂的用量要通过实验确定，也就是作A-R曲线来确定。

abab吸光度吸光度吸光度显色剂浓度R显色剂浓度R显色剂浓度RAAA（3）影响络合物的组成如：磺基水杨酸与Fe3+的显色反应在不同酸度时可以有1﹕1（pH1.8～2.5），1﹕2（pH4～8），1﹕3（pH8～11.5）三种不同颜色的络合物生成。酸度对吸光度影响如下图：3、温度的影响：一般在室温．有些需加热．4、显色时间的影响

5、溶剂的影响：可提高显色反应的灵敏度．6、共存离子的影响：§2.4光度测量误差和测量条件的选择一、

仪器测量误差在吸光光度分析中，除了各种化学条件所引起的误差外，仪器测量不准确也是误差的主要来源．任何光度计都有一定的测量误差，这种误差可能来源于光电池不灵敏、光电流测量不准和光源不稳等。如果测量误差以光电流表示为Δi，相当于光强的误差ΔI，由此引起透光率的误差为ΔT。对于同一光度仪器，ΔT基本上为一常数，一般为0.01～0.02

。在光度计中，透光率的标尺刻度是均匀的．吸光度与透光率为负对数关系，故它的标尺刻度是不均匀的．同样大小的ΔT在不同A时所引起的吸光度误差ΔA是不同的。这种情况可以清楚地从下图吸光度和透光率的关系标尺看出，A值越大，ΔT引起的ΔA也越大。

通过以下推导可以知道，吸光度在0.2～0.8（透光率在15～65%）范围内的相对测量误差较小。根据朗伯-比耳定律

A＝-logT

＝abc

＝Ｋc

A＝-lnT/2.3＝Ｋc

对T微分，得到

dA＝－0.43dT/T

＝Kdc

仪器测量误差dT引起浓度的相对误差为作图得：

可见当T＝0.368或者Ｔ＝36.8%时，即：Ａ＝0.434

时，仪器的测量误差最小。从上图可知，在Ｔ＝15－65%、或者是：Ａ＝0.2－0.8范围内时，浓度测量的相对误差较小。二、测量条件的选择为了使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必须注意选择最适合的测量条件，主要有如下几点。（一）入射光波长的选择为使测定结果有较高的灵敏度，在一般情况下，入射光应选择被测物质溶液的最大吸收波长。如遇干扰时，则可选另一灵敏度稍低，但能避免干扰的入射光。因此，选择适当的波长不仅能提高分析的灵敏度，还能提高分析的准确度。（二）控制适当的吸光度范围从仪器测量误差的讨论中已了解到，为了使测量结果得到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.2～0.8范围内。为此，可以从下列两方面来考虑。

1．控制溶液的浓度，如改变试样的称量和改变溶液的稀释度等。

2．选择不同厚度的比色皿。（三）选择适当的参比溶液在光度测量时，利用参比溶液来调节仪器的零点，以消除由于比色皿壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差。●当显色剂及制备试液时所用的其他试剂均为无色，而且被测试液中又无其他有色离子存在时，可用蒸馏水作参比溶液。●如果显色剂为无色，而被测试液存在其他有色离子时，应采用不加显色剂的被测试液作参比溶液。●如果显色剂和试剂均有颜色时，可将一份试液加入适当掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂作用，显色剂及其他试剂均按试液测定方法加入，以此作为参比溶液，这样还可以消除一些共存组分的干扰。

§

2.3光度分析法及分光光度计(一)目视比色法

用眼睛观察比较试液的颜色与标准溶液颜色之差别来判断试液浓度的方法称为目视比色法。一般是用标准溶液配成系列浓度，覆盖试液含量。然后使标准系列浓度的溶液发色，使成为标准色阶。再使试液发色，将其与标准色阶相比较，与哪一个相近，就以标准色阶中的这浓度报出。这一方法简单、方便，但报出数据误差可达20%

。(二)光电比色法

使用光电比色法时有几种方法，比较重要的有标准（工作）曲线法等。

工作曲线法：一般是先从资料上查得某被测物的最大吸收峰的位置数据（λmax），并加适当的滤光片使光源来的光线中λmax附近的光顺利通过，而吸收其余波长的光。同时配制一系列浓度的标准有色溶液，放在光电比色计里测得一系列吸光度值，如下：C1C2C3C4C5A1A2A3A4A5然后在A—C座标上作点将各点连起来，如图：

