仪器分析课件：第十二章 可见与紫外分光广度法

1第十二章可见与紫外分光广度法

§12-7紫外光谱分析的基本原理

§12-8紫外光谱与有机化合物分子结构

§12-9紫外和可见光谱的应用2§12-7紫外光谱的基本原理基于物质对紫外光选择性吸收的分析方法。一、概述紫外吸收光谱法:3有机化合物结构分析:与红外、核磁、质谱相结合定量分析:朗伯－比尔定律波长范围：10~400nm定性分析:吸收光谱的波长反映了分子内部能级分布状况410~200nm：远紫外区，又称真空紫外区，可被O2所吸收；不在紫外分光光度计的测量范围内200~400nm范围：近紫外区，可被玻璃吸收；紫外光谱是指200

~

400nm的近紫外区的吸收曲线。56二、有机化合物电子跃迁的类型未成键电子：O、N、P、S、Cl等杂原子中的未成键的孤对电子，又称n电子或p电子有机物分子中价电子的类型：σ电子：形成单键的电子，π电子：形成不饱和键的电子，如C－H,C－C如C＝C,C＝O781.σ→

σ*跃迁跃迁所需能量较高，处于真空紫外区甲烷的λmax=125nm，乙烷的λmax=135nm饱和碳氢化合物有σ→σ*跃迁产生的吸收：特点：不在紫外分光光度计的测定范围内9一般在200nm左右分子中含有杂原子S、N、P、O、F、Cl、Br、I等的饱和烃，可发生

n→σ*跃迁：甲醇的n→σ*所产生的吸收λmax=183nm，ε＝1.5×102L·mol-1·cm-12.n

→

σ*跃迁又如CH3Cl和(CH3)3N跃迁的λmax分别为173nm

和

227nm特点：一般为末端吸收，用途不大103.π→π*跃迁如乙烯λmax=162nm,εmax为1×104L·mol-1·cm-1吸收峰在200nm左右特征：吸收强度强，ε>104丙酮λmax=194nm，εmax为9×103L·mol-1·cm-1具有共价键的不饱和基团，如烯、炔、醛、酮、羧酸、酯、酰胺、酰卤等114.n→

π*跃迁谱带在200~400nm含杂原子的双键化合物，或者当有杂原子上的孤对电子与碳原子上的π轨道共轭，则可产生n→π*跃迁吸收。特点：吸收强度很弱，ε<102L·mol-1·cm-1如环己烷溶剂中，丙酮

n→π*跃迁的λmax=280nm，εmax为22L·mol-1·cm-11213二、紫外光谱的常见术语吸收峰对应的波长位置称为吸收带。能引起紫外光谱特征吸收，具有共价键的不饱和基团，一般带有π电子。例如，乙烯基、羰基、亚硝基、乙炔基、偶氮基－N＝N－、腈基－C

N等2.发色团1.吸收带143.助色团

能使吸收峰波长向长波方向移动，并且强度增强的杂原子基团叫助色团。如－OH、－NH2、－Cl、－SH等，一般为带n电子的原子或原子团使吸收峰向长波方向移动的现象叫红移，反之称为蓝移；15使吸收强度增加的现象称为增色效应，反之称为减色效应。16三、紫外光谱吸收带1.R吸收带分子中含有杂原子发色团，－C＝O，－NO2等，发生了n→π*跃迁而产生的吸收带。特点：位于270nm以上，ε<102L·mol-1·cm-1例如，环己烷溶剂中丙酮n→π*跃迁的λmax=280nm，εmax为22L·mol-1·cm-1172.K吸收带由于共轭烯炔中π→π*跃迁所产生的吸收带。特征：240nm,吸收强度强，ε>104240nm319nm183.B吸收带

由苯的π→π*跃迁和苯环振动重叠引起的吸收带。

位于230-270nm范围内，强度较弱；当苯环上有取代基时，吸收峰形简单化，红移且强度增强在非极性溶剂中测定时有精细结构，而在极性溶剂中精细结构消失特点：194.E吸收带

