紫外-可见吸收光谱法

第9章紫外-可见吸收

光谱法Ultraviolet-visiblespectrophotometry

，UV-VisUV-Vis法特点：灵敏度高。可以测定10-7~10-4g·mL-1的微量组分；准确度较高。其相对误差一般在1%~5%之内；仪器价格较低，操作简便、快速；应用范围广。9.1紫外-可见吸收光谱

紫外吸收光谱：200~400nm；可见吸收光谱：400~800nm。定量依据：Lamber-Beer(朗伯-比耳)定律。图9-2各种电子跃迁对应的吸收峰和能量示意图9.1.1有机化合物的紫外-可见吸收光谱

σ

σ*，π

σ*，σ

π*三种跃迁能量较高，属于远紫外区，故一般以饱和烷烃作为溶剂。σ

σ*甲烷：125nm乙烷：135nm1.n

σ*跃迁特点：含有O、N、S、X等杂原子的基团，远紫外和近紫外区，ε较小。2.π

π*跃迁特点：含有π电子的基团，ε较高，200nm左右，一般大于104L·mol-1·cm-1。3.n

π*跃迁特点：含有杂原子的不饱和基团，近紫外区，接近可见光区，ε小。4.电荷转移跃迁（chargetransfertransition）同时具有电子给体和受体的分子吸收外来辐射，发生给受体之间的轨道跃迁（如取代芳烃）。（内氧化还原过程）特点：谱带宽强度大hνhν电子受体电子给体电子给体电子受体9.1.2无机化合物的紫外-可见吸收光谱Mn+-Lb-M(n-1)+-L(b-1)-hν电子给体电子受体1.金属配合物或水合离子(FeSCN)2+、Cl-(H2O)n2.谱峰位置与给受电子能力有关。9.1.2.1电荷转移跃迁（强吸收）9.1.2.2配位场跃迁d-d跃迁和f-f跃迁特点：ε小，一般位于可见区。9.1.3常用术语生色团（chromophore）分子中能吸收紫外或可见光的基团，通常指具有不饱和键和含有孤对电子基团。如C=C，C≡C，C=O，-N=N-，-N=O，C≡N等。

生色团的共轭效应：两个生色团共轭导致原各自吸收带消失，产生新的更强吸收带，且波长比各自吸收带长。(注：若不共轭，则对位置和强度无影响)表9-1常见生色团的吸光特性2.助色团（auxochrome）本身不产生吸收峰，但可使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸收强度的基团。如-OH，-OR，-NH2，-SH，-Cl,-Br,-I等。如CH3OH，吸收峰位于177nm处，ε为200L·mol-1·cm-1；CH3CH2CH2Br，吸收峰位于208nm，ε为300L·mol-1·cm-1。3.红移和蓝移（redandblueshift）4.增色效应和减色效应（hyperchromicandhypochromiceffect）5.强带和弱带强带：εmax≥104

L·mol-1·cm-1弱带：εmax<103

L·mol-1·cm-1分别对应为最大吸收带的εmax增加或减小。6.R带n-π*跃迁产生的吸收带，一般指具有杂原子和双键的共轭基团。如C=O，-N=O，-N=N-等。特点：强度弱，ε<100L·mol-1·cm-1，吸收峰位于200~400nm，一般在270nm以上。如：(CH3)2CO，吸收峰位于280nm，ε~16L·mol-1·cm-1CH3NO2，吸收峰位于280nm，ε~22L·mol-1·cm-17.K带共轭体系的ππ*跃迁产生的吸收带。特点：强度大，ε>104L·mol-1·cm-1，一般位于217~280nm内；随共轭体系的加长向长波方向移动，且强度增加。（可用于判断共轭体系）如：CH2=CHCH=CH2，吸收峰位于217nm，ε~104L·mol-1·cm-1；苯乙烯，吸收峰位于248nm，ε~1.4×104L·mol-1·cm-1。8.B带芳香族化合物ππ*跃迁产生的特征精细结构吸收带。特点：230~270nm呈一宽峰，中心为255nm左右，且具有精细结构；（用于识别芳香族化合物）ε~200L·mol-1·cm-1；于极性溶剂中可能消失。9.E带也是芳香族化合物ππ*跃迁产生的特征吸收带。可分为E1和E2带。图9-4苯的紫外吸收光谱特点：E1带约为180nm（ε>104L·mol-1·cm-1

