紫外-可见吸收光谱的原理与应用..

4.2紫外-可见光谱与紫外-可见光谱仪内容提要一、紫外可见光谱概述二、各类化合物的紫外吸收三、紫外谱图的解析四、紫外光谱应用举例五、紫外及可见分光光度计六、紫外－可见分光光度法的应用1。紫外-可见光区的划分可见光部分：360-760nm近紫外：200-360nm远紫外：10-200nm由于远紫外的吸收测量必须在真空条件下进行，故使用受到限制；通常紫外-可见光区域指的是200-800nm的范围。一、紫外可见光谱概述赤色橙色红色绿色青色蓝色紫色物质颜色吸收光颜色波长/nm黄绿紫400-450黄蓝450-480橙绿蓝480-490红蓝绿490-500紫红绿500-560紫黄绿560-580蓝黄580-600绿蓝橙600-650蓝绿红650-7502。分子的紫外—可见吸收光谱是基于物质分子吸收紫外辐射或可见光，其外层电子跃迁而成，又称分子的电子跃迁光谱。与有机物分子紫外-可见吸收光谱有关的电子是：形成单键的电子，形成双键的电子以及未共享的或称为非键的n电子。3。各种电子的能级高低次序**n跃迁类型吸收带特征max*远紫外区远紫外区测定n*端吸收紫外区短波长端至远紫外区的强吸收*E1芳香环的双键吸收200K(E2)共轭多稀、-C=C-C=O-等的吸收10000B芳香环、芳香杂环合物的吸收，具有精细结构100n*R同时存在杂原子和双键电子1004。吸收带的类型在高极性溶剂中作图,精细结构完全消失，如图d。当稀薄气态分子吸收紫外辐射后，电子从基态跃迁到激发态,其同时伴随有振动能级的跃迁,和转动能级的跃迁,所以围绕I、II、III,有一系列分立的转动能级跃迁谱线如图a；当浓度增大时,转动能级受限制,形成连续曲线，如图b；在低极性溶剂中测定紫外吸收,还能保留一些紫外吸收的精细结构(c)；5。紫外-可见吸收光谱的特点由于分子中的每个电子能级上都耦合有许多的振-转能级，所以，紫外-可见吸收光谱具有“带状吸收”的特点。紫外-可见吸收光谱图λmax:紫外-可见光谱中最大吸收峰对应的波长，它用来描述某种有机物分子在紫外可见光谱中的特征吸收。6。紫外吸收光谱中的基本术语生色团：产生紫外(或可见)吸收的不饱和基团，如C＝C、C＝O、NO2等。助色团：其本身是饱和基团(常含杂原子)，它连到生色团时，能使后者吸收波长变长或吸收强度增加(或同时两者兼有)，如：OH、NH2、Cl等。深色位移：由于基团取代或溶剂效应，最大吸收波长变长。深色位移亦称为红移。浅色位移：由于基团取代或溶剂效应，最大吸收波长变短。浅色位移亦称为蓝移。增色效应：使吸收强度增加的效应。减色效应：使吸收强度减小的效应。摩尔吸收系数（）：物质在浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时溶液的吸光度。clA二、各类化合物的紫外吸收1、简单分子a.饱和的碳氢化合物；如甲烷、乙烷等唯一可发生的跃迁为σ→σ*属远紫外范围。b.含杂原子的饱和化合物；如硫醚、二硫化物、硫醇、胺、溴化物、碘化物等有n→σ*跃迁，但在近紫外的吸收很弱。c.含非共轭烯、炔基团的化合物；可以发生π→π*跃迁，如乙烯吸收在165nm、乙炔吸收在173nm，所以，在近紫外区仍无吸收。d.含不饱和杂原子的化合物；由于存在n→π*的跃迁，尽管吸收强度低，但毕竟其吸收位置较佳，易于检测。因此，在紫外鉴定中是不应忽视的。2、含有共轭体系的分子a.共轭体系的形成使吸收移向长波方向如从乙烯到共轭丁二烯，原烯基的两个能级各自分裂为两个新的能级，在原有π→π*跃迁的长波方向出现新的吸收。一般把共轭体系的吸收带称为K带。217nmb.共轭烯吸收的计算值计算举例因两个环的张力，提高了电子基态的能量。注意：用上述规则进行计算时，有计算误差较大的例外情况。当存在环张力或两个烯键不处于同一平面而影响共轭体系的形成时，计算值都偏离实测，菠烯即是一例：C、共轭醛、酮紫外吸收(K带)的计算最大吸收波长与取代基的类型和位置有关。