紫外—可見吸收光譜概述、構(gòu)造原理和應(yīng)用

1、紫外可見吸收光譜概述、構(gòu)造原理和應(yīng)用概述紫外可見吸收光譜1、有機化合物的紫外可見吸收光譜2、無機化合物的吸收光譜紫外可見分光光度計1、基本部件2、分光光度計構(gòu)造原理紫外可見吸收光譜的應(yīng)用1、紫外吸收光譜法在有機定性分析中的應(yīng)用2、催化動力學(xué)光度法*學(xué)習(xí)要求：掌握紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生與影響因素，掌握產(chǎn)生電子躍遷的基本類型；掌握光的吸收定律；了解偏離lambert-beer定律的因素等；了解紫外-可見分光光度計的構(gòu)造，紫外分光光度計的類型及衡量儀器的主要性能指標；掌握常用分析測定方法的基本原理及其應(yīng)用。了解紫外-可見分光光度法分析條件的選擇及干擾的消除方法。 學(xué)習(xí)方法建議1.注意建構(gòu)內(nèi)容體系框架

2、和在比較中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)分析問題和總結(jié)問題的能力。2.課程學(xué)習(xí)的模式可為：基本理論（方法原理及分析原理）儀器結(jié)構(gòu)應(yīng)用（測定方法、分析條件、結(jié)果處理、方法的特點、應(yīng)用范圍及局限性）。在學(xué)習(xí)中應(yīng)注意抓注以上思路，并加以比較，找出它們的共同點和不同點。太陽極紫外輻射第一節(jié)、概述根據(jù)某些物質(zhì)的分子對紫外和可見光譜區(qū)輻射能的吸收來研究物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的方法。較高的靈敏度和準確度、選擇性好操作簡單快速等廣泛用于無機和有機物質(zhì)的定性、定量及結(jié)構(gòu)分析。(一)基本原理（二）方法特點這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷。近紫外光： 200 400 nm；可見光： 400 780 nm包括比色

3、分析和紫外-可見吸收光譜法 表 物質(zhì)顏色和吸收光的關(guān)系物質(zhì)顏色吸收光顏色波長/nm黃綠紫400450黃藍450480橙綠藍480490紅藍綠490500紅紫綠500560紫黃綠560580藍黃580610綠藍橙610650藍綠紅650780末端吸收最強峰肩峰峰谷次強峰 max min A圖 紫外可見吸收光譜示意圖1. 吸收峰的形狀及所在位置定性、定結(jié)構(gòu)的依據(jù)2、吸收峰的強度定量的依據(jù)：A = lgI0 / I= CL ：摩爾吸收系數(shù)（ 單位：L.cm -1 . mol-1 ） max A 2、濃度愈大，吸光度也愈大； 3、對于同一物質(zhì)，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對應(yīng)的波長(最大吸收波長 m

4、ax) 不變,并且曲線的形狀也完全相同。1、同一濃度的待測溶液對不同波長的光有不同的吸光度; 同一物質(zhì)不同濃度的吸收光譜（ c1 c2 ）c2c1第二節(jié) 紫外可見吸收光譜HCOHHCOH未參與成鍵的 n 非鍵電子形成雙鍵的電子形成單鍵的電子有關(guān)的三類電子：以甲醛為例一、有機化合物的紫外吸收光譜根據(jù)分子軌道理論：三種電子的能級高低次序（）（）（n）（*） （ *）分子的空軌道包括反鍵*軌道和反鍵*軌道。n非鍵軌道軌道*反鍵軌道成鍵軌道*反鍵軌道（一）電子躍遷類型*、*、n* n*等。分子的空軌道*n*n*E200 nm300 nm400 nm分子軌道有、*、 *、n 能量高低n*1，*躍遷(飽和

5、烴)需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。如：乙烷max135nm。2，n*躍遷 （要求：含有未共用電子對） 因為儀器制造上的困難，這類吸收光譜研究得少。發(fā)生在含有未共用電子對原子的飽和有機化合物中 。能量比*躍遷?。?50250nm，CH3OH和CH3NH2的n*躍遷光譜分別183nm和213nm。3、*躍遷和 n*躍遷 （要求：含有不飽和鍵以提供軌道）共同點有機化合物的紫外可見吸收光譜法是以這兩類躍遷為基礎(chǔ)。 和n 電子易激發(fā)， *軌道的能量低，吸收峰波長大于200 nm。不同點* n*吸收強度 強吸收 max104弱吸收 max 102 溶劑極性增加向長波方向移動 向短波方向移動n*躍

