第三章紫外可见吸收光谱法

第三章紫外-可见吸收光谱法

UV-VisUltravioletVisibleAbsorptionSpectrometry第一节概述紫外一可见吸收光谱法（UV-Vis）：

是利用物质的分子或离子对紫外、可见光区辐射能的吸收，对物质的组成及结构进行分析的方法。也称为紫外和可见吸收光度法，包括比色分析法和紫外-可见分光光度法。1.概述紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：10-780nm。(1)远紫外光区:10-200nm(真空紫外区)

(2)近紫外光区:200-400nm(3)可见光区:400-780nm2.物质对光的选择性吸收/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650-780红蓝绿3.特点：(1)灵敏度较高，可达10-4~10-7g/mL；(2)准确度较高，一般为1%

~5%；(3)仪器价格较低，操作简便、快速；(4)应用范围广。既能进行定量分析，又可进行定性分析和结构分析；既可用于无机物化合物分析，也可用于有机物化合物分析；还可用于络合物组成、酸碱解离常数的测定等。第二节紫外-可见吸收光谱一、有机化合物的紫外-可见吸收光谱(一)电子跃迁类型有机化合物的紫外-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。COHnpsH成键轨道成键轨道非键轨道反键轨道反键轨道四种跃迁类型：

n→π＊

π→π＊

n→σ＊

σ→σ＊

<<<sp

*s*npE分子的电子能级和跃迁它们的能级高低为：

σ<π<

n<π*

<σ*1.σ→σ*跃迁：饱和烃（甲烷125nm，乙烷135nm）能量很高，λ<150nm（远紫外区）2.n→σ*跃迁：含杂原子饱和基团（-OH，-NH2，-SH,-X等）如：CH3OH183nm,CH3NH2213nm,

（CH3)3N227nm,CH3Cl173nm.

能量较大，λ150～250nm（大多在真空紫外区）sp

*s*npE3.π→π*跃迁：

不饱和基团（-C＝C-，-C≡C-等）能量较小，λ趋于200nm左右例：乙烯λmax为162nm，其

εmax为1.0×104L·mol-1·cm-1。特征:摩尔吸光系数大(max104),为强吸收带。4.n→π*跃迁：含杂原子不饱和基团（-N＝N-,>C＝O,-N＝O等）能量最小，λ200～

400nm（近紫外区），谱带强度弱,max100。例：丙酮λmax为275nm

εmax为22L·mol-1·cm-1（溶剂环己烷)。sp

*s*npE（二）生色团与助色团

1、生色团：

能吸收紫外-可见光的基团。实际为具有不饱和键和未成对电子的基团。

例：>C＝C<；-C≡C-；>C＝O；

-N＝O；-N＝N-常见生色团吸收特性如P18表3-2一些常见生色团的吸收光谱注：(1).若含有数个生色团的化合物，它们并不发生共轭，则生色团原有的吸收带存在，且它们的位置及强度影响不大；当出现这些生色团共轭时，则原来生色团的吸收带将消失，在长波方向出现新的共轭吸收带，强度也增强。(2).对于多烯化合物，非共轭体系的最大吸收波长与单个烯键的基本相同，但摩尔吸光系数则与烯键数目同步增大。共轭多烯化合物的影响如表3-3.在共轭体系中，*跃迁产生的吸收带又称为K带。(3)

羰基化合物碳氧双键与烯键之间的共轭导致*能级降低，从而使→*,n→*跃迁吸收峰发生明显红移。

羰基化合物含有C=O基团。C=O基团主要可产生*、n*、n*三个吸收带，n*吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区，R带吸收较弱（εmax<100）醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。254nm处弱吸收带即B带由π→π*跃迁和苯环的振动能级叠加而产生具有精细结构。(4).芳香族化合物的紫外光谱具有由π→π*跃迁产生的三个特征吸收谱带。其很易受苯环上取代基的强烈影响。184nm处强吸收带204nm处较强吸收带化合物分子式溶剂λmax/nmkmax/L·mol-1·cm-1苯C6H62%甲醇2542002047400甲苯C6H5CH32%甲醇2622252087000氯苯C6H5Cl2%甲醇2641902107400碘苯C6H5I2%甲醇2587002077000苯酚C6H5OH2%甲醇27112602136200酚盐离子C6H5O-2%甲醇28624002359400苯甲酸C6H5COOH2%甲醇27297023011600苯胺C6H5NH22%甲醇28013202308600苯胺盐离子C6H5NH3+2%甲醇2541692037500表3-4某些苯衍生物的吸收特性2、助色团：

