现代仪器分析第三章紫外可见吸收光谱法

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1、第 三 章 紫外可见吸收光谱法3-13-1概述概述概述概述3-23-2 紫外可见吸收光谱法的紫外可见吸收光谱法的紫外可见吸收光谱法的紫外可见吸收光谱法的基本原理基本原理基本原理基本原理3-33-3紫紫紫紫外可见吸收光谱与分子结构的关系外可见吸收光谱与分子结构的关系外可见吸收光谱与分子结构的关系外可见吸收光谱与分子结构的关系3-43-4紫外紫外紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计可见分光光度计可见分光光度计3-53-5误差误差误差误差和测量条件的和测量条件的和测量条件的和测量条件的选择（自学）选择（自学）选择（自学）选择（自学）3-63-6紫紫紫紫外可见吸收光谱法的应用外可见吸收光谱法的应用外可

2、见吸收光谱法的应用外可见吸收光谱法的应用v掌握紫外-可见光谱的基本原理与应用。v熟悉几类化合物紫外-可见光谱的主要特征及光谱解析的一般步骤。v了解紫外-可见分光光度计的主要部件和制样方法。教 学 目 标第 一 节 概 述根据溶液中物质的分子或离子对紫外和可见光谱区辐射能的吸收来研究物质组成和结构的方法紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：波长范围：100-800nm.(1)远紫外光区远紫外光区:100-200nm(2)近紫外光区近紫外光区:200-400nm(3)可见光区可见光区:400-800nm第 一 节 概 述（一） 分子

3、吸光分析法基于物质分子对光的基于物质分子对光的选择性吸选择性吸收而建立的分析方法，称为分收而建立的分析方法，称为分子吸光分析法，包括比色法和分子吸收分光光度计。子吸光分析法，包括比色法和分子吸收分光光度计。红红650760绿蓝绿蓝橙橙610650蓝蓝黄黄580610紫紫黄绿黄绿560580红紫红紫绿绿500560红红蓝绿蓝绿490500橙橙绿蓝绿蓝480490黄黄蓝蓝450480黄绿黄绿紫紫400450互补光互补光颜色颜色 /nm蓝绿蓝绿第 一 节 概 述物质呈现物质呈现的颜色是它所吸收光的的颜色是它所吸收光的互补光互补光的颜色的颜色。第 一 节 概 述1. 比色法比较有色物质溶液颜色深浅来确

4、定物质含量的方法。比较有色物质溶液颜色深浅来确定物质含量的方法。第 一 节 概 述2. 分子吸收分光光度计使用了棱镜和光栅分光系统的分子吸光分析法，称为分子吸使用了棱镜和光栅分光系统的分子吸光分析法，称为分子吸收分光光度法。收分光光度法。该法同时可以该法同时可以测得测得物质的吸光度随物质的吸光度随入射光波长变化的关系曲线入射光波长变化的关系曲线朗伯-比尔定律:在在一定浓度范围内一定浓度范围内，物质的吸光度物质的吸光度A与吸光样品的浓度与吸光样品的浓度c及厚度及厚度L的乘积成正比。的乘积成正比。第 一 节 概 述I0It光强的光强的测量测量分光分光光度计光度计分光光度法分光光度法的应用：的应用：

5、定定量测定与定量测定与定性分析性分析光强的减弱与物光强的减弱与物质浓度的关系？质浓度的关系？朗伯朗伯-比尔定律比尔定律测量光强测量光强度的减弱度的减弱第 一 节 概 述布格布格(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)先后于先后于1729年和年和1760年阐明了光年阐明了光的吸收程度与吸收层厚度的关系。的吸收程度与吸收层厚度的关系。A L1852年年比尔比尔(Beer)又提出了光的吸收程度与吸收物浓度之间的又提出了光的吸收程度与吸收物浓度之间的关系。关系。A c二者二者的结合称为朗伯的结合称为朗伯-比尔定律比尔定律2.1朗伯-比尔定律 Alg(I0/It)KcL式中式中A：吸光度；描述溶

6、液对光的吸收程度；（吸光度；描述溶液对光的吸收程度；（A无单位无单位）L：液层厚度液层厚度(光程长度光程长度)，通常以，通常以cm为单位；为单位；c：溶液的摩尔浓度，单位溶液的摩尔浓度，单位molL-1；K( )：摩摩尔尔吸吸光光系系数数，单单位位Lmol-1cm-1；在在数数值值上上等等于于浓浓度为度为1mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度；或或:Alg(I0/It) L c（A无单位无单位）c：溶液的浓度，单位溶液的浓度，单位gL-1；：吸吸光光系系数数，单单位位Lg-1cm-1，相相当当于于浓浓度度为为1g/L、液液层层厚厚度为