6、遷： 含雜原子的雙鍵不飽和有機化合物 C=S O=N- -N=N- 例：丙酮 max=280 nm 1、生色團：含有鍵的不飽和基團，能吸收紫外可見光，產(chǎn)生 n* 或*躍遷常用術(shù)語表 一些常見生色團的吸收特性生色團實例溶劑max/nmmax躍遷類型烯C6H13CH=CH2正庚烷17713000 *炔C5H11CCCH3正庚烷17810000 *羰基CH3COCH3異辛烷27913n *CH3COH異辛烷29017n *羧基CH3COOH乙醇20441n *酰胺CH3CONH2水21460n *偶氮基CH3N=NCH3乙醇3395n *硝基CH3NO2異辛烷28022n *亞硝基C4H9NO乙醚3

7、00100n *硝酸酯C2H5ONO2二氧六環(huán)27012n * 2、助色團定義：帶有非鍵電子對的基團， 如OH、 OR、 NHR、Cl、Br、I等，特點：本身在紫外和可見光區(qū)無吸收，但能使生色團吸收峰向長波方向移動，吸收強度增大。原因：與生色團中的電子相互作用使*躍遷能量降低。3、紅移和紫移 原因：生色團的共軛作用、取代基的變更及溶劑的改變等。紅移：最大吸收波長入max向長波方向移動；紫移：向短波方向移動稱為。max=254nm =230max=270nm =1250（二）生色團的共軛作用影響吸收光譜的因素中間有一個單鍵隔開的雙鍵或三鍵，形成大鍵， *軌道能量降低，共軛作用使吸收峰長移，吸收強

8、度增加。共軛多烯化合物：共軛效應(yīng)越大，向長波方向移動越多碳氧雙鍵（醛、酮、羧酸）同烯鍵之間的共軛助色團與生色團相連時，助色團的n電子與發(fā)色團的 電子共軛，使吸收峰長移。見p20表3-4E1帶180nmB帶：254nmE2帶：204nm苯苯的紫外吸收光譜當苯環(huán)上有含有非鍵n 電子取代基時，吸收峰紅移。E1帶 E2帶是由苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個乙烯的環(huán)狀共軛體系的躍遷產(chǎn)生的，是芳香族化合物的特征吸收。在230270nm處有較弱的一系列吸收帶，稱為精細結(jié)構(gòu)吸收帶，亦稱為B吸收帶。B吸收帶的精細結(jié)構(gòu)常用來辨認芳香族化合物。 *躍遷苯吸收曲線Anmmax=254 nm芳香族化合物當苯環(huán)上有羥基、氨基等取代基時,吸

9、收峰紅移,吸收強度增大。B吸收帶：有苯環(huán)必有B帶，230-270 nm 之間有一系列吸收峰，中吸收，芳香族化合物的特征吸收峰。Anm max 長移苯環(huán)上有取代基并與苯 環(huán)共軛，精細結(jié)構(gòu)消失（三） 溶劑對吸收光譜的影響、對最大吸收波長的影響*躍遷：向長波方向移動，發(fā)生紅移；n*躍遷：向短波方向移動，發(fā)生紫移。溶劑極性增大例：異亞丙基丙酮 溶劑 正己烷 氯仿 水 極性越大* 230 nm 238 nm 243 nm 長移 n* 329 nm 315 nm 305 nm 短移2、對光譜精細結(jié)構(gòu)和吸收強度的影響 當物質(zhì)處于氣態(tài)時非常清晰的精細結(jié)構(gòu)；隨著溶劑極性的增大，精細結(jié)構(gòu)就會逐漸消失。Anm苯酚的

10、庚烷溶液-苯酚的乙醇溶液溶劑的影響1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮 非極性 極性n *躍遷：蘭移； ； *躍遷：紅移； ；極性溶劑使精細結(jié)構(gòu)消失；返回3、選擇溶劑的原則未知物與已知物必須采用相同溶劑盡可能使用非極性溶劑，以獲得精細結(jié)構(gòu)所選溶劑在測定波長范圍內(nèi)應(yīng)無吸收或吸收很小常用溶劑有庚烷、正己烷、水、乙醇等。一般含有*躍遷（烷烴）和n*（醇類）躍遷 1、配位場躍遷（包括dd 躍遷和 f f 躍遷）在配體的存在下，過渡元素五 個能量相等的d 軌道和鑭系元素七個能量相等的 f 軌道分別分裂成幾組能量不等的 d 軌道和 f 軌道。當它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d 電子(或 f 電子)可以分