每个取代基位移增量助色团取代：-SR（位）-Cl位位-Br位位-NR2（位）+85+15+12+25+30+95助色团取代：-OH位位位-OMc位位位位+35+30+50+35+30+17+31计算举例，-不饱和醛、酮的摩尔吸收系数一般大于10000，它的最大吸收波长随着共轭链的长度的增加而增大。d、α，β－不饱和酸、酯比位更高位的烷基取代e、芳香族化合物苯:它显示三个吸收带，它们均起源于苯环π→π*的跃迁，如下表所示。其中II、III为禁戒跃迁。给电子基主要使苯环的K带往长波长方向移动，给电子能力越强，移动越大；给电子基的给电子能力顺序为：-N(C2H5)2-N(CH3)2-NH2-OH-OCH3-NHCOCH3-OCOCH3-CH2CH2COOH-H取代苯K-吸收带B-吸收带max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6H5-CH32077000261225C6H5-OH21162002701450C6H5-NH223086002801430取代苯K-吸收带B-吸收带max(nm)maxmax(nm)maxC6H5-H2047400254204C6H5-NO2268C6H5-COCH3278.5C6H5-N(CH3)22982100吸电子基使苯环的B带往长波长方向移动，吸电子作用越强，移动越小；吸电子基的作用强度顺序是：-N+(CH3)3-NO2-SO3H-COH-COO--COOH-COCH3-Cl-Br-If、杂芳环化合物五员杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序紫外吸收波长逐渐增大。由于硫的电子较氮、氧能更好地和二烯的π电子共轭。g.溶剂的影响溶剂极性增大，导致：*跃迁，能量减少，所以，吸收带红移,n*跃迁，能量增大，所以，吸收带蓝移。如：N-亚硝基二甲胺在不同溶剂中的紫外吸收光谱图溶剂极性增大，吸收峰呈规律性蓝移①化合物在220－800nm内无紫外吸收，说明该化合物是脂肪烃或它们的简单衍生物(氯化物、醇、醚、羧酸等)，甚至可能是非共轭的烯。②220－250nm内显示强的吸收(ε近10000或更大)，这表明K带的存在。即存在共扼的两个不饱和键(共轭二烯或α，β－不饱和醛、酮)。3。紫外谱图提供的结构信息小结③250－290nm内显示中等强度吸收，且常显示不同程度的精细结构，说明有苯环或某些杂芳环的存在。④250－350nm内显示中、低强度的吸收，说明羰基或共轭羰基的存在。⑤300nm以上的高强度吸收，说明该化合物具有较大的共轭体系。若高强度吸收具有明显的精细结构。说明稠环芳烃、稠环杂芳烃或其衍生物的存在。两者具有相似的紫外吸收峰,是因为，两分子中有相同的O=C-C=C共轭结构。例1：胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）的紫外光谱图*电子跃迁n*电子跃迁例2：烷基取代硝基苯的紫外光谱图与硝基苯相比，2,4,6-三丁基硝基苯在255nm附近的吸收峰已经消失；可以清楚地看到空间阻碍对分子吸收光谱的影响。NO2A:123456NO2B:123456CH3NO2C:123456CH2CH3NO2D:123456CH2CH2CH3NO2E:123456CH2CH2CH2CH3NO2F:123456CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2例3:偶氮苯顺反异构体的紫外吸收谱图NNNN顺式偶氮苯反式偶氮苯反式偶氮苯的摩尔吸光系数则远远大于顺式，且吸收峰位红移。因为，反式偶氮苯的空间位阻小。三、紫外光谱的定析方法1.比较未知物与已知标准物质的紫外光谱图，若两者的谱图相同，则可认为待测样品与已知物质具有相同的生色团。