7、度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。第 一 节 概 述摩尔吸收系数摩尔吸收系数K K的讨论的讨论（1）K在在数值数值上等于浓度为上等于浓度为1mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm时该溶液在时该溶液在某一波长下的吸光度。某一波长下的吸光度。（2）吸收物质是在一定）吸收物质是在一定温度、波长温度、波长和和溶剂溶剂条件下的条件下的特征常数特征常数。（3）不随浓度不随浓度c和光程长度和光程长度b的改变而改变的改变而改变。K仅仅与吸收物质本身与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；的性质有关，与待测物浓度无关；（4）同一吸收物质在不同波长下）同一吸收物质在不同波长

8、下的的K值值是不同的。在最大吸收波是不同的。在最大吸收波长长max处的摩尔吸光系数，常处的摩尔吸光系数，常以以K max表示表示。 K max表明了该吸收物表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的达到的最大灵敏度。最大灵敏度。第 一 节 概 述（5 5）Kmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。质的灵敏度越高。通常，在通常，在通常，在通常，在maxmax处：处：处：处： KK 10105 5超高灵敏的方法超高灵敏的方法超高灵敏的方法超高灵敏的

9、方法KK（6 61010）101044高灵敏的方法高灵敏的方法高灵敏的方法高灵敏的方法KK（2 26 6）10104 4中灵敏的方法中灵敏的方法中灵敏的方法中灵敏的方法KK 21021044不灵敏的方法不灵敏的方法不灵敏的方法不灵敏的方法（6）可作为定性鉴定的参数；可作为定性鉴定的参数；第 一 节 概 述第 一 节 概 述2.2透光度透过度透过度T:描述入射光透过溶描述入射光透过溶液的程度液的程度:T=It/I0吸光度吸光度A与透光度与透光度T的关系的关系:A=-lgT朗伯朗伯- -比尔定律是比尔定律是吸光光度法吸光光度法的的理论基础理论基础和和定量测定定量测定的依据。的依据。应用于各种光度法

10、的吸收测量。应用于各种光度法的吸收测量。第 一 节 概 述溶液浓度的测定溶液浓度的测定工作曲线法工作曲线法( (校准曲线校准曲线) ) 0 1.0 2.0 3.0 4.0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 c c(mg/mL)(mg/mL)A A。 。 * *0.800.800.600.600.400.400.200.200.000.00A Ax xc cx x第 一 节 概 述某有色物质溶液的浓度为某有色物质溶液的浓度为4.510-3gL-1,在在530nm波长波长下下2.0cm的的吸收池所测得的吸光度为吸收池所测得的吸光度为0.300，试计算，试计算（a）吸光系数吸光系数；（b)使用使用

11、5cm的吸收池时溶液的百分透光度。的吸收池时溶液的百分透光度。应用举例应用举例（a）K=A/Lc=0.300/2.04.510-3=33.3Lg-1cm-1（b）T=10-AT%=10-A100=17.81第 一 节 概 述2. 2.33朗伯朗伯- -比尔定律偏离的原因比尔定律偏离的原因 标准曲线法测定未知溶液的浓度标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲时，发现：标准曲线常发生弯曲( (尤尤其当溶液浓度较高时其当溶液浓度较高时) )，这种现象称，这种现象称为对朗伯为对朗伯- -比尔定律的偏离。比尔定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）：（1

12、1）物理性因素，）物理性因素，（2 2）化学性因素。）化学性因素。第 一 节 概 述物理物理性因素性因素l朗白朗白- -比尔定律的前提条件之一是入射光为比尔定律的前提条件之一是入射光为单色光单色光。l难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。l分光光度计分光光度计只能获得近似于单色的狭窄光带。复合光可只能获得近似于单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯导致对朗伯- -比尔定律的正或负偏离比尔定律的正或负偏离。l非单色光非单色光、杂散光、非平行入射光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗白都会引起对朗白- -比比尔定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的尔定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射

13、光引起的偏离。偏离。 第 一 节 概 述 假设由波长为假设由波长为1和和2的两单色光的两单色光组成的入射光通过浓度为组成的入射光通过浓度为c的溶液，则：的溶液，则：A 1lg(o1/t1）K1LcA 2lg(o2/t2）K2Lc故：故：式中：式中：o1、o2分别为分别为1、2的入射光强度；的入射光强度；t1、t2分别为分别为1、2的透射光强度；的透射光强度；K1、K2分别为分别为1、2的摩尔吸光系数；的摩尔吸光系数；因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A总总，并不能分别测得，并不能分别测得A1和和A2，故故第 一 节 概 述第 一 节 概 述 A总总=A1+lg2-lg(110- KL

14、c)(1) K =0；即：即：K 1=K 2= 则：则：A总总lg（o/t）KLc(2) K 0若若 K 0；即即K 20,lg(110- KLc)值随值随c值增大而增大，则标准曲线偏离直线值增大而增大，则标准曲线偏离直线向向c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏离。轴弯曲，即正偏离。第 一 节 概 述 A总总=A1+lg2-lg(110- KLc)(3) K很小时，很小时，即即K1K2：可可近似认为是单色光。在近似认为是单色光。在低浓度低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使即使 K很小，很小，A总总1，且随着，且随着c