最后将试液发色后测得吸光度值A，在图上查找相应的浓度C值。光电比色法比目视法好些，用光电池代替人眼可以消除主观误差，还有其他优点，光电比色法误差一般在5~20%。(三)分光光度法

分光光度法的操作和原理与光电比色法大体上相同，主要是采用先进的分光光度计，代替老式的光电比色计。在分光光度计中采用较好的单色光，其波长宽度仅2~6nm。而比色计中用的光单色性很差，有50~100nm宽，甚至更宽，所以分光光计的测试灵敏度、选择性、准确度较高，一般可达2~5%。目前最常用的分光光度法主要是标准曲线法，其操作程序与上述比色法中所述相似。（四）分光光度计

72-G型分光光度计（带宽：6nm，波长精度：2.0nm，波长范围：380nm~780nm）分光光度计的主要组成部分有：

光源

单色器

样品池

检测器

其简单结构图如下所示：其简单光路图如下所示：§3

有机物的吸收光谱

ultravioletspectrometryoforganiccompounds1．紫外—可见吸收光谱

有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果：σ电子、π电子、n电子。分子轨道理论：成键轨道—反键轨道。当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpECOHnpsH

分子能级图基态电子能级振动能级转动能级激发态、第一激发态、第二激发态电子跃迁所处的波长范围与强度2σ→σ＊跃迁

所需能量最大；σ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λ<200nm；例：甲烷的λmax为125nm,乙烷λmax为135nm。只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂使用；sp*s*RKE,BnpE3n→σ＊跃迁

所需能量较大。吸收波长为150～250nm，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→σ*跃迁。4

π→π＊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，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。（1）不饱和烃π→π*跃迁乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为:1×104L·mol-1·cm－1。K带——共轭非封闭体系的p→p*跃迁

C=C

发色基团，但

→

*200nm。max=162nm助色基团取代

→

*（K带)发生红移。165nm217nm

₃

₁

₂

(HOMOLVMO)

max

基-----是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；无环、非稠环二烯母体：

max=217nm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

（2）共轭烯烃中的→*异环（稠环）二烯母体：

max=214nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：

max=253nmniI: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

（3）羰基化合物共轭烯烃中的→*①

Y=H,R

n→*

180-190nm

→

*

150-160nmn→*

275-295nm②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基团K带红移，R带兰移；R带max=205nm；10-100K

K

R

R

n

n

165nm

n

③不饱和醛酮K带红移：165250nmR

带兰移：290310nm

α，β不饱和醛酮酸酯的最大波长计算：见Woodward–Fieser－Scott规则（p91表3.3.2）（4）芳香烃及其杂环化合物

苯：E1带180184nm；

=47000E2带200204nm=7000

苯环上三个共扼双键的→*跃迁特征吸收带；B带230-270nm

=200

→

*与苯环振动引起；含取代基时，B带简化，红移。

max（nm）

max苯254200甲苯261300间二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300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；取代基使B带简化；氧上的孤对电子：R带，跃迁禁阻，弱；CCH3On→p*

;

R带p

→p*

;

K带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5.立体结构和互变结构的影响顺反异构：

顺式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互变异构：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=243nm

6.溶剂的影响非极性极性

n

np

n<p

n

p

非极性极性n>pn

→

*跃迁：兰移；；

→*跃迁：红移；

；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)*230238237243n*329315309305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；7.生色团与助色团生色团：

最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键的不饱和基团称为生色团。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—N＝N—、乙炔基、腈基—C≡N等。助色团：

有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。红移与蓝移

有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化:

λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。三、金属配合物的紫外吸收光谱

ultravioletspectrometryofmetalcomplexometriccompounds

金属配合物的紫外光谱产生机理主要有三种类型：1.配体微扰的金属离子d-d电子跃迁和f-f

电子跃迁

在配体的作用下过渡金属离子的d轨道和镧系、锕系的f轨道裂分，吸收辐射后，产生d一d、f一f跃迁；

必须在配体的配位场作用下才可能产生也称配位场跃迁；

摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。2.金属离子微扰的配位体内电子跃迁

金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若共价键和配位键结合，则变化非常明显。3.电荷转移吸收光谱电荷转移跃迁：辐射下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+CNS-]2+h[Fe2+CNS]2+电子接受体电子给予体分子内氧化还原反应；

>104Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。§3.2有机化合物的紫外-可见光谱饱和烃及其取代衍生物：

▲σ－σ*饱和单键真空紫外10—200nm可作为溶剂.