2.紫外吸收光谱相同，两种化合物有时不一定相同，所以在比较λmax的同时，还要比较它们的ε值。3.紫外－可见吸收光谱可用于检出某些官能团。1.Lamber-Beer定律—吸收光谱法基本定律四、紫外光谱的定量分析它描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系。假设一束平行单色光通过一个均匀的、非散射的吸光物体，取物体中一极薄层，xxdISdnkSdSdnkdSdnI透过薄层减弱的光强为几率光子通过薄层被吸收的不让光子通过的面积为薄层的吸光质点数为设入射光强为SdnkIdIxxnIIxxSdSkIdI00SnkIISnkII00lglnClSnCVnlVS和由abcklCII0lgcbaIIBeerLamber0lg定律表达式cbaTAIITlg0吸光度透光率cbaAT1010或：吸光系数aLamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光，均匀非散射的稀溶液该定律适用于均匀非散射固体、液体和气体样品在同一波长下,各组分吸光度具有加和性A=A1+A2++An2．吸光度测量的条件选择：1）测量波长的选择:max↔Amax,测定灵敏度高样参调节光路光学性质和厚度相同样品池样品溶液，参比池空白溶液样品池参比池配制样品的溶剂空白溶液ATA%1000选A=0.15-1.002）吸光度读数范围的选择：3）参比溶液(空白溶液)的选择：解两方程即可求出组份A和B的浓度。也可以利用双波长分光光度法或导数分光光度法等新方法测定。BBAABABABBAABABAbcbcAAAbcbcAAA22222111113．定量分析的类型（1）单组分分析：标准曲线法或标准比较法（2）多组分的分析：①当各组分的吸收光谱不重叠时，如单组分测定。②若两组分的吸收光谱互相重叠时，可以根据吸光度的加和性，在多个波长下测定吸光度并利用解联立方程方法求解。即BBAABABABBAABABAbcbcAAAbcbcAAA2222211111bcAAAAA)(2121参比波长测量波长（3）其它分光光度分析法①双波长分光光度法a．双波长等吸收法：当光谱重叠、但两组份的两吸收峰在测定波长范围内重叠时，在其光谱中选择两波长，在选定的波长处，干扰组分有相同的吸收；被测组分与干扰组分的吸收有足够大的差别。则两波长处吸光度的差值与被测组份的浓度成正比。BBAABABABBAABABAbcbcAAAbcbcAAA2222211111因为BABAAAA21BBAA21所以AAABABAbcAAA)(2121可见，在双波长分光光度法中吸光度的差值与干扰组份无关。b．比例系数双波长法：当光谱重叠、但干扰组份的吸收峰不在测定波长范围内的两组份共存时，在其光谱中选择两波长，在选定的波长处，干扰组分的吸收与测定波长处的吸收存在一定比例，即时，；被测组分与干扰组分的吸收有足够大的差别。则两波长处吸光度的差值与被测组份的浓度成正比。BBAAK12/021BBAKABAAAAbcKAKAA)()(2121BBAAK12/021BBAKA)()()()()(212121221121AABBAABABABABAAKAAKAAKAAAAAKAAKAA所以令lceII0bcdddAdnnnn③导数分光光度法导数分光光度法是利用自动电路对光谱进行求导，其导数信号与浓度成正比，即奇数阶导数光谱中的零，偶数阶导数光谱中的极值（极大或极小），对应于常规吸收曲线上的最大值。随着导数阶数增加，吸收峰的尖锐程度增大，带宽减小，因此有利于重叠峰的分离、有利于肩峰的测定、并能准确地确定宽吸收带上的最大吸收波长。3.偏离Beer定律的因素偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面光学因素化学因素透光率的测量误差五