11、別躍遷至高能態(tài)的d (或 f 軌道)，稱為d - d 躍遷( 或 f - f 躍遷 )。存在能量差產(chǎn)生原理E軌道分裂躍遷二、無機化合物的紫外吸收光譜配位體的配位場越強，軌道分離能越大，吸收峰的波長越短。影響因素應(yīng)用躍遷的概率小，摩爾吸收系數(shù)?。?00），在定量分析中沒有多大價值，但可用于可用于研究絡(luò)和物的結(jié)構(gòu)。2、電荷轉(zhuǎn)移躍遷產(chǎn)生原理影響因素應(yīng)用電子從給予體向接受體躍遷，在配和物的電荷遷移過程中，配位體是電子給予體，金屬離子是電子接受體。如：Fe3+SCNhFe2+SCN接受體給予體吸收光譜的波長取決于給予體的電子親和力，電子親和力越小，波長越長。摩爾吸收系數(shù)大（104），定量分析時可以提高分

12、析靈敏度。3、金屬離子影響下的配位體*躍遷為提高測定準確度，一般要求配合物與配位劑的最大吸收波長之差（反襯度）大約在60nm以上。紅紫 hcE飽和烴中只有*，被Cl取代后存在 n 非鍵軌道，有n*躍遷，紅移三、光的吸收定律一LambertBeer定律AK b c意義：當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時，其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度 c 及液層厚度 b 成正比。表達式：隱含了偏離LambertBeer定律的因素AlgI0It lg T取值范圍 T ：01 A ： K:吸收系數(shù)，一般使用摩爾吸收系數(shù) 越大吸光能力越強，測定該物質(zhì)的靈敏度越高。 不同不同。理解第三節(jié)：自外可見分光光度計

13、基本部位光源單色器吸收池檢測器信號顯示器分光光度計構(gòu)造原理SP-2102UVPC722型S22PCNV202一、紫外-可見分光光度計的主要部件單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)光源可見區(qū)：低壓鎢絲燈（3202500 nm )分光系統(tǒng) （一）光源紫外區(qū)：氫燈或氘燈（180 375 nm )。 (二)單色器 單包器是從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置。組成：入射狹縫、準直鏡、色散元件（棱鏡和光柵）、聚焦鏡、出射狹縫。棱鏡通常用玻璃，石英等制成基本結(jié)構(gòu) （三）吸收池玻璃質(zhì)石英質(zhì)可見光區(qū)紫外、可見區(qū) （四）檢測器檢測光信號，并將它轉(zhuǎn)換成電信號，又稱光電轉(zhuǎn)換器。光電管和光電倍增管是應(yīng)用較廣泛的一種檢測器。

14、 （五）顯示系統(tǒng)將檢測器的信號放大，并以一定的方式顯示或記錄下來。近紫外光： 200 400 nm；可見光： 400 780 nm直接測得的是與透射光強度成正比的光電流Alg TT / %因Alg T吸光度的刻度是不均勻的二、紫外-可見分光光度計的類型 紫外-可見分光光度計的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束分光光度計、雙光束分光光度計和雙波長分光光度計。1，單光束分光光度計 經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以進行吸光度的測定。這種簡易型分光光度計結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，維修容易，適用于常規(guī)分析。單波長單光束分光光度計0.575光源單色器吸收池檢測器顯示2，雙光束分光光

15、度計 經(jīng)單色器分光后經(jīng)反射鏡分解為強度相等的兩束光，一束通過參比池，一束通過樣品池。 光度計能自動比較兩束光的強度，此比值即為試樣的透射比，經(jīng)對數(shù)變換將它轉(zhuǎn)換成吸光度并作為波長的函數(shù)記錄下來。 雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時分別通過參比池和樣品池，還能自動消除光源強度變化所引起的誤差。單波長雙光束分光光度計 參比池差值A(chǔ)光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器3，雙波長分光光度計 由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個單色器，得到兩束不同波長（1和2）的單色光，利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池1為選好的測定波長，一般為待測物質(zhì)的max2為選好的參比

16、波長，一般為待測物質(zhì)的min測得的是樣品在兩種波長1和2處的吸光度之差A(yù)， A為扣除了背景吸收的吸光度 A=A 1 -A 2= （K 1 -K 2） CL優(yōu)點：（1）大大提高了測定準確度，可完全扣除背景（2）可用于微量組分的測定（3）可用于混濁液和多組分混合物的定量測定光閘單色器斬波器參比光電倍增管圖3.8 單光束分光光度計原理圖光電倍增管斬波器光閘試樣單色器圖3.9 雙光束分光光度計原理圖單色器單色器吸收池接收器1122圖3.7 雙波長分光光度計原理圖三、儀器的主要性能指標（一）光度準確度（二）波長準確度（三）雜散光（四）分辨率（五）光譜帶寬（六）基線的穩(wěn)定度與平直度紫外、可見區(qū)可見光區(qū)可見

