紫外吸收光譜分析

1、4. 了解紫外吸收光譜法的定性分析和定量分析方法了解紫外吸收光譜法的定性分析和定量分析方法及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：1.分子吸收光譜的產(chǎn)生及特征；分子吸收光譜的產(chǎn)生及特征；2.紫外吸收光譜法的定性分析和定量分析紫外吸收光譜法的定性分析和定量分析教學(xué)目的及要求教學(xué)目的及要求 1. 理解分子吸收光譜的產(chǎn)生及特征；理解分子吸收光譜的產(chǎn)生及特征；2. 了解紫外分光光度計(jì)的主要部件及其類(lèi)型；了解紫外分光光度計(jì)的主要部件及其類(lèi)型；3. 掌握紫外吸收光譜儀操作條件的選擇；掌握紫外吸收光譜儀操作條件的選擇； 在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收選擇性吸收

2、而建立而建立起來(lái)的分析方法稱(chēng)為吸光光度法起來(lái)的分析方法稱(chēng)為吸光光度法, ,主要有主要有: : 紅外吸收光譜：分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，紅外吸收光譜：分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，吸收光波長(zhǎng)范吸收光波長(zhǎng)范圍圍2.5 1000 m , 主要用于主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。 紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍吸收光波長(zhǎng)范圍200 380 nm(近紫外區(qū)近紫外區(qū))，可用于可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。 可見(jiàn)吸收光譜：電子躍遷光譜，可見(jiàn)吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍吸收光波長(zhǎng)范圍380 750 nm，主要用于主要用于有色物質(zhì)的定量分析。有色物質(zhì)的

3、定量分析。 1 與其它光譜分析方法相比，其儀器設(shè)備和與其它光譜分析方法相比，其儀器設(shè)備和操作都比較操作都比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，分析速度快簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，分析速度快;2 靈敏度高靈敏度高;3 選擇性好選擇性好;4 精密度和準(zhǔn)確度較高精密度和準(zhǔn)確度較高; ;5 用途廣泛。用途廣泛。物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動(dòng)形式：物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動(dòng)形式： 1.1.電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)，電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)， 2.2.原子核在其平衡位置附近的相對(duì)振動(dòng)原子核在其平衡位置附近的相對(duì)振動(dòng) 3.3.分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。 其中其中Ee：1-20eV; Ev：0.05-1eV; Er： n * * n *所

4、需能量最大所需能量最大，電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)遠(yuǎn)紫外區(qū)(吸收波長(zhǎng)吸收波長(zhǎng) 200nm，只能被真空紫外分，只能被真空紫外分光光度計(jì)檢測(cè)到光光度計(jì)檢測(cè)到)。如甲烷的。如甲烷的max為為125nm, 乙烷乙烷max為為135nm。 所需能量較小，吸收波長(zhǎng)處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近所需能量較小，吸收波長(zhǎng)處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，摩爾吸光系數(shù)紫外端或近紫外區(qū)，摩爾吸光系數(shù)max一般在一般在104Lmol1cm1以上，屬于以上，屬于強(qiáng)吸收強(qiáng)吸收。不飽和烴、不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類(lèi)均可

5、發(fā)生該類(lèi)躍遷共軛烯烴和芳香烴類(lèi)均可發(fā)生該類(lèi)躍遷。吸收峰隨雙鍵共軛程度的增加向長(zhǎng)波方向移動(dòng)吸收峰隨雙鍵共軛程度的增加向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。化合物化合物 maxCH2=CH2 171 nmCH2=CH2-CH2=CH2 217 nmCH2=CH2-CH2=CH2-CH2=CH2 258 nm（4） 躍遷躍遷不飽和鍵中雜原子上的不飽和鍵中雜原子上的n電子到電子到*軌道軌道的躍遷。的躍遷。吸收峰在近紫外吸收峰在近紫外可見(jiàn)區(qū)，可見(jiàn)區(qū)，值小。值小。 躍遷與躍遷與 躍遷的比較躍遷的比較 躍遷機(jī)率大，是強(qiáng)吸收帶；躍遷機(jī)率大，是強(qiáng)吸收帶； 躍遷機(jī)率小，是弱吸收帶。躍遷機(jī)率小，是弱吸收帶。（二）（二） 常用術(shù)語(yǔ)常用術(shù)語(yǔ)