▲n－σ*n电子，

多数在远紫外，卤代烃、醇、胺等,可大于200至260nm以上.例如CH3I有两个吸收峰：210及259nm.不饱和烃及共轭烯烃：

▲孤立双键

－*大多在远紫外,波长小于200nm,n－*可移至紫外、可见,例如：丙酮194，284nm

亚硝基丁烷300，665nm

▲共轭双键形成新的成键和反键轨道，能量减低波长红移，即变长。

共轭烯烃的最大波长计算：见Woodward–Fieser规则▲羰基化合物羰基>C=O有跃迁：

n－σ*

－*与双键共轭时移至220－260nmn－*R带醛、酮：270－300nm，羧酸类：210nmα，β不饱和醛酮酸酯的最大波长计算：见Woodward–Fieser－Scott规则（p91表3.3.2）苯及其衍生物：三个乙烯键的环状共轭系统中，－*所产生的芳香烃所特有的特征吸收E1带：180nm，ε＝60000E2带：204nm，ε＝8000B带：255nm，ε＝200，指头峰，苯环精细结构，苯环振动跃迁在基态电子跃迁上的重叠

1.

苯环上有取代基时苯的三个吸收带（尤其E2与B带）发生明显的红移。强度增强。2.苯环增多，三个吸收带红移，强度增强。3.杂环化合物，与相应的碳环相似。苯的多取代物最大波长计算：见－Scott规则(p92表3.3.3)§4仪器

仪器分类单光束双光束双波长单光束阵列式光电二级管检测仪器展示

紫外-可见分光光度计一、基本组成

generalprocess光源单色器样品室检测器显示1.光源

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、较长的使用寿命。

可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在350～2200nm。

紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。光源氢灯或氘灯——紫外光源200~360nm钨灯或卤钨灯——可见光源350~2200nm

2.单色器

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统。①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；

④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；⑤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.检测器

利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.结果显示记录系统

检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理二、分光光度计的类型

typesofspectrometer

1.单光束

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很高的稳定性。2.双光束

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，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。光路图(一)光路图(一)光路图(二)光路图(二)光路图(二)光路图(二)光路图(三)光路图(三)§5应用

定性分析

结构分析

定量分析

测定化学物理参数

§5.1

定性、定量分析

qualitativeandquantitativeanalysis1.定性分析

max：化合物特性参数，可作为定性依据；有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团的特性，不完全反映分子特性；(见p97表3.5.1)计算吸收峰波长，确定共轭体系等甲苯与乙苯：谱图基本相同；结构确定的辅助工具；max，max都相同，可能是一个化合物；标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图

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纯度检查2.定量分析依据

依据：朗伯-比耳定律

吸光度：A=bc透光度：-lgT=bc灵敏度高：

max：104～105L·mol-1·

cm-1；（比红外大）测量误差与吸光度读数有关：

A=0.434，(或者Ｔ＝36.8%时)读数相对误差最小；图谱的解析步骤(A)观察谱图(1)谱带数目，λmax进入可见光区的程度。(2)观察重要谱带的kmax

值。kmax>20000可能为简单、长共轭结构。kmax=10000～20000，可能是简单二烯烃、β-不饱和羰基化合物。kmax=10000左右，芳核上连发色基团。kmax=10～100（λmax=270～350nm）可能是酮。

(B)找模型化合物的紫外光谱图对照一般说来，相似发色基团结构有相似的谱图如Me(CH=CH)nMe、、芳香族化合物的紫外谱图如下：共轭体系的紫外光谱k/mol-1·cn-1·Lk/mol-1·cn-1·L(C)确定化合物的结构(1)找模型化合物的谱图(2)查资料，找有关结构的紫外光谱图，标准谱图。(3)借助其他结构分析方法的结果，互相印证。如化学法、IR、NMR等。k/mol-1·cn-1·L§5.2

有机化合物结构辅助解析

structuredeterminationoforganiccompounds

1.可获得的结构信息（1）200-400nm无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮n→π*跃迁产生的R

带。（3）

250-300nm有中等强度的吸收峰（ε=200-2000），芳环的特征吸收（具有精细解构的B带）。（4）

200-250nm有强吸收峰（ε104），表明含有一个共轭体系（K）带。共轭二烯：K带（230nm）；-不饱和醛酮：K带230nm，R带310-330nm260nm,300nm,330nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系。2.光谱解析注意事项(1)确认max，并算出㏒ε，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B带：262nm(ε302)274nm(ε2040)261nm(ε300)(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.分子不饱和度的计算定义：

