第五章 紫外-可見分子吸收光譜法(定稿)

1、Ultraviolet and visible spectrophotometry UVVISn紫外可見分子吸收光譜紫外可見分子吸收光譜: :研究分子對(duì)研究分子對(duì)190190750nm750nm范圍內(nèi)光的吸收。光譜主要產(chǎn)生于范圍內(nèi)光的吸收。光譜主要產(chǎn)生于分子價(jià)電子分子價(jià)電子在電在電子能級(jí)間的躍遷，是研究物質(zhì)子能級(jí)間的躍遷，是研究物質(zhì)電子光譜電子光譜的分析方法。的分析方法。特點(diǎn)：特點(diǎn)：應(yīng)用廣泛定量、定性及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)分析； 適用于常量、微量及多組分的測(cè)定。 5-1 5-1 光吸收定律光吸收定律bcIITA0lglgabcIITA0lglgabcbcIITA0lglgIIIIA0lglg溶液溶劑0I

2、IIIT溶劑溶液114190100 . 5219. 0cmgLbcAa114101 . 119085.55cmmolLMabccccAAAAAnnn)(332211321總-24-42-272CrO2H2HCrO2OH2 OCrbcbcIIIAII000010 ,IlgA, 10 ,IIlgA ,A則，吸光度為對(duì)于則，吸光度為對(duì)于)1010()(lg )()(lg ),I I 00000000bcbcIIIIAIIIIAII或因此，所得吸光度為：強(qiáng)度為（射光），透為（復(fù)合光時(shí)，入射光強(qiáng)度非直線關(guān)系。與，成直線關(guān)系。時(shí)，當(dāng)cA Abc52 紫外可見分光光度計(jì)紫外可見分光光度計(jì)一一 、儀器的基本部

3、件、儀器的基本部件光源光源單色器單色器參比參比樣品樣品檢測(cè)器檢測(cè)器顯示器顯示器 只有一條光路，通過變換參比池和樣品池的位只有一條光路，通過變換參比池和樣品池的位置，使它們分別置于光路來進(jìn)行測(cè)定。置，使它們分別置于光路來進(jìn)行測(cè)定。 （二）雙光束分光光度計(jì) M1 R T M3 PM M2 M4 光源 S M0 單色器同步旋轉(zhuǎn)鏡單色器參比樣品檢測(cè)器顯示器斬光器光源光源單色器單色器吸收池檢測(cè)器斬光器用兩種不同波長(zhǎng)的單色光束交替照射到樣品溶液用兩種不同波長(zhǎng)的單色光束交替照射到樣品溶液上，不需使用參比溶液，測(cè)得的是樣品在兩種波上，不需使用參比溶液，測(cè)得的是樣品在兩種波長(zhǎng)下的吸光度之差長(zhǎng)下的吸光度之差激發(fā)態(tài)

4、基態(tài)b末端吸收最強(qiáng)峰肩峰峰谷次強(qiáng)峰 max min A max min A單色光I0IbbcIITA0lglg的物理意義：數(shù)值上等于1mol/L的吸光物質(zhì)在1cm光程中的吸光度（1）吸光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)和溶劑中的一個(gè)特 征常數(shù) ，定性的主要依據(jù)（2）值愈大，方法的靈敏度愈高OH：* n* * n*分子中電子的能級(jí)和躍遷 -OH AA 圖 苯在乙醇中的紫外吸收光譜 K-E合并帶合并帶 245 B 255 nm 200COCH3苯環(huán) 飽和烴及其衍生物飽和烴及其衍生物： 飽和烴只有飽和烴只有 電子，產(chǎn)生電子，產(chǎn)生所需能所需能量高量高 ，不產(chǎn)生紫外可見吸收，吸收在遠(yuǎn)紫外區(qū)，不產(chǎn)生紫外可見吸收，吸收在遠(yuǎn)紫

