仪器分析第三章(含练习题)

第3章紫外－可见分光光度法法

UltravioletandvisibleSpectrometry(UV-Vis)

紫外-可见吸收光谱

朗伯-比尔定律

紫外可见分光光度计分析条件的选择UV-Vis的应用3.1.1分子吸收光谱的形成紫外－可见吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，也称为电子光谱。(1)远紫外光区:100-200nm(2)近紫外光区:200-400nm(3)可见光区:400-800nm〔已学〕物质颜色与吸收光的关系：

3.1紫外－可见吸收光谱精选ppt紫外—可见吸收光谱与电子跃迁物质分子内部三种运动形式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假设干谱线而呈现宽谱带。精选ppt3.1.2有机化合物的紫外-可见光谱

〔一〕电子跃迁类型

有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种价电子跃迁的结果：σ电子、π电子、n电子。COHnpsH精选ppt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。主要有四种类型跃迁，

其所需能量ΔΕ大小顺序为：

n→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpE精选ppt〔1〕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；sp*s*np

E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；故可作为溶剂使用。——远紫外〔真空〕吸收带精选ppt所需能量较大；吸收波长为150～210nm，大局部在远紫外区，近紫外区不易观察到；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。〔2〕n→σ＊跃迁——末端吸收带精选ppt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。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。〔3〕*跃迁——K吸收带精选ppt需能量最低，吸收波长λ>200nm。属于禁阻跃迁，εmax一般为10～100L·mol-1·cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λ为275nmεmax为22L·mol-1·cm-1〔溶剂环己烷)。〔4〕n*跃迁——R吸收带精选ppt〔二〕有机化合物紫外-可见光谱特征1〕饱和有机化合物*跃迁，n*跃迁2〕不饱和脂肪族化合物*跃迁，n*跃迁3〕芳香族化合物E1带，E2带：芳环内共轭乙烯基*产生；B带：芳环大键跃迁产生〔精细结构〕。精选ppt3.1.3无机化合物的吸收光谱

产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式一般分为电荷迁移跃迁和配位场跃迁。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-d、f-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。〔一〕配位场跃迁精选ppt辐射下，配合物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电荷迁移吸收光谱。[Fe3+CNS-]2+h

[Fe2+CNS]2+电子接受体电子给予体分子内氧化复原反响；>104Fe2+与邻菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。〔二〕电荷迁移跃迁Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h

精选ppt

吸收光度法所使用的显色剂绝大多数含有生色团及助色团，本身为有色物质。当与金属离子配位时，作为配位体的显色剂，其共轭结构发生了变化，产生π-π*跃迁，导致其吸收光谱蓝移或红移。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在60nm以上。

〔三〕金属离子影响下的配位体π-π*跃迁精选ppt3.1.4常用术语吸收峰、谷、肩峰、末端吸收精选ppt吸收曲线3.1.4常用术语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〕λmax精选ppt不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax那么不相同。——定性分析依据Ca-K-B络合物;Mg-K-B络合物的吸收曲线精选ppt不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，即吸光度随着浓度的增大而增大

——定量分析依据精选ppt物质对光的选择性吸收定性分析基础在一定实验条件下，A∝c定量分析基础精选ppt生色团与助色团生色团：

在近紫外光区和可见光区有特征吸收的基团。结构特征：含有n非键电子和

电子。精选ppt生色团与助色团助色团：分子中含有杂原子的基团。结构特征：含有n非键电子。使发色团红移，吸收强度增强。精选ppt红移与蓝移〔紫移〕增色与减色某些有机化合物经取代反响引入含有未共享电子对的基团〔-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2〕之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移效应。精选pptΚmax/L·mol-1·cm-1n＝1n＝2n＝3n＝4n＝5n＝11化合物H(CH＝CH)nH溶剂已烯1,3-丁二烯1，3，5-已三烯1，3，5，7-辛四烯1,3,5,7,9-癸五烯β-胡萝卜素蒸气蒸气已烷异辛烷环已烷异辛烷己烷λmax/nm16221021726840443448010000-2090042700-121000139000

在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动(红移)，吸收强度也随之增强(增色)。3.1.5影响紫外-可见光谱的因素〔一〕共轭作用精选ppt

非共轭体系各生色团将独立地产生吸收,但吸收强度增加。精选ppt①Y=H,R→*150-160nm〔K〕n→*275-295nm〔R〕C=O基团可产生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。由于在结构上的差异，它们n*吸收带的光区稍有不同。羰基化合物精选ppt②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基团，这些助色团上的n电子与羰基双键的电子产生p

共轭K带红移，R带蓝移；R带

max=205nm；

10-100K

K

R

R

n

n

177nm

n

③

不饱和醛酮K带红移：177

250nmR

带红移：290

310nm

精选ppt苯及其衍生物精选ppt精选ppt

苯环上助色基团对吸收带的影响精选ppt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

〔二〕立体化学效应精选ppt精选ppt溶剂对紫外—可见光谱的影响较为复杂。溶剂极性增大，B带精细结构消失，吸收带变向平滑。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。