15、值增大，值增大， A总总与与A1的差异愈大，的差异愈大，在图上则表现为在图上则表现为A-c曲线上部曲线上部(高浓度区高浓度区)弯曲愈严重。弯曲愈严重。故朗伯故朗伯-比尔比尔定律只适用于稀溶液定律只适用于稀溶液。(4)为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射光波长选定在待测物质的外还应将入射光波长选定在待测物质的最大吸收波长最大吸收波长且吸收曲线较且吸收曲线较平坦处平坦处。第 一 节 概 述化学化学性因素性因素l朗朗伯伯-比尔定律的假定：比尔定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作所有的吸光质点之间不发生相互作用用

16、；此假定只有在稀溶液；此假定只有在稀溶液(c 10-2mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等相互时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。作用，直接影响了对光的吸收。l故故：朗伯：朗伯-比尔定律只适用于稀溶液。比尔定律只适用于稀溶液。l溶液中存在着溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。例例：铬酸盐和重铬酸盐溶液中存在下列平衡：铬酸盐和重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrO42-2H=Cr2O72-H2O溶液中溶液中CrO42-、Cr2O

17、72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液时溶液pH对测定有重要影响。对测定有重要影响。第 一 节 概 述朗伯朗伯朗伯朗伯- - - -比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件1.单色光单色光应选用应选用 max处或肩峰处测定处或肩峰处测定.3.稀溶液稀溶液浓度增大，分子之间作用增强浓度增大，分子之间作用增强.2.吸光质点形式不变吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件应控制条件(酸度、浓度、介质等酸度、浓度、介质等).第 一 节 概 述2.4 分子吸收光谱的产生E总总E0+E

18、平平+E转转+E振振+E电电分子运动对其无影响分子运动对其无影响连续变化，不产生光谱连续变化，不产生光谱与光谱有关与光谱有关当当用用某某一特定频率（一特定频率（ ）的）的电磁波照射分子，而该分子的较高能电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差级与较低能级之差E恰好等于该电磁波的能量恰好等于该电磁波的能量h 时，即有时，即有E=h （h为普朗克常数为普朗克常数）此时此时，在，在微观上微观上出现出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级分子由较低的能级跃迁到较高的能级；在宏在宏观上观上则则透射光的强度变小透射光的强度变小。第 一 节 概 述用用E电子电子、E振动振动、E转动转动分分别表示电子能级

19、、振动能级转别表示电子能级、振动能级转动动能级差能级差，即，即有有E=E电子电子+E振动振动+E转动转动且有且有E电子电子 E振动振动 E转动转动。若用一连续辐射的电磁波照射分若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸以波长为横坐标，以电信号（吸光度光度A）为纵坐标，为纵坐标，就可以得到就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲一张光强度变化对波长的关系曲线图线图分子吸收光谱图。分子吸收光谱图。第 一 节 概 述（二） 紫外可见分光光度法（紫外可见吸收光谱法）及其特点（1

20、1）灵敏度高。）灵敏度高。适于微量组分测定。可测定适于微量组分测定。可测定10-6g级的物质。级的物质。（2 2）准确度高。）准确度高。相对误差一般在相对误差一般在15%之内。之内。（3 3）方法简便。）方法简便。操作容易、仪器设备简单、分操作容易、仪器设备简单、分析速度快。析速度快。（4 4）应用广泛。）应用广泛。主要用于无机化合物、有机化主要用于无机化合物、有机化合物的定量分析及配合物的组合物的定量分析及配合物的组成和稳定常数的测定；也能用成和稳定常数的测定；也能用第 一 节 概 述紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200 400nm（近紫

21、外区）近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。，可用于结构鉴定和定量分析。可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400 750nm，主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。第 一 节 概 述通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重

22、叠而成为连续的吸收带，这就是量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱的原因原因。第 二 节 紫外可见吸收光谱法的基本原理（一）紫外-可见吸收曲线波长为横坐标，以吸光度波长为横坐标，以吸光度A（或透光率（或透光率T）为纵坐标，得到的）为纵坐标，得到的A曲线即为紫外曲线即为紫外-可见吸收曲线可见吸收曲线。第 二 节 紫外可见吸收光谱法的基本原理物质在某一波长处对光的吸收最强，称为物质在某一波长处对光的吸收最强，称为最大吸收峰最大吸收峰，对应，对应的波长称为的波长称为最大吸收波长（

23、最大吸收波长（max）；低于最大吸收峰的峰称；低于最大吸收峰的峰称为为次峰次峰；吸收峰旁边的一个小的曲折称为；吸收峰旁边的一个小的曲折称为肩峰肩峰；峰与峰之间；峰与峰之间吸光度最小的地方称为吸光度最小的地方称为波谷波谷，其所对应的波长称为最小吸收，其所对应的波长称为最小吸收波长（波长（min）；在图谱短波端呈现强吸收而不成峰形的部分）；在图谱短波端呈现强吸收而不成峰形的部分称为称为末端吸收末端吸收。第 二 节 紫外可见吸收光谱法的基本原理M+热热M+荧光或磷光荧光或磷光 E=E2-E1=h 量子化量子化；选择性吸收；选择性吸收吸收曲线与最大吸收波吸收曲线与最大吸收波长长 max用不同波长的单色