17、區(qū)紫外區(qū)光源：提供輻射鎢燈3202500nm可見光區(qū)氫燈180375nm紫外區(qū)氘燈190400nm強度為氫燈的4倍單色器波長選擇器吸收池缺圖片檢測器1.光電管缺圖片光電倍增管信號顯示器檢流計微安表電位計數(shù)字電壓表記錄儀示波器數(shù)據(jù)微機處理機第四節(jié)：應(yīng)用有機定性分析1、化合物的鑒定2、結(jié)構(gòu)分析催化動力學(xué)光度法1、合成新型的顯色劑2、測定催化劑濃度1、試樣的制備及溶劑的選擇2、顯色反應(yīng)條件的選擇4、干擾及消除方法 定量分析要考慮的問題（參見上冊）顯色劑用量、酸度、溫度、顯色時間3、測量條件的選擇（一）測量波長：最大吸收原則max （二）吸光度范圍的選擇 ：A=0.150.8（三）溶劑的選擇: 含有*

18、、n* 躍遷的化合物如醇、醚、飽和烷烴。(四) 參比溶液的選擇 （一）有機化合物的鑒定吸收光譜的形狀吸收峰的數(shù)目最大吸收峰的位置max摩爾吸光系數(shù)等方法：光譜比較法通常：吸收光譜以lgA作圖lgAlg lg bc隨波長變化與標準譜圖比對，紫外-可見吸收光譜可以作為有機化合物結(jié)構(gòu)測定的一種輔助手段。濃度和吸收池厚度不同，不影響吸收曲線的形狀。lgA(nm)300350400合成的維生素A2的吸收光譜lgA(nm)300350400維生素A2的標準吸收光譜有局限性待測樣品 相同條件 樣品譜標準物質(zhì) 標準譜舉例（二）有機化合物結(jié)構(gòu)的分析不飽和基團的推測根據(jù)max，推測化合物具有哪些主要基團及所在位置

19、。推斷未知物骨架-共軛體系構(gòu)型和構(gòu)象的確定判斷順反異構(gòu)體：順式異構(gòu)體max反式異構(gòu)體max說明：譜圖簡單，吸收峰個數(shù)少，主要表現(xiàn)化合物的發(fā)色團和助色團的特征，僅是結(jié)構(gòu)鑒定的輔助手段。判斷同分異構(gòu)體判斷同分異構(gòu)體酮式結(jié)構(gòu)，無共軛弱吸收max =204nm(極性溶劑中為主）烯醇式結(jié)構(gòu)，共軛體系，強吸收=104, max = 245nm(非極性溶劑中為主）例：乙酰乙酸乙酯判斷順反異構(gòu)體例如：肉桂酸空間位阻小，易產(chǎn)生共軛max = 295nm空間位阻大，不易產(chǎn)生共軛， max 280nm構(gòu)象的確定直立鍵平伏鍵C=O鍵電子與X的電子重疊程度：(1) (2) (1)(2)max(1) (2)（三）化合物結(jié)

20、構(gòu)純度的檢驗例如：甲醇中雜質(zhì)苯的檢驗教學(xué)要求本章要求掌握的內(nèi)容：紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生與影響因素；產(chǎn)生電子躍遷的基本類型；光的吸收定律。本章要求熟悉的內(nèi)容紫外-可見分光光度計的構(gòu)造，紫外分光光度計的類型紫外可見吸收光譜的應(yīng)用。本章要求了解的內(nèi)容無機化合物的吸收光譜；衡量儀器的主要性能指標；知識點1、分子吸收：運動的分子外層電子吸收外來輻射 產(chǎn)生電子能級躍遷分子吸收譜。2、電子躍遷的類型：*、n *、* n *（紫外-可見光譜基礎(chǔ)）3、基本概念：生色團、助色團、紅移、紫移。4、吸收光譜的影響：共軛、溶劑作用等5、光的吸收定律：Akbc偏離因素 、儀器的種類及主要部件、應(yīng)用；簡單共扼體系及官能團的

21、推測；組分的測定；絡(luò)合物組成；酸堿離解常數(shù)。 某化合物的吸收光譜如下 它有n* 和*躍遷，請給予歸屬根據(jù)吸收峰的強度不同來區(qū)別：*躍遷的吸收峰大于n*預(yù)習(xí)紅外光譜法需思考的問題1、從光譜產(chǎn)生的機制、研究對象、應(yīng)用比較紅外光譜與紫外光譜的異同。、分子的振動形式有哪些？振動頻率大小關(guān)系什么？、實際觀察到的吸收峰個數(shù)為何不等于振動自由度？ 、紅外光譜產(chǎn)生的條件什么？、紅外光譜的表示方法？紅外光譜定性定量的依據(jù)是什么？、分子振動頻率與化學(xué)鍵的力常數(shù)、原子質(zhì)量的關(guān)系是什么？4、單鍵雙鍵三鍵的力常數(shù)大小關(guān)系是什么？作業(yè)P:30312，5，61.紫外可見光譜法的基本定量關(guān)系式 。2.紫外可見光度計的光源 和