苯环的C＝C和共轭C＝Cπ→π*跃迁引起的、在180nm和200nm左右处的两个强吸收带分别称为E1和E2

带。苯环上有杂原子取代，E2红移；有生色团取代，E2红移与K带合并能量顺序：E1＞E2≥K＞B＞R2021E2带B带R带22四、溶剂效应

由于溶剂的极性不同，对化合物的紫外光谱产生的不同影响称为溶剂效应。1.吸收峰产生位移极性溶剂的影响大于非极性溶剂溶剂和溶质间形成氢键，或者由于溶剂的偶极作用使溶质的极性增强232425不同极性溶剂对异丙叉丙酮紫外光谱的影响262.形状改变在非极性溶剂中测定时B带有精细结构，而在极性溶剂中B带的精细结构消失E2带B带R带27注意：1.所用的溶剂在测量波段内应是透明的，以免干扰被测物质的紫外光谱。2.对待测样品有足够的溶解度的前提下，尽量使用极性小的溶剂。3.配制的浓度要适当，光度测量范围应落在透光度20~

80%（A=0.15~

1.0）左右。28§12-8紫外光谱与有机化合物分子

结构的关系一、非共轭体系的简单分子

只能产生

→

*跃迁，吸收带位于远紫外区，可以作为溶剂。如正己烷、环己烷等1.饱和碳氢化合物：292.饱和烃的杂原子取代物

如被助色团－NH2、－NR2、－OH、－OR、－SR、－Cl、－Br、－I等取代的饱和烃。

含有n电子，不仅有

→

*跃迁，而且有n→*跃迁。30大部分化合物的吸收带仍小于200nm，但卤原子取代后吸收带红移较大，甚至进入到近紫外区。31含有双键，其中有的还含有n电子，这类化合物将发生

→*

跃迁，n→*跃迁,

→*跃迁和n→*

跃迁。3.具有孤立发色团的化合物32二、共轭分子1.共轭烯烃

共轭烯烃

→

*

跃迁吸收峰比简单烯烃显著红移，吸收强度也增强。例如，乙烯

max=165nm(

=104)

，丁二烯

max=217nm(

=2.1×104)33与孤立双键相比，共轭双键

→

*跃迁的能量显著减小，因此

max红移34Wood-Ward经验规则：

用于估算共轭烯烃化合物的最大吸收波长。

以1,3-丁二烯为母体，其最大吸收波长基本值为214nm，再加上各取代基的类型、数目、位置以及溶剂等因素引起的修正值。35表13-4计算取代共轭双烯紫外

max的伍德沃德规则（乙醇溶液）开链或异环未取代共轭双烯

max基本值如：214nm2.同环未取代共轭双烯

max基本值

253nm5.取代基效应：－R(烷基取代）加5nm－O－COR0－OR加6nm－Cl,Br加5nm－NR2加60nm

若为五元环或七元环的

max基本值分别为228及241nm3.处于共轭的额外双键（即每增加一个C=C）

加30nm4.环外双键（指共轭体系的双键位于一环外，且与该环直接相连）加5nm3637382.

，

-不饱和醛和酮孤立C=C：

→

*跃迁165nm(

≈104)孤立C=O：

→

*跃迁170nm(

≈104)

n→

*跃迁275nm(

<100)

→

*跃迁：220~260nm(

≈104)n→

*跃迁：310~330nm(

<100)3940p-

共轭使羰基的接受C＝C上

电子，形成

→

*跃迁的能力降低，使

,

-不饱和酸及酯发生

→

*跃迁需要较大的能量，

max蓝移3.,-不饱和羧酸及其酯

max约为200~240nm，

>10441三、苯及其衍生物苯：B带λmax=256nm，E1带λmax＝184nm，E2带λmax＝204nm42苯环上有取代基时，B带精细结构消失，产生红移，强度增加苯环上有杂原子取代基，E2红移；有生色团取代，E2红移与K带合并；若分子中含有n电子，还会有R带出现43K带(E2带)B带R带245nm275nm310nm441.推电子基团和拉电子基团的对位二取代苯，两个基团产生协同效应。

取代基效应3.电子效应相反的邻位或间位二取代苯的红移值近似于两个单取代苯红移值之和。2.若同为推电子基或拉电子基的对位二取代苯，产生红移效应的强度取决于最强的基团。45四、稠环芳烃及杂环化合物有E1、E2和B带，只是有一定程度的红移，且强度增加含有

→

*跃迁引起的吸收带，还有n→

*跃迁的吸收带，它的B带也有精细结构，吸收强度增加。例如：吡啶稠环芳烃杂环化合物46§12-9分光光度法的应用47

有机化合物分析中的应用

1．定性鉴定

不同的有机化合物具有不同的紫外吸收光谱。因此根据化合物的特征吸收峰波长和强度可以进行物质的鉴定。

48有机化合物结构与紫外信息的关系

（1）200-400nm无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2）

270-350nm有弱吸收峰（ε=10-100）

醛酮n→π*跃迁产生的R

带。（3）

250-300nm中等强度的吸收峰(200-2000）芳环的特征吸收（具有精细解构的B带）。在180，200处有强吸收E带。（4）

200-250nm有强吸收峰（ε

104）

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

310-330nm

不饱和酸、酯:

（5）

260nm,300nm,330nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系。492．定量测定许多有机物或配位化合物不仅在紫外光区有特征吸收且在测定浓度范围内符合朗伯－比耳定律，因而可以进行定量测定。

1)朗伯-比尔定律:

朗伯-比尔定律是基础，它的数学表达式为:

A=εbc502）标准比较法

在相同条件下配制样品溶液和标准溶液，在最佳波长λ处测得二者的吸光度

A样和A标，进行比较，按式计算样品溶液中被测组分的浓度513）标准曲线法

配制一系列不同浓度的标准溶液，在λ最佳处分别测定标准溶液的吸光度A，然后绘制出标准曲线，在完全相同的条件下测定试液的吸光度，并从标准曲线上求得试液的浓度。该法适用于大批量样品的测定。524）多组分物质的定量分析1）吸收光谱不重叠

2）吸收光谱相互重叠53

3．有机物的结构分析

一个复杂的有机化合物的结构式不能单从紫外光谱来确定，必须与红外、核磁共振、质谱及化学分析等方法的综合解析才能完成。紫外光谱的主要作用是推测分子中是否有某种功能团，说明结构中的共轭关系，不饱和有机物的结构骨架及化合物的异构情况等。

54例：如图是混合物中分离出的四种化合物的紫外光谱，这四种化合物结构如下，找出各结构式与光谱的对应关系。ⅡⅢⅠⅣLg

55ABCDOHHOAcOC8H17C8H17C8H17C8H1756解：A只有孤立双键，其

→

*

跃迁

max在200nm以下。因图中(Ⅰ)

max〈200nm，故(Ⅰ)为化合物A。283nmB的

max可以计算：基本值253nm

两个环外双键（2×5）10nm4个－R(4×5)20nm574异构体的确定

对于异构体的确定，可以通过经验规则计算出λmax值，与实测值比较，即可证实化合物是哪种异构体。如:三氯乙醛乙酰乙酸乙酯的酮--------烯醇式互变异构

20424558溶剂：1.乙醇；2.水;

3.己烷；

乙酰乙酸乙酯的紫外吸收曲线595位阻作用的影响

位阻作用会影响共轭体系的共平面性质.

当空间位阻作用较大，两个生色基团具有部分共振作用，两共振体系部分偏离共平面时，λmax和εmax有所降低；例如：二苯乙烯606纯度检查

如果有机化合物在紫外区没有明显的吸收峰，而杂质在紫外区有较强的吸收，则可利用紫外光谱检验化合物的纯度。61例：药物中杂质的检查62

待测样配成2mg.mL-1的0.5mol.L-1的盐酸溶液.

在310处测定吸光度，若小于0.05，则认为杂质含量合格63总结4种跃迁方式及对应吸收峰位置4种吸收带，对应跃迁方式和峰位置溶剂效应与有机化合物结构的关系，重点是Wood-Ward经验规则，共轭烯烃、苯及其衍生物的吸收峰。一些概念，及定义应用：化合物结构推断等作业：236：习题1，2，3647．分子量的测定

物质的吸收光谱反映了物质分子中所含有的生色基团。对于具有相同生色基团，且数量相同的不同物质，若配制成同样浓度(质量)的溶液．则分子量越大者，生色基因所占的比例越小，吸收强度就越小。根据这个原理可测定有机物的分子量。658氢键强度的测定

溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时，对溶质分子的UV光谱有较大的影响。对于羰基化合物，根据在极性溶剂和非极性溶剂中R带的差别，可以近似测定氢键的强度。分子内氢键和分子外氢键如何判断?66在生物领域的应用

1、茚三酮反应

氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸含量成正比，因此可作为氨基酸定量分析方法。

672、芳香族氨基酸在280nm波长附近有最大的紫外吸收峰，由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残基，氨基酸残基数与蛋白质含量成正比，故通过对280nm波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。

68

3.核酸中核苷酸在260nm处有强吸收，吸收强度与其浓度呈正比。故可立用这一特性来进行定量测定。69紫外、可见在医药领域的应用1.直接的紫外可见分光光度法

一些药物分子本身带有吸收紫外或可见光的团，干扰小