24、光用不同波长的单色光照射，测吸光度照射，测吸光度;M+h M*基态基态激发态激发态E1（ E）E2第 二 节 紫外可见吸收光谱法的基本原理（二）对（二）对吸收曲线的说明：吸收曲线的说明：同一种物质对不同波长光的吸光度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不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max不同浓度的同一种物质，其吸收曲不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似线形状相似max不变；而不变；而对于不同物对于不同物质质，则，则不同。不同。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。

25、依据之一。第 二 节 紫外可见吸收光谱法的基本原理不同浓度的同一种物质，在某一定不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度波长下吸光度 A A 有差异，在有差异，在maxmax处处吸光度吸光度A A 的差异最大。此特性可作为的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据物质定量分析的依据。在在maxmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系（一）电子跃迁的类型（一）电子跃迁的类型物质物质分子内部三种运动形式使分子

26、具有三种不同能级分子内部三种运动形式使分子具有三种不同能级： （1 1）电子相对于原子核的运动；）电子相对于原子核的运动； （2 2）原子核在其平衡位置附近的相对振动；）原子核在其平衡位置附近的相对振动； （3 3）分子本身绕其重心的转动。）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。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：电子能量分子的内能：电子能量Ee、振动能量振动能量Ev、转动能量、转动能量Er即即:EEe+Ev+Erevr1. 能级组成第三节 紫外

27、可见吸收光谱与分子结构的关系S2分子吸光与发光示意图分子吸光与发光示意图 Ee振振动动能能级级v3v2v1转动转动r3r2r1S1S0 紫外紫外荧光荧光磷光磷光T2T1可见可见 Ev Er红外红外单重态单重态三重态三重态系间窜跃系间窜跃第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系2. 2. 能级能级跃迁跃迁电子能级电子能级间跃间跃迁的同时，总伴随迁的同时，总伴随有振动和转动能级有振动和转动能级间的跃迁。即电子间的跃迁。即电子光谱中总包含有振光谱中总包含有振动能级和转动能级动能级和转动能级间跃迁产生的若干间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。谱线而呈现宽谱带。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系电子

28、能级的能量差电子能级的能量差e较较大大120eV。电子跃迁产电子跃迁产生的吸收光谱在生的吸收光谱在紫外紫外可见光区可见光区，紫外，紫外可见可见光谱或分子的电子光谱；光谱或分子的电子光谱；吸收光谱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，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性定性的依据的依据；吸收谱带吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量定量分析的分析的依据。依据。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系3. 3. 电子跃迁电子跃迁的类型的类型紫外可见

29、吸收光谱是由分子中价电子紫外可见吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁能级跃迁产生的产生的。根据分子轨道的理论，在有机化合物分子根据分子轨道的理论，在有机化合物分子中与中与紫外可见吸紫外可见吸收光谱有关的价电子有三种：收光谱有关的价电子有三种：l电子：形成单键。电子：形成单键。l电子：形成双键或三键。电子：形成双键或三键。ln电子：未成键的孤对电子电子：未成键的孤对电子。跃迁：跃迁：成键轨道成键轨道反键轨道。反键轨道。l *、n *ln *、 *COHn s sH *s s *n E第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系 * * *反键轨道反键轨道 *反键轨道反键轨道n反键轨道反键轨道 成键轨道成

30、键轨道 成键轨道成键轨道n* *n*n Enn第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系3.13.1跃迁跃迁所需能量最大；所需能量最大；电子只有吸收电子只有吸收远紫外光远紫外光的能量的能量才能跃迁才能跃迁；饱和饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收；吸收波长波长200nm；如甲烷如甲烷的的max为为125nm,乙烷乙烷max为为135nm。只能只能被真空紫外分光光度计检测到被真空紫外分光光度计检测到；可作为可作为溶剂使用；溶剂使用； *s s *n E第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系3 3.2 .2nn跃迁跃迁所需能量较大。所需能量较大。吸收吸收波长为

31、波长为150250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。易观察到。含含非键电子的饱和烃衍生物非键电子的饱和烃衍生物(含含N、O、S和卤素等杂原子和卤素等杂原子)均均呈现呈现n*跃迁。跃迁。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系3.33.3跃迁跃迁成键成键电子由基态跃迁到电子由基态跃迁到轨道。轨道。凡含有凡含有双键或三键双键或三键的不饱和有机化合物都能产生的不饱和有机化合物都能产生跃迁。跃迁。吸收峰在吸收峰在200nm附近，属强吸收。附近，属强吸收。3.43.4n跃迁跃迁未共用未共用n电子跃迁到电子跃迁到轨道。轨道。含有含有杂原子的双键不饱和有机化合物能杂