5、外區(qū) 飽和烴衍生物，如鹵代烴、醇、胺，可飽和烴衍生物，如鹵代烴、醇、胺，可產(chǎn)生產(chǎn)生 不飽和烴及其共軛烯烴不飽和烴及其共軛烯烴 過渡元素的d 軌道或鑭系、錒系的f 軌道為簡(jiǎn)并軌道，當(dāng)與配位體配合時(shí)，軌道簡(jiǎn)并解除，d 或f 軌道發(fā)生能級(jí)分裂。f 軌道f他們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f 電子可以分別躍遷到高能態(tài)的d 或f 軌道，從而產(chǎn)生吸收光譜。 吸收系數(shù) max 較小 (102)，很少用于定量分析；多用于研究配合物結(jié)構(gòu)及其鍵合理論。 電子接受體 電子給予體CCCCH3CH3CH3O苯酚的庚烷溶液-苯酚的乙醇溶液A5-4 紫外可見吸收光譜法的應(yīng)用紫外可見吸收光譜法的應(yīng)用 不同的有機(jī)化合物具有

6、不同的吸收光譜，可不同的有機(jī)化合物具有不同的吸收光譜，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析，但吸收光譜較簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析，但吸收光譜較簡(jiǎn)單，只能用于鑒定共軛發(fā)色團(tuán)，推斷未知物骨架，可進(jìn)行用于鑒定共軛發(fā)色團(tuán)，推斷未知物骨架，可進(jìn)行定量分析及測(cè)定配合物配位比和穩(wěn)定常數(shù)定量分析及測(cè)定配合物配位比和穩(wěn)定常數(shù)一一 、定性分析：、定性分析： ( (一）比較吸收光譜法一）比較吸收光譜法 根據(jù)化合物吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目、根據(jù)化合物吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目、強(qiáng)度、位置進(jìn)行定性分析強(qiáng)度、位置進(jìn)行定性分析 待測(cè)樣品待測(cè)樣品 相同條件相同條件 樣品譜樣品譜 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 標(biāo)準(zhǔn)譜標(biāo)準(zhǔn)譜n用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算不飽和

7、有機(jī)化合物的用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算不飽和有機(jī)化合物的1. 1. 共軛多烯的共軛多烯的maxmax計(jì)算計(jì)算 鏈狀共軛二烯鏈狀共軛二烯 單環(huán)共軛二烯單環(huán)共軛二烯 異環(huán)共軛二烯異環(huán)共軛二烯 同環(huán)共軛二烯同環(huán)共軛二烯 CCCCCH2max214nm214nm214nm253nm骨架母體增加值：增加一個(gè)共軛雙鍵增加值：增加一個(gè)共軛雙鍵 +30nm 增加一個(gè)烷基增加一個(gè)烷基 +5nm 增加一個(gè)環(huán)外雙鍵增加一個(gè)環(huán)外雙鍵 +5nm助色團(tuán)取代助色團(tuán)取代 ： Cl 或或Br +5 nm OR 烷氧基烷氧基 +6 nm 對(duì)連接在母體對(duì)連接在母體 電子體系上的不同取代基電子體系上的不同取代基以及其它結(jié)構(gòu)因素加以修正以及其它結(jié)

8、構(gòu)因素加以修正CH2CH3CH3CCCH2基本值基本值4nm兩個(gè)烷基取代兩個(gè)烷基取代 nm計(jì)算值計(jì)算值 max 224 nm實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 max 226 nm 基本值：基本值： 14 nm 加一個(gè)環(huán)外雙鍵加一個(gè)環(huán)外雙鍵nm 加四個(gè)烷基取代加四個(gè)烷基取代nm計(jì)算值計(jì)算值max 39 nm實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 max nmR基本值：按同環(huán)二烯基本值：按同環(huán)二烯nm加一個(gè)共軛雙鍵加一個(gè)共軛雙鍵nm加一個(gè)環(huán)外雙鍵加一個(gè)環(huán)外雙鍵nm加三個(gè)烷基取代加三個(gè)烷基取代15 nm計(jì)算值max 3 nm實(shí)測(cè)值max 3nm母體母體 基本值基本值 max 鏈狀鏈狀不飽和酮不飽和酮 215 五元環(huán)五元環(huán)不飽和酮不飽和酮 202

