3.紫外可见吸收光谱法资料

第七章

紫外－可见分光光度法

UltravioletandVisibleSpectrophotometry定义：

通常是指研究200-780nm光谱区域内，物质分子或离子对光辐射吸收的一种方法，也称为吸光光度法或分光光度法。

利用有色溶液对可见光的吸收来进行定量测定，称为比色法。

历史（1）公元60年古希腊普里尼五倍子浸出液估测醋中Fe十九世纪30-40年代比色是一种普遍分析方法

利用金属离子本身颜色或无机显色剂

MnO4-NH3使Cu2+Co2+显色方法：目视比色法系列标样

CsC2sC3sC4sC5s

Cx

比较颜色深浅

历史（2）1852年

Beer定律1868年布特列洛夫1870年杜包斯克目视比色计

浦氏光度计1911年贝格尔硒光电池比色计1918年美国国家标准局第一台分光光度计20世纪30-40年代E.B.Sandell“痕迹金属比色测定”20世纪50年代有机显色剂近二、三十年信息技术，高新技术，联用技术§7.1分子光谱概述和光吸收定律

§7.2紫外可见吸收光谱

§7.3紫外-可见分光光度计

§7.4紫外-可见分光光度法的应用一.分子光谱的产生1.分子的能级E2E1E0υ0υ1υ2υ,0υ,1υ,21J023J0231J0231J0231分子紫外吸收光谱分子可见吸收光谱分子红外吸收光谱分子光谱：连续光谱带光谱远红外光谱中红外光谱紫外-可见光谱§7.1分子光谱概述和光吸收定律2.选择吸收宏观现象KMnO4

(紫红色)吸收白光中的黄绿色

CuSO4

(蓝色)吸收白光中的黄色

互补色

结论⑴同一种物质对不同波长的光表现出不同的吸收能力，称之谓选择吸收现象。⑵不同的物质对光的选择吸收性质是不同的。⑶溶液的颜色并不是某一个波长，而是一个波长带。

KMnO4吸收光谱：

A-

图

525nm

二.Lambert–Beer定律布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系：1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系:A

∝

b

A

∝

c二者的结合称为朗伯-比耳定律，其数学表达式为：式中：A：吸光度；T:透射率；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L-1；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1；A＝－lgT

＝－

lg（It/I0)=εbc

１.光吸收定律的表达式及其含义２.吸光度与透射率A＝-lgT

＝-lg(It/I0)=εbc

T＝10–A=10-εbc

C1.00.50AC100500T%多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性，即：３.吸光度的加合性§7.2紫外可见吸收光谱一.有机化合物的紫外-可见吸收光谱１.跃迁类型CCCCσσ*σ→σ*

σ→π*Px

Py

PzPx

Py

PzCCCCππ*π→π*

π→σ*

n→π*n→σ*ππ*σ*σnA.σ→σ*：一般发生在远紫外线区，饱和烃类C-C键B.

π→π*：发生在近紫外线区~200nm甲烷：λmax=125nm乙烷：λmax=135nm因此该类化合物的紫外-可见吸收光谱应用价值很小。CH2=CH2：λmax=165nm、CH≡CH：λmax=173nm但是随着共扼体系的增大或杂原子的取代，λmax向长波移动;εmax≥104，是强吸收带。C.

n→σ*：发生在远、近紫外线区之间150nm~250nmC—X键，X—S、N、O、Cl、Br、I等杂原子CH3OH：λmax=183nm、CH3NH：λmax=213nm但是大多数吸收峰λmax小于200nm。

D.

n→π*

：发生在近紫外线区与可见光区之间，是生色团中的未成键孤对电子向π*轨道跃迁。属于禁阻助跃迁，εmax＜

100，是弱吸收带。A.生色团(chromophore)2.一些常用名词是指分子中产生吸收带的主要官能团；吸收带的λmax＞210nm,属于π→π*

、n→π*等跃迁类型。生色团为不饱和基团：C=C、N=O、C=O、C=S等；生色团吸收带的位置受相邻取代基或溶剂效应的影响，吸收峰向长波或短波移动。B.助色团(auxochrome)是指分子中的一些带有非成键电子对的基团本身在紫外-可见光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，使生色团的吸收带向长波移动，且吸收强度增大。-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-IC.红移(redshiftorbathochromicshift)是指一些带有非成键电子对的基团与生色团连接后，使生色团的吸收带向长波移动，这种效应成为红移，该基团称为红移基团：-OH、-OR、-NH2、-NR2、-SH、-SR、-Cl、-Br是指一些基团与某些生色团(C=O)连接后，使生色团的吸收带向短波移动，这种效应成为蓝移，该基团称为蓝移基团：-CH3、-CH2CH3、-O-COCH3D.蓝移(hypsochromicshift)E.溶剂的极性效应溶剂的极性不同也会引起某些化合物的吸收带红移或蓝移，这种作用称为溶剂效应。ππ*nππ*n△