32、原子的双键不饱和有机化合物能产生产生n跃迁。跃迁。如如CO，NO，NN等等杂原子的双键化合物。杂原子的双键化合物。跃迁跃迁的能量较小，吸收峰出现在的能量较小，吸收峰出现在200400nm的的紫外光区，属紫外光区，属弱吸收。弱吸收。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系（二二）生色团、助色团和吸收带等）生色团、助色团和吸收带等1. 1. 生色团（或发色团）生色团（或发色团）从广义来说，所谓从广义来说，所谓生色团生色团，是指分子中可以吸收光子而产生电，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸收紫外、可见光的能吸收紫外、可见光的原子团或

33、结构系统定义为原子团或结构系统定义为生色团（生色团（含有含有 键的不饱和基团键的不饱和基团）。最有用的紫外最有用的紫外可见光谱是由可见光谱是由和和n跃迁产生的。这两跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。常见生色团如下常见生色团如下表。表。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系常见生色团常见生色团常见生色团常见生色团第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系2. 2. 助色团助色团含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团收强度的一些官能团，称之

34、为助色团。一般是带有非键电子一般是带有非键电子(孤对电子孤对电子)的单键基团如的单键基团如-NH2、-OH、-OR、-NHR、-SH、-SR、-X等。等。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系3 3. . 红移红移与与蓝移、增色与减色蓝移、增色与减色 有有机机化化合合物物的的吸吸收收谱谱带带常常常常因因引引入入取取代代基基或或改改变变溶溶剂剂使使最最大大吸吸收收波波长长max和和吸吸收收强强度度发发生生变变化化:max向向长长波波方方向向移移动动称称为为红红移移，向向短短波波方方向向移移动动称称为为蓝蓝移移(或或紫紫移移)。吸吸收收强强度度即即摩摩尔尔吸吸光光系系数数K增增大大或或减减小小的

35、的现现象象分分别别称称为为增增色色效应效应或或减色减色效应效应。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系4. 4. 吸收带吸收带4.1R吸收带R带是由化合物的带是由化合物的n*跃迁产生的吸收带，它具有杂原子不饱跃迁产生的吸收带，它具有杂原子不饱和基团和基团.特点特点:处于较长波长范围（约处于较长波长范围（约300nm），），E小，小，max在在250400nm，是弱吸收，是弱吸收,一般一般K104Lmol-1cm-1，为强带。，为强带。随着共轭体系的增长，随着共轭体系的增长，K带向长波方向移动，带向长波方向移动，K吸收带是共轭吸收带是共轭分子的特征吸收带。分子的特征吸收带。第三节 紫外可见吸收

36、光谱与分子结构的关系4.3B吸收带:是芳香族化合物的特征吸收带是芳香族化合物的特征吸收带.由它的由它的 *跃迁产生跃迁产生.特点特点：K 102Lmol-1cm-1吸收峰在吸收峰在230270之间之间.4.4E吸收带由由芳香族化合物的芳香族化合物的 *迁越所迁越所产生，是产生，是它的特征它的特征吸收，分吸收，分为为E1和和E2带，分别带，分别出现出现在在185nm处和处和204nm处处。特点特点:E带波长比带波长比B带带短，属于短，属于强强吸收；苯环吸收；苯环上有发色团取代上有发色团取代并与其共轭并与其共轭时，时，E带常与带常与K带带合并，吸收合并，吸收峰向长波方向移动峰向长波方向移动.第三节

37、 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系苯苯：E1带带180 184nm =47000E2带带200 204nm =7000苯苯环环上上三三个个共共扼扼双双键键的的 *跃迁特征吸收跃迁特征吸收带：带：B带带230 270nm =200 *与与苯环振动引起；苯环振动引起；含含取取代代基基时时，B带带简简化化，红红移。移。 max（nm） max苯苯254200甲苯甲苯261300间二甲苯间二甲苯2633001，3，5-三甲苯三甲苯266305六甲苯六甲苯272300第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系乙酰苯乙酰苯乙酰苯乙酰苯羰基双键与苯环共扼：羰基双键与苯环

38、共扼：1）K带带强强；苯苯的的E2带带与与K带合并，红移；带合并，红移；2）取代基使）取代基使B带简化；带简化；3）氧上的孤对电子：）氧上的孤对电子：R带，禁阻跃迁，弱；带，禁阻跃迁，弱；CCH3On ; ; R带带 ; ; K带带第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系（三）影响（三）影响紫外可见光谱的因素紫外可见光谱的因素1 1. .共轭效应共轭效应：使使吸收的波长吸收的波长向长波向长波方向方向移动移动，吸收强度加强。，吸收强度加强。2 2. .助色效应助色效应：使使助色团的助色团的n电子电子与发与发色团色团的的 电子共轭，使吸收峰的波长电子共轭，使吸收峰的波长向长向长波方向波方向移动，移