6、1)1)生色團(tuán)生色團(tuán) 最有用的紫外最有用的紫外可見(jiàn)光譜是由可見(jiàn)光譜是由和和n n躍遷躍遷產(chǎn)生的。這類(lèi)產(chǎn)生的。這類(lèi)含有含有鍵的不飽和基團(tuán)稱(chēng)為生色團(tuán)鍵的不飽和基團(tuán)稱(chēng)為生色團(tuán)。常見(jiàn)生色團(tuán)的吸收光譜常見(jiàn)生色團(tuán)的吸收光譜2) 助色團(tuán)助色團(tuán)有機(jī)化合物的吸收譜帶常因引有機(jī)化合物的吸收譜帶常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪杖肴〈蚋淖內(nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩL(zhǎng)波長(zhǎng)max和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化. max向長(zhǎng)波方向移動(dòng)稱(chēng)為紅移向長(zhǎng)波方向移動(dòng)稱(chēng)為紅移，向短波方向移動(dòng)稱(chēng)為藍(lán)移向短波方向移動(dòng)稱(chēng)為藍(lán)移 (或或紫移紫移)。吸收強(qiáng)度即摩爾吸光系。吸收強(qiáng)度即摩爾吸光系數(shù)數(shù)增大或減小增大或減小的現(xiàn)象分別稱(chēng)為的現(xiàn)象分別稱(chēng)為

7、增色效應(yīng)或減色效應(yīng)增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示，如圖所示。3) 紅移和藍(lán)移紅移和藍(lán)移 (或紫移或紫移) 1. 飽和烴及其取代衍生物飽和烴及其取代衍生物 飽和烴類(lèi)：飽和烴類(lèi)： 分子中只含有分子中只含有 鍵鍵，因此只能產(chǎn)生，因此只能產(chǎn)生*躍遷，躍遷，最最大吸收峰一般大吸收峰一般小于小于150nm，已超出紫外可見(jiàn)分光光度，已超出紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的測(cè)量范圍，處于真空紫外區(qū)。計(jì)的測(cè)量范圍，處于真空紫外區(qū)。 飽和烴的取代衍生物：飽和烴的取代衍生物： 如鹵代烴，其鹵素原子上存在如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生電子，可產(chǎn)生n* 的躍遷。的躍遷。 n* 的能量低于的能量低于*。其相應(yīng)的。其相應(yīng)的吸收波

8、長(zhǎng)吸收波長(zhǎng)小于小于200nm 直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的物的實(shí)用價(jià)值不大。但是它們是測(cè)定紫外吸收光譜的實(shí)用價(jià)值不大。但是它們是測(cè)定紫外吸收光譜的良好溶劑。例：己烷、氯仿。良好溶劑。例：己烷、氯仿。 (A) 非共軛不飽和烯烴非共軛不飽和烯烴 除含有除含有 鍵鍵外，還含有外，還含有 鍵鍵，它們可以產(chǎn)生，它們可以產(chǎn)生*和和*兩種躍遷。兩種躍遷。 *躍遷的能量小于躍遷的能量小于 *躍躍遷。例如，在乙烯分子中，遷。例如，在乙烯分子中， *躍遷最大吸收波長(zhǎng)躍遷最大吸收波長(zhǎng)為為180nm左右。左右。 C=C 發(fā)色基團(tuán)，發(fā)色基團(tuán)， 但但 * 2

9、00nm。 max=177nm （B B）共軛烯烴）共軛烯烴 * * 在在不飽和烴類(lèi)分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的不飽和烴類(lèi)分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的雙鍵共軛雙鍵共軛時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)延長(zhǎng)， * *躍遷的吸收帶將躍遷的吸收帶將明顯明顯向向長(zhǎng)波長(zhǎng)波方向方向移動(dòng)移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)增強(qiáng)。共軛雙。共軛雙鍵鍵愈多愈多，紅移，紅移愈顯著愈顯著，甚至產(chǎn)生顏色。，甚至產(chǎn)生顏色。 在在共軛體系中，共軛體系中， * *躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱(chēng)躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱(chēng)為為K K帶帶。 K K帶帶共軛非封閉體系的共軛非封閉體系的* *躍遷躍遷 C=O基團(tuán)可產(chǎn)生基團(tuán)可產(chǎn)生n* 、 n*、 *三個(gè)