9、 六元環(huán)六元環(huán)不飽和酮不飽和酮 215CHOCCCCOOCCCOCH3CH3HH鏈狀：鏈狀： 基本值基本值 215nm 位烷基取代位烷基取代 +10nm 位烷基取代位烷基取代 +12nm C 3 計(jì)算值計(jì)算值max 237nm 實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值max 236nmOCH2環(huán)狀：環(huán)狀： 基本值基本值 215nm 共軛雙鍵共軛雙鍵 +30nm 位烷基取代位烷基取代 +18nm 環(huán)外雙鍵環(huán)外雙鍵 +5nm 計(jì)算值計(jì)算值max 268nm 實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值max 268nmmax = 252nm，問是下面那一種結(jié)構(gòu)式?基本值 215nm位烷基取代 +12nm計(jì)算值max 227nm 基本值 215nm位烷基取代

10、 +10nm位烷基取代 +24nm 環(huán)外雙鍵 +5nm計(jì)算值max 254nm OO 用紫外可見吸收光譜鑒定未知物的結(jié)構(gòu)較困難，用紫外可見吸收光譜鑒定未知物的結(jié)構(gòu)較困難，因譜圖簡(jiǎn)單，吸收峰個(gè)數(shù)少，主要表現(xiàn)化合物的因譜圖簡(jiǎn)單，吸收峰個(gè)數(shù)少，主要表現(xiàn)化合物的發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)的特征。發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)的特征。 利用紫外可見吸收光譜可利用紫外可見吸收光譜可確定有機(jī)化合物中確定有機(jī)化合物中不飽和基團(tuán)，還可區(qū)分化合物的構(gòu)型、構(gòu)象、不飽和基團(tuán)，還可區(qū)分化合物的構(gòu)型、構(gòu)象、同分異構(gòu)體同分異構(gòu)體二、結(jié)構(gòu)分析二、結(jié)構(gòu)分析1.1.推測(cè)官能團(tuán)推測(cè)官能團(tuán) 200750nm 無吸收無吸收 可能是直鏈烷烴、環(huán)烷烴可能是直鏈烷烴、

11、環(huán)烷烴 或僅含一個(gè)雙鍵的烯烴或僅含一個(gè)雙鍵的烯烴 210250nm 強(qiáng)吸收強(qiáng)吸收 *，2個(gè)共軛單位個(gè)共軛單位 260350nm 強(qiáng)吸收強(qiáng)吸收 *，35個(gè)共軛單位個(gè)共軛單位 270350nm 弱吸收弱吸收 可能含有一個(gè)簡(jiǎn)單的非共軛可能含有一個(gè)簡(jiǎn)單的非共軛且含有且含有n電子的生色團(tuán)，如電子的生色團(tuán)，如羰基羰基 255nm（230270）中吸收中吸收 可能有可能有苯環(huán)苯環(huán)可見光區(qū)有吸收峰，該有機(jī)物可能是長(zhǎng)鏈共軛或稠可見光區(qū)有吸收峰，該有機(jī)物可能是長(zhǎng)鏈共軛或稠環(huán)化合物。環(huán)化合物。 2. 2. 有機(jī)化合物構(gòu)型的確定有機(jī)化合物構(gòu)型的確定CCOC2H5CH3CH2OOCCOC2H5CH3OHOCH酮式結(jié)構(gòu)，

12、無共軛酮式結(jié)構(gòu)，無共軛中吸收中吸收 272nm(極性溶劑中為主）極性溶劑中為主）酮式與水形成分子間氫鍵酮式與水形成分子間氫鍵烯醇式結(jié)構(gòu)，共軛體系，烯醇式結(jié)構(gòu)，共軛體系，強(qiáng)吸收強(qiáng)吸收 243nm(非極性溶劑中為主）非極性溶劑中為主）分子內(nèi)氫鍵分子內(nèi)氫鍵例：乙酰乙酸乙酯例：乙酰乙酸乙酯v判斷互變異構(gòu)體判斷互變異構(gòu)體例：例： 反式反式 大共軛體系大共軛體系 順式順式 CCHHCCHH三、三、 定量分析定量分析 無機(jī)化合物，測(cè)定主要在無機(jī)化合物，測(cè)定主要在可見光區(qū)可見光區(qū)，應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 大約可測(cè)定大約可測(cè)定50多種元素多種元素 有機(jī)化合物，主要在有機(jī)化合物，主要在紫外區(qū)紫外區(qū) 1. 1. 單組