39、动，吸收强度加强吸收强度加强。3 3. .超共轭效应超共轭效应：由于烷基由于烷基的的 键与共轭体系键与共轭体系的的 键共轭而引起的，使吸收峰向长键共轭而引起的，使吸收峰向长波方向移动，吸收强度加强。波方向移动，吸收强度加强。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系4.4.溶剂效应：溶剂效应：选择溶剂时，既要使溶剂本身在测定波长范围内无吸收，又要选择溶剂时，既要使溶剂本身在测定波长范围内无吸收，又要考虑它对被测物质的吸收光谱可能产生的影响。主要有：考虑它对被测物质的吸收光谱可能产生的影响。主要有：对对最大吸收波长的影响最大吸收波长的影响一般来说，随着溶剂极性增大，一般来说，随着溶剂极性增大，*跃

40、迁吸收峰向长波长方跃迁吸收峰向长波长方向移动，而向移动，而n*跃迁吸收峰向短波长方向移动。跃迁吸收峰向短波长方向移动。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系溶剂溶剂溶剂溶剂极性对吸收光谱精细结构的影响极性对吸收光谱精细结构的影响极性对吸收光谱精细结构的影响极性对吸收光谱精细结构的影响四氮杂苯四氮杂苯的的吸收光谱吸收光谱1.1.蒸气状态蒸气状态2.2.环己烷中环己烷中3.3.水中水中( (溶剂化溶剂化, ,精细结构消失精细结构消失) )500500600600 (nm)(nm)1 12 23 3N NN NC CN

41、 NN NC CH HH H第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系1：乙醚乙醚2：水水12250300苯苯酰酰丙丙酮酮非极性非极性极性极性n *跃迁跃迁：蓝：蓝移移； *跃迁：红移；跃迁：红移；极性溶剂使精细结构极性溶剂使精细结构消失；消失；第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系选择溶剂的原则：选择溶剂的原则：（1）比较未知物质与已知的吸收光谱时，必）比较未知物质与已知的吸收光谱时，必须采用相同的溶剂。须采用相同的溶剂。（2）应尽可能的使用非极性溶剂，以便获得）应尽可能的使用非极性溶剂，以便获得物质吸收光谱物质吸收光谱的特征精细结构。的特征精细结构。（3）所选溶剂在需要测定的波长范围内无吸

42、）所选溶剂在需要测定的波长范围内无吸收或吸收很小收或吸收很小。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系（四）各（四）各类有机化合物的紫外类有机化合物的紫外- -可见特征吸收光谱可见特征吸收光谱1.1.饱和烃及其衍生物饱和烃及其衍生物饱和烃及其衍生物饱和烃及其衍生物：* *、 n n * * *： maxmax 150nm150nm n n * *HH2 2OCHOCH3 3ClCHClCH3 3BrCHBrCH3 3I I maxmax/nm/nm： 167167173204173204258258取代元素的极性取代元素的极性取代元素的极性取代元素的极性直接用直接用直接用直接用烷烃或卤代烃烷烃

43、或卤代烃烷烃或卤代烃烷烃或卤代烃的吸收光谱来分析这些化合物的实的吸收光谱来分析这些化合物的实的吸收光谱来分析这些化合物的实的吸收光谱来分析这些化合物的实用价值不大，用价值不大，用价值不大，用价值不大，是极好的溶剂。是极好的溶剂。是极好的溶剂。是极好的溶剂。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系2.2.不不不不饱和烃及共轭烯烃：饱和烃及共轭烯烃：饱和烃及共轭烯烃：饱和烃及共轭烯烃：* *、* *含有孤立双键（或三键）的化合物含有孤立双键（或三键）的化合物含有孤立双键（或三键）的化合物含有孤立双键（或三键）的化合物跃迁所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端跃迁所需能量较小，吸收波长处于远紫

44、外区的近紫外端或近紫外区，或近紫外区，max一般在一般在104Lmol1cm1以上，属于强吸收。以上，属于强吸收。含有孤立双键的化合物含有孤立双键的化合物 ：烯烃能产生：烯烃能产生 跃迁跃迁，吸收峰位，吸收峰位于远紫外区于远紫外区。第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系含有含有含有含有共轭共轭共轭共轭双键（或三键）的化合物双键（或三键）的化合物双键（或三键）的化合物双键（或三键）的化合物含有共轭双键的化合物：由于共轭效应的存在，使含有共轭双键的化合物：由于共轭效应的存在，使 跃迁跃迁所需能量减小，从而使其吸收波长和吸收程度随着共轭体系的所需能量减小，从而使其吸收波长和吸收程度随着共轭体系的增

45、加而增加。增加而增加。 E E E E 4* 5* 6* 3 2 1 3 2 1 4 5* 6* 7* 8* 3* 4* 2 1 1 2*第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系 max max结构式结构式化合物化合物5.21043.51042.11041.0104296258217162CC辛四烯辛四烯己三烯己三烯丁二烯丁二烯乙烯乙烯双键数物质名称 max(nm)max5癸五烯335（浅黄）1.21056二甲基十二碳六烯360（黄）1.4 1058胡萝卜素415（橙）2.1 10511番茄红素470（红）1.9 105第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系162nm 217nm (HOMO