〔三〕溶剂对吸收光谱的影响精选ppt溶剂对最大吸收波长的影响

吸收带

max(正己烷)

max(氯仿)

max(甲醇)

max(水)

→*230nm238nm237nm243nmn→*329nm315nm309nm305nm如：异丙叉丙酮精选ppt溶剂极性增加，n→π*跃迁吸收带蓝移是因为：

从上面C=O〔羰基〕键的电子云分布可以知道，相对于激发态π*轨道来说，基态时氧原子上的n电子处于定域状态，更为集中，使得羰基的极性较为明显，因此，在n→π*跃迁中，基态的极性比激发态更强一些。精选ppt

而在极性溶剂中，化合物与溶剂静电的相互作用或氢键作用都可使基态或激发态趋于稳定，但是极性大的稳定作用更强一些，因此极性大的溶剂对基态n电子的影响更大一些，随着溶剂极性的增大，基态和激发态之间的能量差增加，使吸收带蓝移。精选ppt这是因为：

在π→π*跃迁中，基态时电子主要集中在碳氧之间，使得基态的极性弱于激发态。

精选ppt非极性

极性

n

n

p

n

p

非极性

极性n

→

*跃迁：兰移；

；

→*跃迁：红移；

精选pptN-亚硝基二甲胺在不同溶剂中的紫外吸收光谱图精选ppt由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注意以下几点：精选ppt

3.2光吸收的根本定律3.2.1朗伯—比尔定律bI0It入射光透射光透射比（透光度）吸光度吸光度〔A〕的大小是溶液吸光程度的度量，A越大，说明溶液对光的吸收越强。精选ppt

朗伯-比尔定律物理意义：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比，这是吸光光度法进行定量分析的理论根底。前提条件：①入射光为平行单色光且垂直照射；②吸光物质为均匀非散射体系；③吸光质点之间无相互作用〔稀溶液〕；④辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。精选ppt

吸光度的加和性在含有多种吸光物质的溶液中，溶液对某一单色光的总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和，即：精选ppt

b:cmc:g·L-1k用a表示,a称为吸收系数单位：L·g-1·cm-1

A=abc(2)摩尔吸收系数εb:cmc:mol·L-1k用ε表示,ε称为摩尔吸收系数单位：L·mol-1·cm-13.2.2吸收系数(1)吸收系数a

精选ppt影响ε的因素:

波长、吸光物质性质、溶剂、温度、溶液的组成、仪器灵敏度等。

当波长、温度、溶剂等条件一定时：

不同物质ε不同

同一物质ε随λ而改变，λmax时其ε表示为εmax，

εmax↑，灵敏度↑

εmax＞104L·mol-1·cm-1的方法较灵敏

同一物质ε不随浓度的变化而变化。精选ppt3.2.3引起偏离朗伯—比尔定律的因素〔一〕与样品溶液有关的因素1)溶液浓度过高引起的偏差2)化学反响引起的偏差3)介质不均匀引起的偏差〔二〕与仪器有关的因素1)非单色光引起的偏差因此，通常应选择最大吸收波长为测定波长。2)非平行入射光引起的偏差精选ppt例：用邻二氮菲分光光度法测铁。溶液中Fe2+的浓度为500μg/L，液层厚度为2cm，在508nm处测得透射比为0.645。计算吸收系数a和摩尔吸收系数ε(铁的摩尔质量为55.85g/mol)。

精选ppt3.3紫外及可见分光光度计精选ppt3.3.1仪器根本部件精选ppt3.3.1仪器根本部件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。精选ppt精选ppt2)单色器〔分光系统〕

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。棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。精选ppt2)单色器〔分光系统〕精选ppt3)吸收池

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(红敏600-1200nm和蓝敏220-625nm)。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。精选ppt精选ppt1、单光束分光光度计3.3.2分光光度计的构造原理精选ppt2、双光束分光光度计精选ppt3、双波长分光光度计多组分混合物混浊试样分析背景干扰共存组分干扰精选ppt3.3.2分光光度计的校正〔一〕波长校正：镨钕玻璃或钬玻璃〔二〕吸光度校正：铬酸钾溶液精选ppt3.4分析条件的选择3.4.1仪器测量条件3.4.2显色反响条件3.4.3参比溶液3.4.4干扰及消除方法精选ppt3.5紫外－可见光谱法应用

3.5.1定性分析〔一〕吸收曲线比较法1.与标准化合物的吸收光谱比较精选ppt2.与标准谱图进行比较精选ppt精选ppt〔二〕经验公式计算精选ppt63〔一〕伍德沃德-费泽〔Woodward-Fieser〕规那么