En→π*

△

Eπ→π*

△

En→π*

△

Eπ→π*

无溶剂化作用有溶剂化作用蓝移:△

En→π*

＜△

En→π*红移:△

Eπ→π*

＞△

Eπ→π*正己烷CHCl3CH3OHH2Oπ→π*

λmax/nm230238237243n→π*λmax/nm329315309305亚异丙酮的溶剂效应紫外光谱电子跃迁类型：n—π*跃迁，π—π*跃迁饱和化合物无紫外吸收电子跃迁类型与分子结构及存在基团有密切联系：根据分子结构→推测可能产生的电子跃迁类型；根据吸收谱带波长和电子跃迁类型→推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）讨论：二、无机化合物的电子光谱金属－络合物Mosttransitionmetalionsarecolored(absorbinUV-vis)duetod®delectronictransitions。Remember:•Solutionabsorbsredappearsblue-green•Solutionabsorbsblue-greenappearsred红橙黄绿蓝绿绿蓝蓝紫1、d-d配位场跃迁晶体场理论：配位场的影响，金属离子的d轨道分裂特点：（1）有配位场存在，d轨道分裂（2）d-d跃迁几率小，弱吸收，e＝0.1～100之间（3）吸收波长与分裂能有关，配位场越强，分裂能越大，波长越小再如：Cu2+，H2O：浅蓝色（794nm）；

NH3：深蓝色（663nm）I-<Br-<Cl-<F-<OH-<C2O42-~H2O<SCN-<NH3<en<NO2-<CN2、电荷转移跃迁在光辐射作用下，金属络离子中一方的电子向另一方的轨道跃迁而产生的吸收光谱e-中心离子为电子受体accept，配体为电子给体donor特点：（1）强吸收，摩尔吸光系数在10000以上；（2）最大波长取决于电子给予体的电子亲和力，亲和力越小，能量差越小，波长越大（3）可建立定量分析方法3、金属离子影响下的配体π-π*跃迁（1）配体本身为生色团（2）配体与金属配位后，导致共轭结构发生改变，从而导致吸收波长红移或紫移§7.3紫外-可见分光光度计一.主要组成及部件的功能1.工作原理基仪器结构框图光源碘钨灯氘灯单色器测量池参比池样品池光电倍增管数据处理和仪器控制光源样品池单色器检测器数据处理仪器控制二.光源（辐射源）1.光源的要求：发射强度足够且稳定的连续光谱;光辐射强度随波长的变化小;有足够的使用寿命．钨灯（钨的熔点为3680K）；

波长范围：320~2500nm；

工作温度：3000K；

Ihv∝

V3~4．2.白炽光源常用类型：白炽光源与气体放电光源．卤钨灯：在钨灯中加入卤化物提高白炽灯的使用寿命．3.气体放电光源氢弧灯（氢灯）：波长范围：185~375nm；氢气压力：0.2~5mmHg。氘灯：内充气为氘辐射强度比起氢灯达3~5倍。三.单色器:平面衍射光栅四.检测器：PMT-前面已经介绍光源碘钨灯氘灯单色器测量池CCD检测器数据处理和仪器控制CCD光二极管阵列检测器五.测量池：液池、样品池、比色皿。1.吸收池的材料玻璃360nm2.25mm石英200nm2.5mm2.吸收池的形状波长范围3.使用注意事项容易破碎可拆卸圆形测量池两面透光圆形测量池两面透光1cm长方形测量池两面透光气体测量池两面透光微量测量池两面透光流动测量池两面透光六.紫外-可见分光光度计仪器的类型1.单光束分光光度计单光束动画优点：结构简单、价格低廉．缺点：受光源、检测器的波动影响：不能自动记录吸收光谱。问题：请扼要叙述在非扫描型（单光束）的紫外-可见分光光度计上，人工绘制吸光物质的UV-VIS吸收光谱过程中需要注意的事项。波长增量的选择；改变波长都要用参比溶液调节T=100%；固定光谱通带与仪器参数；选择合适的溶液浓度与参比。2.双光束分光光度计优点：能自动记录吸收光谱（自动扫描）；比切光器的频率慢的光源、检测器的波动不影响；是目前用得最多的分光光度计．优点：可以测定较高浓度的样品溶液；可以扣除背景吸收（样品池、浑浊等）；比切光器的频率慢的光源、检测器的波动不影响；导数吸收光谱曲线（