46、LUMO) max 基基-是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值。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：无环、非稠环二烯母体： max=217 nm共轭烯烃（不多于四个双键）共轭烯烃（不多于四个双键） *跃迁吸收峰位置可由跃迁吸收峰位置可由伍德沃德伍德沃德菲泽菲泽 规则估算。规则估算。 max= 基基+ ni i 共轭烯烃中的共轭烯烃中的 *第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体： max=214nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：同环（非稠环或稠环）二烯母体： max=253nmni I - 由双键上取代基种类和个数决定的校正

47、项。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每增加一个共轭双键+30(2)环外双键环外双键+5(3)双键上取代基：双键上取代基：酰基（酰基（-OCOR） 0 卤素卤素（-Cl，-Br） +5烷基（烷基（-R） +5 烷烷氧基（氧基（-OR） +6 第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系羰基羰基羰基羰基化合物化合物化合物化合物 Y=H,Rn *180-190nm *150-160nmn *275-295nmY=-NH2,-OH,-OR等助色等助色基团基团lK 带红移，带红移，R 带蓝移；带蓝移；lR带带 max=205nm； 10-100不饱和醛酮不饱和醛酮lK带红移：

48、带红移：165250nmlR带红移：带红移：290310nmK K R R n n 165nm n 芳香烃芳香烃芳香烃芳香烃及其杂环化合物及其杂环化合物及其杂环化合物及其杂环化合物第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系苯环上助色基团对吸收带的影响（苯环上助色基团对吸收带的影响（红移，吸收强度增强红移，吸收强度增强）B带，max(nm)苯256萘314蒽380丁省480(黄)戊省580(蓝)稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃及杂环化合物第三节 紫外可见吸收光谱与分子结构的关系第 四 节 紫外可见分光光度计（一）仪器的基本构造（一）仪器的基本构造吸收池吸收池0.575光源光源单色器单色器检测器检测器信

49、号显信号显示器示器光源光源单色器单色器样品室样品室检测器检测器显示显示第 四 节 紫外可见分光光度计1.1.光源光源光源光源在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。的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在源，其辐射波长范围在3202500nm。紫外区：氢、氘灯。发紫外区：氢、氘灯。发射射165350nm的连续光谱。的连续光谱。紫外光区波长的有效范围紫外光区波长的有效范围为为200350nm。第 四 节 紫外可见分光光度计将光源发

50、射的复合光分解成单色光并可从中选出一任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。波长单色光的光学系统。 入射狭缝：入射狭缝：光源的光由此进入单色器；光源的光由此进入单色器； 准光装置：准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：色散元件：将复合光分解成单色光；将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；棱镜或光栅；聚焦装置：聚焦装置：透镜或凹面透镜或凹面反射镜，将分光后所得单反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝出射狭缝。2.2.单色器单色器单色器单色器第 四 节 紫外可见分光光度计入射狭缝入射狭缝准

51、直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800600500400棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。玻璃同。玻璃3502000nm,石英石英1854000nm。第 四 节 紫外可见分光光度计3.3.样品室样品室样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池（比色样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。池，可见区一般用玻璃池。4.4.检测器检测器检测器检测器

52、利用光电效应将透过吸收池的光信号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、光变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。电管或光电倍增管。5.5.结果显示记录系统结果显示记录系统结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。动控制和结果处理。第 四 节 紫外可见分光光度计第 四 节 紫外可见分光光度计（二）仪器的类型（二）仪器的类型1.1.单光束分光光度计单光束分光光度计单光束分光光度计单光束分光光度计第 四 节 紫外可见分光光度计6212 11 10987453国产国产721型分光光度计光

53、路示意图型分光光度计光路示意图1-光光源源灯灯；2-聚聚光光透透镜镜；3-反反射射镜镜；4-狭狭缝缝；5-保保护护玻玻璃璃；6-准准直直镜镜；7-色色散散棱棱镜镜；8-聚聚光光透透镜镜；9-比比色色皿皿；10-光光闸闸板板；11-保护玻璃；保护玻璃；12-光电管光电管第 四 节 紫外可见分光光度计812349101112141516765131617751G分光光度计光学系统立体图分光光度计光学系统立体图1.氢灯；氢灯；2.凹面反射镜；凹面反射镜；3.钨灯；钨灯；4.平面反光镜；平面反光镜；5.石英透镜；石英透镜；6.石英窗；石英窗；7.准准直镜；直镜；8.石英棱镜石英棱镜9.弯曲狭缝；弯曲狭