10、吸收三個(gè)吸收帶，帶， n* 吸收帶又稱(chēng)吸收帶又稱(chēng)R帶帶，落于近紫外或紫外光區(qū)，落于近紫外或紫外光區(qū)， R帶帶吸收較吸收較弱弱（醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于在結(jié)構(gòu)上的差異，它們都含有羰基。由于在結(jié)構(gòu)上的差異，它們n*吸收帶吸收帶的光區(qū)稍有不同。的光區(qū)稍有不同。n 苯苯*躍遷的三個(gè)吸收帶躍遷的三個(gè)吸收帶E1帶帶: : 180 nm =60000E2帶帶: : 204 nm =8000B帶帶: : 256 nm =200l苯有三個(gè)吸收帶，苯有三個(gè)吸收帶，是由是由 * *與與苯苯環(huán)振動(dòng)能級(jí)躍遷環(huán)振動(dòng)能級(jí)躍遷疊加引起；疊加引起；B

11、B帶也帶也稱(chēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收稱(chēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶帶. .苯環(huán)上的取代基使苯環(huán)上的取代基使 B帶簡(jiǎn)化、紅移，帶簡(jiǎn)化、紅移，吸收強(qiáng)度增大吸收強(qiáng)度增大。苯苯甲苯甲苯苯胺苯胺苯環(huán)與羰基雙鍵苯環(huán)與羰基雙鍵共軛共軛羰基雙鍵：羰基雙鍵：K K帶和帶和R R帶紅移；帶紅移；苯環(huán)：苯環(huán)：B B帶簡(jiǎn)化，帶簡(jiǎn)化，E E2 2帶與帶與K K帶重合且紅移帶重合且紅移乙酰苯的紫外吸收光譜乙酰苯的紫外吸收光譜稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物苯的三個(gè)吸收帶紅移，且強(qiáng)度增加。苯環(huán)的苯的三個(gè)吸收帶紅移，且強(qiáng)度增加。苯環(huán)的數(shù)目越多，波長(zhǎng)紅移越多。數(shù)目越多，波長(zhǎng)紅移越多。蒽蒽萘萘芘芘 Mn+ + Lb- M(n-1)+L(b+1)-

12、hFe3+SCN-2+ Fe2+SCN2+h M為中心離子，是電子接受體，為中心離子，是電子接受體，L是配體，為電子給是配體，為電子給予體。受輻射能激發(fā)后，使一個(gè)電子從給予體外層予體。受輻射能激發(fā)后，使一個(gè)電子從給予體外層軌道向接受體躍遷而產(chǎn)生軌道向接受體躍遷而產(chǎn)生電荷遷移吸收光譜電荷遷移吸收光譜。xydyzdxzd2zd22yxd xydxzdyzd2zd22yxd 八面體場(chǎng)八面體場(chǎng)E配位場(chǎng)躍遷屬禁戒躍遷，吸收強(qiáng)度弱，配位場(chǎng)躍遷屬禁戒躍遷，吸收強(qiáng)度弱，max 102，不適合用于定量分析，但可用于研究配合物的結(jié)不適合用于定量分析，但可用于研究配合物的結(jié)構(gòu)及無(wú)機(jī)配合鍵理論等。構(gòu)及無(wú)機(jī)配合鍵理論等

13、。藍(lán)色藍(lán)色 263)NH(Cu溶劑對(duì)溶劑對(duì)亞異丙基丙酮亞異丙基丙酮吸收帶的影響吸收帶的影響 一般來(lái)說(shuō)一般來(lái)說(shuō),隨著溶劑極性增大隨著溶劑極性增大, * 躍遷吸收峰躍遷吸收峰紅移紅移, n * 躍遷吸收峰躍遷吸收峰紫移紫移CHCH3CHCH3COCH3NCNNCNH H氣態(tài)氣態(tài)溶劑：環(huán)己烷溶劑：環(huán)己烷溶劑：水溶劑：水對(duì)稱(chēng)四嗪在蒸氣態(tài)、環(huán)己烷和水中的吸收光譜對(duì)稱(chēng)四嗪在蒸氣態(tài)、環(huán)己烷和水中的吸收光譜CH2CH2185CHCH2CH CH2217CHCH2CHCHCH CH2258CHCH2CHCH()2296共軛雙鍵數(shù)增加，波長(zhǎng)紅移共軛雙鍵數(shù)增加，波長(zhǎng)紅移例下列兩對(duì)異構(gòu)體，能否用紫外光譜加以區(qū)別？例下