不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。

计算：

若分子中仅含一，二，三，四价元素(H，O，N，C)，则可按下式进行不饱和度的计算：

=1+n4+（n3–n1）/2n4，n3，n1

分别为分子中四价，三价，一价元素数目。

作用：

由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例：C9H8O2=1+9

+（0–8）/2=64.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=231nm（ε9000），此化合物加氢只能吸收2克分子H2，，确定其结构。解：①计算不饱和度=3；两个双键；②max=231nm，③可能的结构④计算max

max：232273268268max=非稠环二烯（a,b）+2×烷基取代+环外双键=217+2×5+5=232（231）吸收波长计算立体结构和互变结构的确定顺式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000共平面产生最大共轭效应，εmax大互变异构：

酮式：λmax=204nm；无共轭

烯醇式：λmax=243nm取代苯吸收波长计算同分异构体的鉴别乙酰乙酸乙酯酮式：204nm烯醇式：245nm

顺式与反式1，2－二苯乙烯

反式

295nm

27000

顺式280nm10500例题

有一化合物C10H16,其UV的λmax=231nm。其IR光谱中在1645cm-1处有中强峰，1383和1370cm-1处有强峰。加氢反应时吸收2molH2，试推测其结构。解:(1)不饱和度U＝1+n4+1/2(n3-n1)=1十10十1/2(-16)＝3

这表示分子中可能有二个双链一个饱和环；

(2)在IR光谱中1645cm-1处有中强峰，表示有双键存在，加氢反应能吸收2molH2，表示有二个双键；

(3)UV的λmax＝23lnm，表示二个双健是共轭双键；(4)IR的1383和1370cm-1二个强峰，表示有异丙基存在。综上分析，初步推断该化合物为验证：

基值217nm

2个烷基2×5nm

一个环外双键l×5nmλmax(计算值）＝232nm

(实测值231nm)计算值λmax与实测值极为接近，所以上述推断正确。5结构分析参考（1）二烯与多烯的最大吸收波长

伍德沃德（Woodward）经验规则，见p90表3.3.1．例1～例3（p90）（2）不饱和羰基化合物－*的最大吸收波长（α、β、γ、δ）

伍德沃德（Woodward）经验规则，见p91表3.3.2．P91的例1～例3．共轭双键算羰基，环外不算双键算羰基。（3）芳香化合物的紫外吸收波长

斯科特（Scott）规则见p92表3.3.3.P92例1～例2．苯系化合物的主要紫外吸收带见表3.3.4（p93）

思路：先考虑苯环，再考虑羰基，最后是多烯。§5.3定量分析

紫外-可见分光光度法在定量分析领域内具有极为重要与广泛的用途。通常使用下述三种方法：1、直接法（利用待测物质A本身在某一波长有吸收而进行测定。）A+RAR待测物显色剂配合物无吸收有吸收

A+B-RB+A-R

无吸收有吸收无吸收有吸收3、间接法2、显色法§

5.3.1单组分的定量方法1.比较法这种方法是采用一已知浓度cs的待测化合物的标准溶液，测量其吸光度As。然后测量待测未知液的吸光度Ax，根据光吸收定律计算求出待测未知液的浓度cx。所以，这种直接比较法有时又称为计算法。As=εb

cs

Ax=εbcx2.标准(工作)曲线法：一般是先从扫描曲线上查得某被测物的最大吸收峰的位置数据（λmax），同时配制一系列浓度的标准有色溶液，测得一系列吸光度值，如下：

c1

c2

c3

c4

c5

A1

A2

A3

A4

A5作出标准(工作)曲线．测得试液吸光度值Ax后，在图上查找相应的浓度出cx值。或者用回归曲线法计算。标准（工作）曲线

3.标准加入法这种方法是先测量浓度为出cx的待测液的吸光度Ax，然后在此待测液中加入一浓度为c的标准溶液，再测量其吸光度Ax+△。根据朗伯比耳定律应有：Ax=ε·b·cx(3-１)又根据吸光度的加合性应有：Ax+△=Ax+A△(3-２)但A△=ε·b·c△

