现代分析技术紫外可见吸收光谱法

第5章紫外－可见吸收光谱法戈延茹、曹恒杰、傅海珍等.溶剂浮选分离-紫外分光光度法测定环境水样中罗红霉素残留量.理化检验:化学分册，2011，47(6)：653-655，658抗生素原称抗菌素，是指由细菌、放线菌、真菌等微生物经培养而得到的某些产物，或用化学半合成法制造的相同或类似的物质；也可化学全合成。抗生素在一定浓度下对病原体有抑制和杀灭作用。抗生素产生耐药性的速度非常快，如果需要长期用药，一般用药最多一个星期就要换一种抗生素治疗。抗生素用得太多了，以后你生病就什么抗生素都没有用了。换句话说，抗生素吃得太多，以后就是一个小感冒就能要命。罗红霉素临床用于敏感菌引起的支气管炎、肺炎、扁桃体炎、五官科感染、泌尿系统感染、皮肤和软组织感染等。1预处理有机化合物结构分析的四大工具核磁共振波谱、红外光谱、紫外可见光谱、质谱。即紫外－可见分光光度法，属于分子吸光分析法。5.1概述利用紫外－可见分光光度计，测量物质对紫外－可见光的吸光度和紫外可见光谱，确定物质的组成、含量，推测物质结构的分析方法。紫外|可见光真空紫外区远紫外区10～190nm可见区400～800nm近紫外区190～400nm光谱与大多数共轭有机分子价电子跃迁有关，分子结构鉴定。环境化学P69图2-29一般紫外光谱仪包括紫外和可见光两部分（200～800nm）。物质的吸收谱带的特征最大摩尔吸收系数εmax最大吸收位置λmax与同一种化合物的红外光谱比较紫外光谱很简单，但能准确给出化合物共轭骨架结构信息。比色法一、分子吸光分析法基于物质分子对光的选择性吸收而建立的分析方法。分子吸光分析法分子吸收分光光度法目视比色法光电比色法1.比色法通过显色反应，比较待测溶液与标准溶液颜色的深浅，确定待测物质含量。溶液呈现的颜色为它所吸收光的互补光的颜色。（1）目视比色法通过日光照射待测溶液，用肉眼比较溶液颜色深浅。（2）光电比色法用稳定的白炽灯光经过合适的滤光片后，通过待测试液，再用光电池检测试液对光的吸收程度，以此确定物质含量。使用棱镜和光栅分光系统，同时可以测得物质的吸光度随入射光波长变化的关系曲线。cLTIIA1lglg02.分子吸收分光光度法（分子吸收光谱法）nAAAAA321理论基础：光的吸收定律，即朗伯－比尔定律。物理意义：当一束平行单色光通过均匀的溶液时，溶液的吸光度A与溶液中吸光物质的浓度c及液层厚度L的乘积成正比。物质对光吸收的加和性：多组分对同一波长的光有吸收，且各组分的吸光质点不发生作用时，有A－c标准曲线偏离朗伯－比尔定律的主要原因不相等、、、、而＝nnncLcLcLcLAAAAA321321321①入射光不是完全意义上的单色光，而是复合光；②溶液的不均匀性，引起部分入射光因散射而损失；③溶液中可能发生了解离、缔合、配位等化学反应。二、紫外－可见分光光度法（紫外－可见吸收谱线法）特点（1）灵敏度高（2）准确度较高（3）方法简便适于微量组分的测定，可测定10-6g级的物质。相对误差为1％～5％。操作容易、仪器设备简单、分析速度快。（4）应用广泛（5）仅根据紫外－可见吸收光谱不能完全确定某些有机化合物的分子结构，与红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱等方法配合。①主要用于无机化合物、有机化合物的定量分析及配合物的组成和稳定常数的测定；②能用于有机化合物的鉴定及结构分析（鉴定官能团）；③可鉴别同分异构体。一、分子轨道能级和电子跃迁5.2紫外－可见吸收光谱法的基本原理5.2.1紫外-可见吸收光谱的产生分子轨道理论：原子轨道线性组合形成分子轨道。反键轨道成键轨道价电子主要有三种：形成单键的σ电子、形成不饱和键的π电子以及未参与成键的n电子（孤对电子）。COHnpsHσ－轨道和σ*－键；此外，含杂原子（O、N、S、卤素等）的分子中还存在孤对电子，n非成键轨道。四种跃迁。π－轨道和π*－键。电子跃迁紫外|可见吸收光谱跃迁*sn跃迁*pn跃迁*pp跃迁*ss电荷转移跃迁配位体场微扰跃迁120~140nm160~200nm180~210nm270~300nm原子半径较大的杂原子λmax=220~250nm共轭体系增大，波长红移电荷转移跃迁ADADhv分子形成络合物或分子内的两个大π－体系相互接近，电荷由一个部分跃迁到另一部分而产生电荷转移吸收光谱。