紫外可見光光度法

紫外可見光光度法第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六一。紫外可見吸收光譜的產(chǎn)生1.概述紫外可見吸收光譜：分子價(jià)電子能級(jí)躍遷，稱為電子光譜。波長范圍：100-800nm.(1)遠(yuǎn)紫外光區(qū):

100-200nm(2)近紫外光區(qū):

200-400nm(3)可見光區(qū):400-800nm可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。電子躍遷的同時(shí)，伴隨著振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷;帶狀光譜。250300350400nm1234eλ第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收及吸收曲線M+熱M+熒光或磷光E=E2-

E1=h量子化；選擇性吸收吸收曲線與最大吸收波長max用不同波長的單色光照射，測吸光度;M+

h

→M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1（△E）E2第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六3.電子躍遷與分子吸收光譜物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動(dòng)形式：

（1）電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)；（2）原子核在其平衡位置附近的相對(duì)振動(dòng)；（3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。分子具有三種不同能級(jí)：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)三種能級(jí)都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動(dòng)能量Ev、轉(zhuǎn)動(dòng)能量Er即:E＝Ee+Ev+Er

ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六4.能級(jí)躍遷

電子能級(jí)間躍遷的同時(shí)，總伴隨有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六5.討論：（1）

轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)。遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動(dòng)光譜；（2）振動(dòng)能級(jí)的能量差ΔΕv約為：0.05～１eV，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動(dòng)光譜；（3）電子能級(jí)的能量差ΔΕe較大1～20eV。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)，紫外—可見光譜或分子的電子光譜；第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六5.討論：

（4）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級(jí)間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級(jí)分布狀況，是物質(zhì)定性的依據(jù)；（5）吸收譜帶的強(qiáng)度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關(guān)，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數(shù)εmax也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的λmax有時(shí)可能相同，但εmax不一定相同；

（6）吸收譜帶強(qiáng)度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，定量分析的依據(jù)。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六二、紫外-可見吸收光譜的電子躍遷類型1.預(yù)備知識(shí)：價(jià)電子：σ電子→飽和的σ鍵

π電子不飽和的π鍵n電子軌道：電子圍繞原子或分子運(yùn)動(dòng)的幾率軌道不同，電子所具有能量不同基態(tài)與激發(fā)態(tài)：電子吸收能量，由基態(tài)→激發(fā)態(tài)c成鍵軌道與反鍵軌道：σ<π<n<π*<σ*第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.有機(jī)物吸收光譜與電子躍遷

紫外—可見吸收光譜有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜是三種電子躍遷的結(jié)果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。當(dāng)外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序?yàn)椋簄→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpECOHnpsH第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六σ→σ＊躍遷

所需能量最大；σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷；飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)；吸收波長λ<200nm；例：甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。只能被真空紫外分光光度計(jì)檢測到；作為溶劑使用；sp*s*RKE,BnpE第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六

n→σ＊躍遷所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強(qiáng)吸收。

（1）不飽和烴π→π*躍遷乙烯π→π*躍遷的λmax為162nm，εmax為:1×104L·mol-1·cm－1。K帶——共軛非封閉體系的p

→p*躍遷

C=C

發(fā)色基團(tuán)，但

→

*200nm。max=162nm助色基團(tuán)取代

（K帶)發(fā)生紅移。第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六續(xù)前注：紫外光譜電子躍遷類型：n—π*躍遷π—π*躍遷飽和化合物無紫外吸收電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團(tuán)有密切聯(lián)系根據(jù)分子結(jié)構(gòu)→推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型；根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型→推測分子中可能存在的基團(tuán)（分子結(jié)構(gòu)鑒定）第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六三、相關(guān)的基本概念1．吸收光譜（吸收曲線）：不同波長光對(duì)樣品作用不同，吸收強(qiáng)度不同以λ~A作圖next2．吸收光譜特征：定性依據(jù)吸收峰→λmax吸收谷→λmin肩峰→λsh末端吸收→飽和σ-σ躍遷產(chǎn)生第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示back第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六續(xù)前3．生色團(tuán)（發(fā)色團(tuán)）：能吸收紫外-可見光的基團(tuán)有機(jī)化合物：具有不飽和鍵和未成對(duì)電子的基團(tuán)具n電子和π電子的基團(tuán)產(chǎn)生n→π*躍遷和π→π*躍遷躍遷E較低例：C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—

4．助色團(tuán)：本身無紫外吸收，但可以使生色團(tuán)吸收峰加強(qiáng)同時(shí)使吸收峰長移的基團(tuán)有機(jī)物：連有雜原子的飽和基團(tuán)例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)發(fā)色團(tuán)共軛，則幾個(gè)發(fā)色團(tuán)所產(chǎn)生的吸收帶將消失，代之出現(xiàn)新的共軛吸收帶，其波長將比單個(gè)發(fā)色團(tuán)的吸收波長長，強(qiáng)度也增強(qiáng)第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六續(xù)前5．紅移和藍(lán)移：由于化合物結(jié)構(gòu)變化（共軛、引入助色團(tuán)取代基）或采用不同溶劑后

吸收峰位置向長波方向的移動(dòng)，叫紅移（長移）

吸收峰位置向短波方向移動(dòng)，叫藍(lán)移（紫移，短移）6．增色效應(yīng)和減色效應(yīng)

增色效應(yīng)：吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的效應(yīng)

減色效應(yīng)：吸收強(qiáng)度減小的效應(yīng)7．強(qiáng)帶和弱帶：

εmax>105→強(qiáng)帶

εmin<103→弱帶第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六四、吸收帶類型和影響因素1．R帶：由含雜原子的不飽和基團(tuán)的n→π*躍遷產(chǎn)生C＝O；C＝N；—N＝N—E小，λmax250~400nm，εmax<100溶劑極性↑，λmax↓→藍(lán)移（短移）2．K帶：由共軛雙鍵的π→π*躍遷產(chǎn)生(—CH＝CH—)n，—CH＝C—CO—λmax>200nm，εmax>104共軛體系增長，λmax↑→紅移，εmax↑溶劑極性↑，對(duì)于—(—CH＝CH—)n—λmax不變對(duì)于—CH＝C—CO—λmax↑→紅移第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六續(xù)前3．B帶：由π→π*躍遷產(chǎn)生芳香族化合物的主要特征吸收帶λmax=254nm，寬帶，具有精細(xì)結(jié)構(gòu)；εmax=200極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細(xì)結(jié)構(gòu)消失4．E帶：由苯環(huán)環(huán)形共軛系統(tǒng)的π→π*躍遷產(chǎn)生芳香族化合物的特征吸收帶E1180nmεmax>104（常觀察不到）E2200nmεmax=7000強(qiáng)吸收苯環(huán)有發(fā)色團(tuán)取代且與苯環(huán)共軛時(shí)，E2帶與K帶合并一起紅移（長移）第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六續(xù)前影響吸收帶位置的因素：1．溶劑效應(yīng)：對(duì)λmax影響：nextn-π*躍遷：溶劑極性↑，λmax↓藍(lán)移π-π*躍遷：溶劑極性↑，λmax↑紅移對(duì)吸收光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)影響next溶劑極性↑，苯環(huán)精細(xì)結(jié)構(gòu)消失溶劑的選擇——極性；純度高；截止波長<λmax2．pH值的影響：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示back第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六圖示back第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六溶劑的影響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(xì)結(jié)構(gòu)消失；第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六

2．pH值的影響：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長

3.跨環(huán)效應(yīng)：由于適當(dāng)?shù)牧Ⅲw排列