第3章 紫外可见分光光度法

本文格式为Word版，下载可任意编辑——第3章紫外可见分光光度法

第3章紫外可见分光光度法

第三章

紫外-可见分光光度法UV-VisibleSpectrometry

2023/2/13

山东师范大学人资环学院

邴建生

第3章紫外可见分光光度法

目录3-1基本原理3-3-2显色反应条件的选择3-1-1紫外可见吸收光谱的产生3-3-3共存离子干扰的消除3-1-2有机物吸收光谱与电子跃迁3-3-4测定条件的选择3-1-3金属协同物的紫外—可见3-3-5提高光度测定灵敏度和吸收光谱选择性的途径3-1-4光的吸收定律3-4定性分析3-2紫外-可见分光光度计3-4-1定性方法3-2-1基本组成3-4-2有机化合物结构解析3-2-2分光光度计的类型3-2-3作为HPLC检测器3-5定量分析3-5-1普通分光光度法(参见HPLC有关章节)3-5-2示差分光光度法3-3显色与测量条件的选择3-5-3双波长分光光度法3-3-1显色反应的选择3-5-4导数分光光度法

第3章紫外可见分光光度法

3-1基本原理3-1-1紫外可见吸收光谱的产生

1.概述紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：100-800nm.(1)远紫外光区:100-200nm

(2)近紫外光区:200-400nm(3)可见光区:400-800nm可用于结构鉴定和定量分析。电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁;带状光谱。2023/2/13山东师范大学人资环学院

e

1

423300λ350400nm

250

邴建生

第3章紫外可见分光光度法

2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线

M+h

M*

M+热M+荧光或磷光

基态激发态E1(△E)E2E=E2-E1=h量子化；选择性吸收;分子结构的繁杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光

度—吸收曲线与最大吸收波长max;

光的互补：蓝黄

第3章紫外可见分光光度法

(1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax(2)不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相像λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。(3)吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。也是定量分析中选择入射光波长的重要依据。(4)不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异在λmax处吸光度A的差异最大所以测定最灵敏。此特性可作为物质定量分析的依据。

2023/2/13

山东师范大学人资环学院

邴建生

第3章紫外可见分光光度法

3.紫外—可见分子吸收光谱与电子跃迁

物质分子内部三种运动形式：(1)电子相对于原子核的运动(2)原子核在其平衡位置附近的相对振动(3)分子本身绕其重心的转动

分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er即E=Ee+Ev+ErΔΕeΔΕvΔΕr

第3章紫外可见分光光度法

能级跃迁

紫外-可见光谱属于电子跃迁光谱。电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转

动能级间的跃迁。即电子光谱中总包

含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而浮现宽谱带。2023/2/13山东师范大学人资环学院邴建生7

第3章紫外可见分光光度法

(1)转动能级间的能量差ΔEr:0.005~0.050eV,跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；(2)振动能级的能量差ΔEv约为：0.05~1eV,跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；(3)电子能级的能量差ΔEe较大1~20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱(4)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。(5)吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。寻常将在最大吸收波优点测得的摩尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能一致，但εmax不一定一致；(6)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。

第3章紫外可见分光光度法

1.紫外—可见吸收光谱

3-1-2有机物吸收光谱与电子跃迁

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。s*

pEps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：

s

H

CH

O

n

KE,B

R

p*

n

n→π*π→π*n→σ2023/2/13

*

σ→σ邴建生

*9

山东师范大学人资环学院

第3章紫外可见分光光度法

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三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λ200nm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。山东师范大学人资环学院邴建生10

2023/2/13

第3章紫外可见分光光度法

红移与蓝移

有机化合物的吸收谱带

往往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，如下图。2023/2/13山东师范大学人资环学院邴建生11

第3章紫外可见分光光度法

2.

σ→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饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长λ200nm;

生跃迁；

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；

s*KE,BR

E

p*

n

ps

2023/2/13

山东师范大学人资环学院

邴建生

第3章紫外可见分光光度法

3.n→σ*跃迁

所需能量较大。吸收波长为150~250nm,大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观测到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均浮现n→σ*跃迁。化合物H2OCH3OHCH3CLCH3ICH3NH22023/2/13

max(nm)167184173258215山东师范大学人资环学院邴建生

emax148015020036560013

第3章紫外可见分光光度法

4.p→p*跃迁

所需能量较小，吸收波优点于远紫外区的近紫外端或近紫外区，εmax一般在104Lmol-1cm-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:意思)

1104

Lmol-1cm-1。K带——共轭非封闭体系的pp*跃迁(共轭的C=CHcHcH

发色基团，但pp*200nm。H

max=162nm助色基团取代p-NR240(nm)-OR30(nm)-Cl

p(K带)发生红移。CH35(nm)5(nm)

取代基

-SR

红移距离45(nm)

第3章紫外可见分光光度法

(2)共轭烯烃中的p→p*

p(HOMO

p*max

p*165nmp

p*217nmpp

p*p

LVMO)

共轭烯烃(不多于四个双键)pp*跃迁吸收峰位置可由伍德

沃德——菲泽规则估算。

max=基+nii

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

第3章紫外可见分光光度法

异环(稠环)二烯母体：同环(非稠环或稠环)二烯母体：

max=214nm

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(3)双键上取代基：酰基(-OCOR)烷基(-R)0+5卤素(-Cl,-Br)烷氧基(-OR)+5+6+5

第3章紫外可见分光光度法

①Y=H,Rn→s*180-190nmp→p*150-160nmn→p*275-295nm②Y=-NH2,-OH,-OR等助色基团K带红移，R带兰移；R带max=205nm;e10-100

(3)羰基化合物共轭烯烃中的p→p*RCOY

p*Kpp*p*p*

p*

R

K

Rnp

p*

③不饱和醛酮K带红移：165250nmR带兰移：290310nm

165nmp

n

ppcOc

npO

cc

第3章紫外可见分光光度法

(4)芳香烃及其杂环化合物

苯：E1带180184nm;e=47000E2带200204nm

e=7000

苯环上三个共扼双键的p→p*跃迁特征吸收带；B带230-270nm

e=200苯甲苯间二甲苯

p→p*与苯环振动引起；

max(nm)254261263

emax200300300

含取代基时，B带简化，红移。2023/2/13

1,3,5-三甲苯六甲苯

266272

30530018

山东师范大学人资环学院

邴建生

第3章紫外可见分光光度法

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