本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团。对有机化合物：主要为连有杂原子的饱和基团例：-OH，-OR，-NH2，-NR2，-X注：助色团至少要有一对非键n电子，才能与苯环上的π电子相作用，产生助色作用。例：苯胺（助色）——苯胺正离子（助色消失）酚羟基（助色）——酚盐负离子（助色增强）(三)溶剂对吸收光谱的影响1.对最大吸收波长的影响

n

p

n>pn

np

n<pn无溶剂效应极性溶剂效应n

→*跃迁：蓝移；

→*跃迁：红移；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)*230238237243n

*329315309305无溶剂效应极性溶剂效应2.对光谱精细结构和吸收强度的影响极性溶剂使精细结构消失3.溶剂的选择（1）比较未知物与已知物的吸收光谱时，必须采用相同的溶剂。（2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂，以便获得物质吸收光谱的特征精细结构。（3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。二、无机化合物的吸收光谱金属配合物的紫外光谱产生机理主要有三种类型：1.d一d

配位场跃迁必须在配体的配位场作用下才可能产生;一般的规律：轨道分裂能随场强增加而增加，吸收峰波长则发生紫移。例如：水合铜离子(Ⅱ)是浅蓝色的λmax=794nm，而它的氨络合物却是深蓝色的λmax=663nm。

摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。但可用于络合物的结构及无机络合物的键合理论研究。2.电荷转移跃迁

电荷转移跃迁：是指络合物中配位体和金属离子之间，一方的电子向主要属于另一方的轨道的跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+(SCN-)]2+h[Fe2+SCN]2+电子给予体电子接受体电荷迁移跃迁吸收光谱的波长取决于电子给予体的电子亲和力。电子的亲和力越小，激发所需能量越低，吸收波长越长。；>1043.金属离子影响下配体的→*

跃迁

显色剂大多含有生色团和助色团，与金属离子配位时，其共轭结构发生变化导致吸收光谱发生红移或蓝移。例：茜素磺酸钠

弱酸性－黄色－λmax=420nm

弱碱性－紫红色－λmax=560nm

pH为4~5时与Al３＋配位后，为红色，λmax=475nm，相对于酸性茜素磺酸钠吸收峰红移，相对于碱性茜素磺酸钠吸收峰蓝移。

定量分析中，要求络合物与配位剂的最大吸收波长之差大约为60nm以上，有利于提高测定准确度。仪器第三节紫外-可见分光光度计一、基本部件：钨灯或卤钨灯——可见光源320~2500nm氢灯或氘灯——紫外光源180~375nm(一)光源：光源单色器样品室检测器显示器(二)单色器：

单色器：从连续光谱中获得所需单色光的装置。主要组成部件：①入射狭缝;

②准光装置;③色散元件;④聚焦装置;⑤出射狭缝。(三)吸收池

玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区石英——不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）最常用的吸收池吸光厚度为1cm

棱镜——对不同波长的光折射率不同色散元件

分出光波长不等距

光栅——衍射和干涉分出光波长等距

材质为：石英或玻璃3入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝G入射狭缝出射狭缝反射光栅凹面镜(四)检测器：将光信号转变为电信号的装置2.光电倍增管1.光电管铯锑阴极适于220~625nm银和氯化铯适于600~1200nm红敏蓝敏共有9个倍增极放大倍数：106~107缺点：热发射强，因此暗电流大。不得置于强光(如日光)下，否则可永久损坏优点：高灵敏度；响应快；适于弱光测定，甚至对单一光子均可响应。K123564AmA负电压R1R2R3R4R5R6R(五)信号显示器

指针式显示器——简易型分光光度计

检流计、微安表、电位计

中高档型分光光度计

数字显示、记录仪、示波器及数字微处理机进行仪器自动控制和结果处理。

0.575光源单色器吸收池检测器显示单波长单光束分光光度计(一)单光束分光光度计

二、分光光度计的构造原理

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。国产751型、752型、721型、722型、724型、英国SP-500等型单波长双光束分光光度计差值ΔA光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器参比池(二)双光束分光光度计