22、 。 （北師大2001年）3.用原子吸收光譜法測定銅溶液，當銅濃度為g/mL時，其吸光度為，則特征濃度為 。4.已知某化合物在己烷中的max為327nm，在水中的max為305nm，從溶劑效應(yīng)分析，該吸收帶是由 躍遷引起的。5.用普通分光光度法測得標準溶液C1 的透光率為20%，某試液的透光率為14%。若以視差分光光度法測定， 考研真題以C1為參比，則溶液的透光率應(yīng)該為 。6.用聯(lián)系變化法測定絡(luò)合物的組成時，測得金屬離子占總濃度的分數(shù)為，則絡(luò)合物的組成（M：R）為 。 （南開大學(xué)2002年）7.具有共軛體系的化合物，其紫外吸收光譜隨共軛雙鍵數(shù)目的增多，最大吸收波長_移，且摩爾吸光系數(shù)_。8.已

23、知有色絡(luò)合物在一定波長下用2cm吸收池測定時其透光率。若在相同條件下改用1cm吸收池測定，吸光度A為_，用3cm吸收池測定，T為_。9.今有兩種有色絡(luò)合物X和Y，已知其透過率關(guān)系為lgTylgTx=1，則其吸光度關(guān)系A(chǔ)yAx=_。10.某分光光度計的儀器測量誤差，當測的透光率T=70%，則引起的濃度的相對誤差為_。（南開大學(xué)2003年）11紫外光譜分析在近紫外區(qū)使用_吸收池，而不能使用_作吸收池，這是因為_。（首都師范大學(xué)2000年） 12.化合物CH2=CHOCH3，除有*、n*、*躍遷外，還有_類型的躍遷。（首都師范大學(xué)2000年）13.朗伯-比爾定律的積分表達式為lgI0/I =bc ，

24、在利用光度計進行實際測定中，I0是指透過 ，I是指透過 。（鄭州大學(xué)2002年）14.物質(zhì)與電磁輻射相互作用后,產(chǎn)生紫外可見吸收光譜,這是由于( )A.分子的振動 B.分子的轉(zhuǎn)動 C.原子核外層電子躍遷 D.原子核內(nèi)層電子躍遷15.在異丙叉丙酮CH3COCH=C（CH3）2中，n*躍遷譜帶在下述哪種溶劑中測定時，其最大吸收的波長最長（ ） A.水 B.甲醇 C.正己烷 D.氯16.在醇類化合物中，OH 伸縮振動頻率隨溶液濃度的增加向低波數(shù)方向移動的原因是（ ） A 溶液極性變大 B 形成分子間氫鍵隨之加強 C 誘導(dǎo)效應(yīng)隨之變大 D 易產(chǎn)生振動耦合17.在一些含有 C=O、N=N等基團的分子中,

25、由n*躍遷產(chǎn)生的吸收帶稱為( ) A. K吸收帶 B. E吸收帶 C. B吸收帶 D. R吸收帶（南開大學(xué)2001年）18.相同的A、B兩種物質(zhì)經(jīng)相同的方式顯色測量后，所得吸光度相等。已知其摩爾吸光系數(shù)AB，則摩爾質(zhì)量的關(guān)系是（ ） A. M（A）M（B） B. M（A）M（B） C. M（A）=M（B） D. M（A）（B）19.用紫外-可見分光光度法測定某化合物的含量，當其濃度為Cmol/L 時，透光率為T，當其濃度由C變?yōu)闀r，在同樣測定條件下，其透光率應(yīng)為（ ） A. T3/2 B. T2 C. T1/2 D. T1/3（南開大學(xué)2002年）20.下列說法正確的是：（ ） A. 透射率與濃度成直線關(guān)系； B. 摩爾吸收系數(shù)隨波長而改變;C. 比色法測定Fe(SCN)2+時，選用紅色濾光片；D吸光度與濃度成直線;E. 玻璃棱鏡適用于紫外光區(qū).21.光度分析中，在某濃度下以吸收池測得透光率為T，若濃度增大一 倍，透光率為：（ ）A. T2 B. T/2 C. 2T D.