）；E2带约为200nm（ε~7000L·mol-1·cm-1

）。9.1.4影响紫外-可见吸收光谱的因素9.1.4.1共轭效应（conjugationeffect）吸收波长红移，吸收强度增加。图9-5H-(CH=CH)n-H的紫外吸收光谱图9.1.4.2溶剂效应（solventeffect）1.溶剂极性对光谱精细结构的影响图9-6对称四嗪的吸收光谱1.蒸气状态；2.环己烷中；3.水中极性越大，溶剂与溶质相互作用加强，引起精细结构的损失。2.溶剂极性对π

π*跃迁谱带的影响3.溶剂极性对n

π*跃迁谱带的影响极性增大导致π

π*吸收带红移。极性增大导致n

π*吸收带蓝移。图9-7溶剂极性对ππ*和nπ*跃迁的影响4.溶剂的选择尽量选用非极性溶剂或低极性溶剂；溶剂能很好地溶解被测物，且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。9.1.4.3pH的影响9.2紫外-可见分光光度计9.2.1仪器的基本构造光源单色器吸收池检测器信号指示系统9.2.2仪器类型9.2.2.1单光束分光光度计9.2.2.2双光束分光光度计9.2.2.3双波长分光光度计可消除光源强度变化引起的误差。9.2.2.4多通道分光光度计9.2.2.5光导纤维探头式分光光度计特点：无需吸收池，可原位测定。9.3紫外-可见吸收光谱法的应用9.3.1定性分析一般用于有机化合物定性鉴定和结构分析：光谱简单，特征性不强，应用有一定的局限性。主要适用于不饱和有机化合物，尤其是共轭体系的鉴定。配合红外光谱、核磁共振谱、质谱等进行定性鉴定和结构分析。9.3.1.1比较法（λmax和εmax）

通过比较相同条件下未知纯样和已知物的吸收曲线，判断是否有相同的生色团。可参考标准图谱。9.3.1.2最大吸收波长计算法1.Woodward-Fieser经验规则适用于共轭二烯、三烯、四烯烃以及共轭烯酮类化合物ππ*跃迁。

环外双键：(1)相对于某一个环,双键必须在环外;(2)双键必须紧连着某一个环;(3)形成共轭的双键(包括母体的双键以及共轭体系延长的双键)。

烷基取代基或环残基：必须是连接在母体π电子体系上或者是连接在母体共轭体系延长的π电子体系上,同时整个体系必须为共轭体系。母体253四个取代烷基4×5两个环外双键2×5计算值283nm实测值282nm母体214三个取代烷基3×5一个环外双键1×5计算值234nm实测值234nm60母体215增加两个共轭双键2×30同环二烯 39一个环外双键1×5一个β烷基1×12三个γ及以上烷基3×18计算值385nm实测值388nm2.Fieser-Kuhn经验规则含4个以上共轭双键的多烯分子在己烷中：

max=114+5M+n(48.0–1.7n)-19.5R环内

-10R环外

max=1.74

104

nL·mol-1·cm-1M为取代烷基数；n为共轭双键数；R环内为有环内双键的环数；R环外为有环外双键的环数。3.Scott经验规则芳香族羰基衍生物2812549.3.2结构分析一般来说，顺式异构体的

max比反式异构体的小。9.3.2.1顺反异构体的判别9.3.2.2互变异构体的判别9.3.2.3构象的判别9.3.3定量分析定量依据：Lambert-Beer定律。9.3.3.1单组分定量方法9.3.3.2多组分定量方法不重叠单向重叠双向重叠9.3.3.3导数分光光度法9.3.4纯度检查目标化合物无吸收峰+杂质有强吸收峰；目标化合物有强吸收峰，可利用ε检查