54、缝；10.滤光片架；滤光片架；11.比色皿；比色皿；12.比色皿推拉杆比色皿推拉杆13.暗电流闸；暗电流闸；14.紫敏光电管紫敏光电管15.红敏光电管；红敏光电管；16.光电管滑动架；光电管滑动架；17.放大器放大器第 四 节 紫外可见分光光度计PD单色器单色器参比电路参比电路光源光源R参比吸收池参比吸收池调制器调制器检测器检测器M1M2M3M4AS样品吸收池样品吸收池B参比电路参比电路读数器读数器样品电路样品电路SwSw自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格

55、较高。的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。2.2.双光束分光光度计双光束分光光度计双光束分光光度计双光束分光光度计第 四 节 紫外可见分光光度计3.3.双光束分光光度计双光束分光光度计双光束分光光度计双光束分光光度计双波长分光光度计与单波长分光光度计的主要区别在于采用双双波长分光光度计与单波长分光光度计的主要区别在于采用双单色器，如下图所示。单色器，如下图所示。单色器单色器光光源源单色器单色器检测器检测器切切光光器器狭狭缝缝吸吸收收池池第 五 节 光谱法的误差和测量条件的选择为为了了减减少少浓浓度度的的相相对对误误差差，提提高高测测量量的的准准确确度度，一一般般应应控控制制紫紫外外

56、可可见见分分光光光光度度法法待待测测液液的的吸吸光光度度范范围围在在A=0.20.7(透射率透射率T=6520%)。当当溶溶液液的的吸吸光光度度不不在在此此范范围围时时，可可以以通通过过改改变变称称样样量量、稀稀释溶液及选择不同厚度的吸光池来控制吸光度。释溶液及选择不同厚度的吸光池来控制吸光度。2.2.紫紫紫紫外可见吸收光谱法测量条件的选择外可见吸收光谱法测量条件的选择外可见吸收光谱法测量条件的选择外可见吸收光谱法测量条件的选择吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用（一）定性分析（一）定性分析定性分析的根据：定性分析

57、的根据：根据根据吸收光谱的形状吸收光谱的形状，吸收峰的数目吸收峰的数目及及最大吸收最大吸收波长的位波长的位置置和相应的和相应的摩尔吸收系数摩尔吸收系数进行定性鉴定。进行定性鉴定。有机化合物的鉴定，一般采用有机化合物的鉴定，一般采用光谱比较法光谱比较法。l将将未知纯化合物的吸收光谱未知纯化合物的吸收光谱特征与特征与已知纯化合物的吸收光已知纯化合物的吸收光谱进行比较。谱进行比较。l但是但是必须结合必须结合红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法等方等方法才能得到准确的信息。法才能得到准确的信息。标准谱图库：标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱种化合物紫外光谱的

58、标准谱图图Thesadtlerstandardspectra,Ultraviolet精细结构精细结构B带带(III)K带带(II,E2)E带带(I,E1)（二）结构分析（二）结构分析1.1.可获得的结构信息可获得的结构信息可获得的结构信息可获得的结构信息（1）200-400nm无无吸吸收收峰峰。饱饱和和化化合合物，单烯。物，单烯。（ 2） 270-350nm有有 吸吸 收收 峰峰 （ =10-100）醛酮醛酮n* 跃迁产生的跃迁产生的R带。带。（3）250-300nm有有中中等等强强度度的的吸吸收收峰峰（=200-2000），芳芳环环的的特特征征吸吸收收（具具有精细解构的有精细解构的B带）带）

59、。（4）200-250nm有有强强吸吸收收峰峰（ 104），表表明明含含有有一一个个共共轭轭体体系系（K）带带。共共轭轭二二烯烯：K带带（ 230nm）；不不饱饱和和醛醛酮酮：K带带 230nm，R带带 310-330nm第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用2.2.判断同分异构体判断同分异构体判断同分异构体判断同分异构体例：乙酰乙酸乙酯例：乙酰乙酸乙酯酮式：max=204nm；无共轭烯醇式：max=243nm，分子内氢键，非极性溶剂中第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用例：肉桂酸例：肉桂酸顺顺式空间位阻大，共平面性差，不易产生共轭；式空间位阻大，共平面性差，

60、不易产生共轭；反式空间位阻小，共平面，易产生共轭效应，反式空间位阻小，共平面，易产生共轭效应，max大。大。280nm=13500295nm=27000第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用（三）定量分析（三）定量分析1.1.单组份定量方法单组份定量方法单组份定量方法单组份定量方法标准曲线法标准曲线法配制配制一系列不同浓度的标准溶液，在一系列不同浓度的标准溶液，在最佳处分别测定标最佳处分别测定标准溶液的吸光度准溶液的吸光度A，然后以浓度为横坐标，以相应的吸光度为，然后以浓度为横坐标，以相应的吸光度为纵坐标绘制出标准曲线，在完全相同的条件下测定试液的吸光纵坐标绘制出标准曲线，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。的测定。第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用吸光度吸光度吸光度吸光度A A与浓度与浓度与浓度与浓度c c 的关系的关系的关系的关系第 六 节 紫外可见吸收光谱法的应用