14、列兩對(duì)異構(gòu)體，能否用紫外光譜加以區(qū)別？（）（）CH=CHCOCH3CH=CHCOCH3（）（）解；可以，（）中第一解；可以，（）中第一個(gè)化合物含有三個(gè)共軛雙個(gè)化合物含有三個(gè)共軛雙鍵，最大吸收波長(zhǎng)比第二鍵，最大吸收波長(zhǎng)比第二種化合物要長(zhǎng)，強(qiáng)度也較種化合物要長(zhǎng)，強(qiáng)度也較高同理（）中第二個(gè)高同理（）中第二個(gè)化合物含有三個(gè)共軛雙化合物含有三個(gè)共軛雙鍵鍵圖圖 紫外分光光度計(jì)紫外分光光度計(jì)1：光源；：光源；2：?jiǎn)紊?；：?jiǎn)紊鳎?：吸收池；：吸收池；4：檢測(cè)器；：檢測(cè)器；5：信號(hào)指示系統(tǒng)：信號(hào)指示系統(tǒng)一、一、 主要部件與性能主要部件與性能基本要求基本要求所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)

15、輻射連續(xù)輻射足夠的輻射足夠的輻射強(qiáng)度強(qiáng)度良好的良好的穩(wěn)定性穩(wěn)定性輻射輻射能量能量隨波長(zhǎng)的隨波長(zhǎng)的變化變化應(yīng)盡可能應(yīng)盡可能小小連續(xù)光源連續(xù)光源可見(jiàn)區(qū)可見(jiàn)區(qū) 鎢燈鎢燈, 碘鎢燈碘鎢燈紫外區(qū)紫外區(qū) 氘燈氘燈, 氫燈氫燈0.575單光束分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì)適于在給定波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度或透光度，一般不適于在給定波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高的穩(wěn)定性。高的穩(wěn)定性。光通光通量的量的比值比值 自動(dòng)記錄，快速全波段掃描。自動(dòng)記錄，快速全波段掃描。可消除光源可消除光源不穩(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度變化等因素的影響不穩(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度

16、變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。測(cè)量信號(hào)：測(cè)量信號(hào)：221121)(0)(0lglg IIIIAAA 111)(0lg IIA 222)(0lg IIA 12lg IIA )(0)(021 II bAbcA111 bAbcA222 兩波長(zhǎng)處的背景兩波長(zhǎng)處的背景吸收相等吸收相等bcA)(12 定量分析關(guān)系式：定量分析關(guān)系式：自動(dòng)校正背景吸收原理自動(dòng)校正背景吸收原理9-6 紫外吸收光譜的應(yīng)用紫外吸收光譜的應(yīng)用 物質(zhì)的物質(zhì)的紫外吸收光譜基本上是其分子中生色團(tuán)和主紫外吸收光譜基本上是其分子中生色團(tuán)和主色團(tuán)的特性，不是整個(gè)分子的特性色團(tuán)的

17、特性，不是整個(gè)分子的特性。 因此，單憑紫外光譜不能完全確定物質(zhì)的分子結(jié)因此，單憑紫外光譜不能完全確定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，還需要與其它物理化學(xué)手段結(jié)合（構(gòu)，還需要與其它物理化學(xué)手段結(jié)合（IR, NMR, MS）,才能得到可靠的結(jié)論。才能得到可靠的結(jié)論。 利用紫外光譜可以提供一些有價(jià)值的分析數(shù)據(jù)。利用紫外光譜可以提供一些有價(jià)值的分析數(shù)據(jù)。紫外吸收光譜紫外吸收光譜主要用于有機(jī)化合物的分析和鑒定，同主要用于有機(jī)化合物的分析和鑒定，同分異構(gòu)體的鑒別，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定分異構(gòu)體的鑒別，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定等。等。酮式酮式?jīng)]有共軛雙鍵，它在沒(méi)有共軛雙鍵，它在204nm處僅有弱吸收；而處僅有弱吸收；而烯烯醇式醇式由于有由于有共軛雙鍵共軛雙鍵，因此在，因此在245nm處有處有強(qiáng)的強(qiáng)的K吸收吸收帶帶（=18000Lmol-1cm-1)。乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯乙醇乙醇含含10ppm苯的乙醇苯的乙醇乙醇乙醇含含10ppm苯的乙醇苯的乙醇苯溶液苯溶液含含10-6M蒽蒽的苯溶液