13、分物質(zhì)的定量分析單組分物質(zhì)的定量分析 測(cè)定條件：測(cè)定條件： 選擇合適的分析波長(zhǎng)（選擇合適的分析波長(zhǎng)（max） A：0.2-0.8 選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤哼x擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤簶?biāo)準(zhǔn)曲線法 1 2 3 4 5 樣品樣品標(biāo)液標(biāo)液 C1 C2 C3 C4 C5 CX A A1 A2 A3 A4 A5 AXACXAX2. 2. 多組分物質(zhì)的定量分析（只討論多組分物質(zhì)的定量分析（只討論2 2組分）組分） 在某特定波長(zhǎng)下測(cè)定在某特定波長(zhǎng)下測(cè)定 A總總=A1+A2+A3+ 吸光度加和性吸光度加和性 （1）吸收光譜互不重疊）吸收光譜互不重疊 a b1 2在在 1 1處測(cè)處測(cè)a a組分，組分，b b組分不干擾組分不干擾在

14、在 2 2處測(cè)處測(cè)b b組分，組分，a a組分不干擾組分不干擾 2. 2. 多組分物質(zhì)的定量分析（只討論多組分物質(zhì)的定量分析（只討論2 2組分）組分）（2）吸收光譜單向重疊）吸收光譜單向重疊 a b1 2A1a+b = A1a + A1b A2b= 2 b CbL在在 1 1處處a a、b b組分都吸收組分都吸收在在 2 2處處b b組分吸收，組分吸收，a a組組 分不干擾分不干擾A12 （3）吸收光譜雙向重疊）吸收光譜雙向重疊 a b 1為為a組分的最大吸收波長(zhǎng)，組分的最大吸收波長(zhǎng)， 2為為b組分的最大吸收波長(zhǎng)組分的最大吸收波長(zhǎng) 1處：處： A 1a+b = A 1a + A 1b = 1

15、a Cxa L+ 1 b CxbL 2 處：處： A 2a+b = A 2a + A 2b = 2 a Cxa L+ 2b CxbLEFA1 1測(cè)測(cè)2 參參 a b （4）雙波長(zhǎng)測(cè)定法）雙波長(zhǎng)測(cè)定法 1為為a組分的最大吸收波長(zhǎng)，組分的最大吸收波長(zhǎng)， 為測(cè)定波長(zhǎng)為測(cè)定波長(zhǎng) 2為參比波長(zhǎng)，為參比波長(zhǎng)，A 1b =A 2b 1處：處： A 1a+b = A 1a + A 1b 2 處：處： A 2a+b = A 2a + A 2b A 1a+bA 2a+bA 1a + A 1bA 2a+ A 2b)A 1a A 2a = 1a CXL 2a CXL EFA1測(cè)2 參 a b LACaaaX)(21A

16、 = CL對(duì)波長(zhǎng)對(duì)波長(zhǎng) 進(jìn)行幾次求導(dǎo)，式中只有進(jìn)行幾次求導(dǎo)，式中只有A、 是是 的函數(shù)的函數(shù)cLdddAdnnnn 經(jīng)經(jīng)n次求導(dǎo)后，吸光度的導(dǎo)數(shù)值與吸收物次求導(dǎo)后，吸光度的導(dǎo)數(shù)值與吸收物的濃度仍成正比，可進(jìn)行定量分析的濃度仍成正比，可進(jìn)行定量分析最大的最大的優(yōu)點(diǎn)是可提高檢測(cè)靈敏度優(yōu)點(diǎn)是可提高檢測(cè)靈敏度 隨導(dǎo)數(shù)階數(shù)的增加，峰形越來越尖銳，因而導(dǎo)隨導(dǎo)數(shù)階數(shù)的增加，峰形越來越尖銳，因而導(dǎo)數(shù)光譜法分辨率高（右圖）。數(shù)光譜法分辨率高（右圖）。 吸收峰數(shù)為：導(dǎo)數(shù)階數(shù)吸收峰數(shù)為：導(dǎo)數(shù)階數(shù)+1，即，即 n+110 ug.mL-1苯的乙醇液苯的乙醇液1 ug.mL-1苯的乙醇液苯的乙醇液純乙醇純乙醇1 ug.mL-1苯的乙醇溶液，苯的乙醇溶液，一階導(dǎo)數(shù)光譜一階導(dǎo)數(shù)光譜基本光譜基本光譜1 ug.mL-1 苯的