=1~2nm)。3.双波长分光光度计§7-4

紫外-可见吸收光谱法的应用

不同的有机化合物具有不同的吸收光谱，可进行简单的定性分析，但吸收光谱较简单，只能用于鉴定共轭发色团，推断未知物骨架，可进行定量分析及测定配合物配位比和稳定常数一、定性分析：

(一）比较吸收光谱法根据化合物吸收光谱的形状、吸收峰的数目、强度、位置进行定性分析待测样品相同条件样品谱标准物质标准谱(二)纯度检查如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其杂质有较强吸收，就可方便的检出该化合物中的痕量杂质。例如要鉴定甲醇和乙醇中的杂质苯，可利用苯在254nm处的B吸收带，而甲醇或乙醇在此波长范围内几乎没有吸收。又如四氯化碳中有无二硫化碳杂质，只要观察在318nm处有无二硫化碳的吸收峰即可。

用紫外可见吸收光谱鉴定未知物的结构较困难，因谱图简单，吸收峰个数少，主要表现化合物的发色团和助色团的特征。利用紫外可见吸收光谱可确定有机化合物中不饱和基团，还可区分化合物的构型、构象、同分异构体二、结构分析1.推测官能团200～280nm无吸收不含不饱和键，不含苯环，可能是饱和化合物210～250nm强吸收π—π*，2个共轭单位260～350nm强吸收π—π*，3—5个共轭单位270～350nm弱吸收n—π*，无强吸收，孤立含杂原子的双键C=O,-NO2,-N=N-260nm（230～270）中吸收π—π*，有苯环

2.判断同分异构体酮式结构，无共轭中吸收206nm(极性溶剂中为主）烯醇式结构，共轭体系，强吸收=1.8

104,245nm(非极性溶剂中为主）例：乙酰乙酸乙酯三、定量分析

应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素有机化合物，主要在紫外区

1.单组分物质的定量分析测定条件：选择合适的分析波长（λmax）A：0.2-0.8

选择适当的参比溶液分光光度计的简单实验步骤1配制样品溶液2插上电源，预热3选择最大吸收波长4将参比和样品溶液放进吸收池（比色皿）5测定参比溶液的吸收度，清零6测定样品溶液的吸收度

（1）比较法：在一定条件下，配制标准溶液和样品溶液，在λmax下测A

标准溶液As=κCsL

被测溶液Ax=κCxL

Cx=CsAx/As

注意：

Cs与Cx大致相当（2）标准曲线法12345样品标液C1C2C3C4C5CXAA1A2A3A4A5AXACCXAX标准曲线法的简单实验步骤1配制浓度由低到高的一系列标准溶液（3-5，5-7）、配制样品溶液2插上电源，预热3选择最大吸收波长4将参比和系列标准溶液放进吸收池（比色皿）5测定参比溶液的吸收度，清零6依次测定系列标准溶液吸收度7以浓度为横坐标，以吸收度为纵坐标，绘制标准曲线8测定样品溶液的吸收度9在标准曲线上就可以查得样品的浓度2.多组分物质的定量分析（只讨论2组分）在某特定波长下测定

A总=A1+A2+A3+……吸光度加和性（1）吸收光谱互不重叠

ab

1

2在

1处测a组分，b组分不干扰在

2处测b组分，a组分不干扰

2.多组分物质的定量分析（只讨论2组分）（2）吸收光谱单向重叠

ab

1

2A

1a+b=A

1a+A

1b

A

2b=κ

2

bCbL在

1处a、b组分都吸收在

2处b组分吸收，a组分不干扰首先在

2处测定b组分，因a组分不干扰

Asb=κ

2b

CsbL

κ

2b=Asb/CsbL

在

2处