，代入(3-２)式，

Ax+△=Ax+ε·b·c△

Ax+△－Ax=ε·b·c△(3-３)将(3-5)和(3-7)两式相除得：用加入法进行定量分析时，亦可采用直线外推作图法求出待测溶液的浓度cx。横坐标为浓度c，纵坐标为吸光度A。将D、E两点连线并延长，在横坐标轴上的截距AB即对应于待测液浓度cx。直线外推作图法如图4-14所示，若混合物中A和B两组分的吸收曲线互不重叠，这时测定方法与单一组分的测定相同，即可以在波长λ1、λ2分别测定组分A和组分B。§

5.3.2多组分同时测定1.两组分同时测定(1)两组分吸收曲线互不重叠(2)两组分吸收曲线部分重叠如图4-15所示，这时混合物A和B两组分的吸收曲线已部分重叠。在这种情况下，如果采用单一组分测定的方法，分别在λ1和λ2测定A和B就会带来很大误差甚至不可能进行测定。

但可利用吸光度的加合性同时测定组分A和组分B的含量。根据朗伯比耳定律应有：又根据吸光度的加合性，则：其中cA和cB可用行列式或代数中消元解法求出：

2.多组分同时测定（联立方程法）当溶液中有N个组分同时存在时，仅当各组分均遵循光吸收定律而且最大吸收峰相互不重叠时才能进行多组分的同时测定。与二组分同时测定类似，我们可以写出多组分混合液中求算各组分浓度的多元一次方程组。§

5.3.3、差示分光光度法1、差示法定义及分类

一般分光光度法测定选用试剂空白或溶剂空白作为参比，所谓差示法，就是用一已知浓度的标准溶液作参比溶液，与未知试样溶液相比较，测量其吸光度，再从测得的吸光度求出未知液浓度的分析方法。该法的实质是相当于透光率标尺的放大．差示分光光度法又分为3种情况：高吸收法、低吸收法和最精密法．高吸收法在测定高浓度溶液时使用．选用比待测溶液浓度稍低的已知浓度溶液作标准溶液，调节透光率为100％．

低吸收法在测定低浓度溶液时使用．选用比待测溶液浓度稍高的已知浓度溶液作标准溶液，调节透光率为0．

最精密法是同时用比待测溶液浓度稍高或稍低的两份已知浓度溶液作标准溶液，分别调节透光率为0或100％．下面简单推导差示分光光度法的基本关系式．2、差示法基本关系式设未知溶液的浓度为Cx，以溶剂为参比时，其透过率为Tx0,吸光度为Ax0.若选浓度为Cs的已知溶液作参比，调节透光率为100％。根据吸收定律,溶剂为参比时：Ax0=Ax-A0,Tx0=Ix/I0As0=As-A0,Ts0=Is/I0用已知浓度Cs的溶液作参比时：Ax=Ax0－As0=ε·b·（Cx－Cs）＝ε·b·△CAx=-log(Ix/Is),Tx=Ix/Is=Tx0/Ts0高吸收法§5.3.4双波长分光光度法在双波长分光光度计中，通过两个单色器分别将光源发出的光分成λ1和λ2两束单色光，经斩光器并束后交替通过同一吸收池．因此检测的是试样溶液对两波长的吸光度差，其原理为：若λ1和λ2两波长光通过吸收池后的透过光强分别为I1和I2，则有式中，As1和As2为背景吸收，与波长关系不大,

I01和

I02表示λ1和λ2处的入射光强，一般I01＝

I02

，As1＝As2

．因此

ΔA=

A

λ2

–Aλ1=-lgI2/I1=(ελ2-ελ1)bc即，两束光通过吸收池后的吸光度差与待测组分浓度成正比．双波长分光光度法有如下特点：（１）可用于悬浊液和悬浮液的测定，消除背景吸收．（２）无须分离，可用于吸收峰相互重叠的混合组分的同时测定．设有混合组分x和y，选择λ1和λ2

，使ε2y=ε1y，即λ1和λ2是y的等吸收波长，则从而消除了y的干扰.

下图为在2,4,6-三氯苯酚存在下测定苯酚的例子。杂质2,4,6-三氯苯酚在3个波长下的吸光度相等，选择λ2（270nm）为苯酚的测定波长，第二个波长可以选择λ1(286nm)或λ‘1

(325nm)，2,4,6-三氯苯酚不干扰测定。(3)可用于测定高浓度溶液中的痕量组份。(4)可测定导数光谱。§5.3.5导数法

用吸