共轭双键的数目，共轭体系上取代基的种类、数目和立体结构等因素都对共轭多烯体系的紫外光谱产生影响。

Woodward-Fieser总结出共轭烯烃最大吸收波长的计算方法，用于估算共轭多烯体系K带的λmax：精选ppt64

环状共轭二烯波长计算法精选ppt65

链状共轭多烯类化合物的波长计算法精选ppt66应用此规那么的本卷须知：

〔1〕当有多个母体可供选择时，应优先选择较长波长的母体，如共轭体系中假设同时存在同环二烯与异环二烯时，应选择同环二烯作为母体；

〔2〕环外双键在这里特指C=C双键中有一个C原子在该环上，另一个C原子不在该环上的情况〔如结构式A〕，而结构式B和C那么不是；

ABC精选ppt67〔3〕计算时应将共轭体系上的所有取代基及所有环外双键均考虑在内，对“身兼数职〞的基团应按实际“兼职〞次数计算增加值，同时应准确判断共轭体系的起点与终点，防止将与共轭体系无关的基团计算在内；

〔4〕该规那么不适用于共轭体系双键多于四个的体系，也不适用于交叉共轭体系，典型的交叉共轭体系骨架结构如下：精选ppt68例1计算下面化合物的λmax

同环共轭二烯母体根本值253nm

增加共轭双键〔2×30〕+60nm

环外双键〔3×5〕+15nm

环残基或烷基取代〔5×5〕+25nm

酰氧基取代+0nm

λmax计算值353nm

〔实测值：356nm〕精选ppt

环外双键+5烷基+5×3OR烷基例2

烷基基准值253nm共轭双键+30酰氧基+0计算值303nm实测值304nm

O酰氧基

共轭双键环外双键烷基精选ppt70异环共轭二烯母体根本值：214nm

增加共轭双键〔1×30〕+30nm

环外双键〔3×5〕+15nm

环残基或烷基取代〔5×5〕+25nm

λmax计算值284nm

〔实测值：283nm〕精选ppt71链状共轭双键根本值217nm

4个环残基或烷基取代+20nm

2个环外双键+10nm

λmax计算值247nm

〔实测值：247nm〕精选ppt72链状共轭双键根本值217nm

4个环残基或烷基取代+20nm

1个环外双键+5nm

λmax计算值243nm

〔实测值：243nm〕精选ppt73〔二〕Scott规那么——芳香羰基化合物

用具有芳香羰基结构的化合物λmax计算方法，表2-11为Scott规那么，用于估算具有芳香羰基结构〔XC6H4COZ〕的化合物E2吸收带的λmax：精选ppt74〔二〕α，β-不饱和羰基化合物α，β-不饱和醛、酮

Woodward,Fieser和Scott总结共轭醛，酮K带的λmax的计算规那么：精选ppt75应用该规那么计算时应注意以下两点：

A〕环上的羰基不作为环外双键看待，例如在结构

中无环外双键；

B〕该规那么仅适用于乙醇或甲醇溶剂，溶剂改变对实测值影

响较大，需将计算值进行溶剂校正，见下表：

表：α，β-不饱和醛、酮λmax的溶剂校正精选ppt76例：计算以下化合物的λmax六元环α，β-不饱和酮的根本值215nm1个烷基α取代+10nm2个烷基β取代+12×2nm2个环外双键+5×2nm259nm〔实测值258nm〕精选ppt77直链α，β-不饱和酮的根本值215nm

延长1个共轭双键+30nm

1个烷基γ位取代+18nm

1个烷基δ位取代+18nm

281nm

〔实测值281nm〕精选ppt78六元环α，β-不饱和酮的根本值215nm1个烷基α位取代+10nm2个烷基β位取代+12×2nm2个环外双键+5×2nm259nm〔乙醇中实测值254nm〕精选ppt79六元环α，β-不饱和酮的根本值215nm延长2个共轭双键+30×2nm同环共轭双键+39nm1个烷基β位取代+12nm3个烷基γ位以远取代+18×3nm1个环外双键+5nm385nm〔乙醇中实测值388nm〕精选ppt80〔三〕Scott规那么〔乙醇为溶剂〕醛酮羧酸或酯精选ppt81例：计算以下化合物的λmax

Z=OH根本值230nm

对位NH2取代+58nm

计算值288nm

〔实测值288nm〕精选ppt82Z=R根本值246nm

邻位OH取代+7nm

邻位环残基+3nm

间位Cl取代+0nm

计算值256nm

〔实测值257nm〕精选ppt83

Z=H根本值250nm

对位NHAc取代+45nm

计算值295nm

〔实测值292nm〕精选ppt 紫外光谱的结构分析应用举例例1.胆甾烯酮〔I〕的烯醇式乙酸酯的结构可 以是〔II〕或〔III〕，经测定其紫外光 谱λmax=238nm(logε=4.2)。哪个 结构更合理？OR(I)OOR(III)OOR(II)精选pptOR(I)HOR+HOR214+5×3+5 =234nm253+5×3+5 =273nmOOR(II)OOR(III)精选ppt例2.由花精油合成得到的紫罗兰酮的两个异

构体的结构就是利用紫外光谱来确定的。K带：228nm(14000)296nm(11000)OCHO

OC2H5ONa/C2H5OHH+α-紫罗兰酮+