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。国产710型、740型、日立UV-340型等(三)双波长分光光度计将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)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。△=1～2nm。

ΔA=Aλ2-Aλ1=(ελ2-ελ1)bc=Kc

第四节紫外-可见吸收光谱法的应用

一、紫外吸收光谱法在有机定性分析中的应用(一)化合物的鉴定原则：未知化合物吸收光谱的特征吸收光谱的形状、吸收峰的数目、位置（波长）、强度、相应的吸光系数，与已知化合物吸收光谱进行比较。非常一致，认为其具有相同生色团，推其结构骨架，或认为是同一化合物标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图有一定局限性，需与红外、核磁、质谱等法相结合进行准确鉴定。(二)结构分析紫外—可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律：(1)若在220～280nm内无吸收峰，可推断化合物不含苯环、共轭双键、醛基、酮基、溴和碘(饱和脂肪族溴化物在200-210nm有吸收)。⑵若在210～250nm有强吸收峰，则可能含有2个共轭双键；若在260～350nm内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。(3)若在270～350nm波长范围内有低强度吸收峰(ε＝10～100

L·mol-1·cm-1),（n→π*

跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。⑷在270～300nm区域内有一个随溶剂极性增大而向蓝移的吸收带，表明有羟基存在。⑸若在2５0～300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环，假设有精细结构的话，可能是苯环的特征吸收。⑹若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。(7)判断同分异构CH3-C-CH2-CH2-C-CH3OOCH3—CH2—C—C—CH2—CH3OOλmax=270nmλmax=400nm(7)顺反异构：

顺式：λmax=280nm；空间位阻大

不易共轭

反式：λmax=295.5nm；空间位阻小易共轭(8)互变异构：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=245nm

二、催化动力学光度法动力学分析法：通过测量反应速率来进行定量分析的方法。催化动力学光度法：利用催化剂加快反应速率，其催化反应速率与催化剂的浓度成比例关系，以光度法来检测催化反应速率来实现对催化剂的浓度的测定。催化显色反应

A=kb(cF)t=Kc催t催化褪色反应

lgA0/A=K'c催t三、定量分析

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；

本章小结一.紫外可见吸收光谱的产生：价电子跃迁1.有机物吸收光谱与电子跃迁：跃迁类型；常用术语；共轭作用及溶剂对光谱的影响立体结构和互变结构对光谱的影响；2.金属配合物的紫外吸收光谱

配位场跃迁:d-d

电荷迁移跃迁二.紫外-可见分光光度计五大组成部分分光光度计的类型：优缺点三、紫外吸收光谱的应用定性、定量的依据

作业P30-31:

1.3.5.6.7.81.采用什么方法可以区别n－π*和π－π*跃迁类型？2.分子能发生n－σ*跃迁，

λmax为227nm(ε为900)。试问：若在酸中测量时，该吸收峰会怎样变化？为什么？3.某化合物的为305nm，而为307nm。试问：引起该吸收的是n－π*还是π－π*跃迁？答案:为π－π*跃迁引起的吸收带。答案:n－σ*跃迁产生的吸收峰消失。答案:溶剂效应练习4.试比较下列各化合物最大吸收峰的波长大小并说明理由。

答案:d>c>a>b。(a)

(b)

(c)

(d)

答案:1,3,5－己三烯>1,3－丁二烯>乙烯。5.

排出下列化合物的及的顺序：乙烯、1,3,5－己三烯、1,3－丁二烯。6.

紫罗兰酮有两种异构体，α异构体的吸收峰在228nm(ε＝14000)，β异构体吸收峰在296nm(ε＝11000)。试指出这两种异构体分别属于下面的哪一种结构。(Ⅰ)

答案:I为β，II为α。(Ⅱ)7.已知亚异丙基丙酮(CH3)2C=CH－COCH3在各种溶剂中近紫外光谱特征下：溶剂环己烷乙醇甲醇水λmax/nm335320312300εmax256363112试问：该吸收带是由哪一电子跃迁类型产生的？

n-π*8.下列化合物中，在近紫外光区中有两个吸收带的物质是哪个？A.丙烯；B.丙烯醛；C.1，3－丁二烯；D.丁烯。9.丙酮的紫外－可见吸收光谱中，对于吸收波长最大的那个吸收峰，在下列四种溶剂中吸收波