D－A为络合物或一个分子中的两个π－体系，如黄色的四氯苯醌与无色的六甲基苯形成深红色的络合物。有机化合物内氧化还原某些取代芳烃的内电荷转移跃迁。不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的络合物以及许多水合无机离子，均可产生电子跃迁。2223][][SCNFeSCNFehv无机化合物中心离子的氧化能力越强，或配位体的还原能力越强（相反，若中心离子的还原能力越强，或配位体的氧化能力越强），电荷转移跃迁所需能量越小，吸收光谱波长红移。电子接受体电子给予体电荷转移吸收带的特点谱带较宽、吸收强度大，εmax有时高达104L/(mol·cm)。过渡金属配位形成络合物的过程中，原来能级简并的d－轨道和f-轨道，由于配位体的场作用而发生能级分裂，若d－轨道（或f-轨道）是未充满的，则可能吸收电磁波，电子由低能级的d－轨道跃（或f-轨道）迁到较高能级空的d－轨道（或f-轨道）而产生吸收光谱。如的配位场跃迁吸收谱带λmax为490nm，显橙黄色。362)(OHTi配位体场微扰跃迁第4、第5周期的过渡元素的3d和4d轨道d-d*跃迁和f-f*跃迁镧系和锕系元素的4f和5f轨道5.2紫外－可见吸收光谱法的基本原理定量分析依据物质的吸收光谱曲线。物质对最大吸收峰或次峰所对应波长的入射光的吸光度（吸收程度）。定性鉴定和结构分析依据一、发色团、助色团和吸收带5.3紫外－可见吸收光谱与分子结构的关系（1）发色团（或生色团）含有不饱和键，能吸收紫外、可见光，产生π→π*或n→π*跃迁的基团。含有未成键n电子，本身不产生吸收峰。与发色团相连时，能使发色团吸收峰向长波方向移动，使其吸收强度增强的杂原子基团。如－NH2，－OH，－OR，－SR，－X等。（2）助色团（3）吸收带（R、K、B、E）①R吸收带由共轭体系中π→π*跃迁所引起，吸收强度较大，吸收峰位于217~280nm，κ104L/(mol·cm)。由n→π*跃迁所引起，强度较弱，吸收峰位于200~400nm，κ102L/(mol·cm)。②K吸收带波长及强度与共轭体系长度、位置、取代基的种类有关。波长随共轭体系的加长而向长波方向移动，吸收强度也随之加强。紫外－可见吸收光谱中应用最多的吸收带，用于判断化合物的共轭结构。③B吸收带芳香族化合物的π→π*跃迁所引起的精细结构吸收带。④E吸收带芳香族化合物的π→π*跃迁引起，芳香族化合物的特征吸收。E1带185nm处，κ104L/(mol·cm)E2带204nm处，κ103L/(mol·cm)根据B吸收带的精细结构可判断芳香族化合物。苯环上有取代基且与苯环共轭或在极性溶剂中测定，B吸收带的精细结构会简单化或消失。230~270nm，κ≈102L/(mol·cm)。苯环上有发色团且与苯环共轭，E带常与K带合并且向长波方向移动，B吸收带的精细结构简单化，吸收强度增加且向长波方向移动。二、影响紫外－可见吸收光谱的因素（2）助色效应（1）共轭效应（3）超共轭效应（4）溶剂效应（5）pH的影响共轭效应大π键使各能级间能量差减小，因而使吸收峰向长波方向移动，吸收强度加强。超共轭效应助色效应烷基的σ电子与共轭体系中的π电子共轭，使吸收峰向长波方向移动，吸收强度加强。其影响远远小于共轭效应。助色团与发色团相连，助色团的n电子与发色团的π电子共轭，使吸收峰向长波因方向移动，吸收强度加强。溶剂效应引起谱带形状的变化纯气态谱图：较清晰的精细结构非极性溶剂谱图：振动跃迁的精细结构极性溶剂谱图：谱带平滑，谱带精细结构消失最大吸收位置（λmax）的改变***ppps和，nn跃迁类型不同，影响不一样。短波方向移动24nm长波方向移动7nm极性溶剂中，n－轨道和π*轨道能量都降低，n－轨道能量降低更显著。动；跃迁谱带向短波方向移和**psnn最大吸收位置（λmax）改变的原因动。跃迁谱带向长波方向移*pp溶剂极性越大，由π→π*跃迁所引起的吸收峰红移（长移）距离越大。溶剂极性越大，由n→π*跃迁所引起的吸收峰紫移（短移）距离越大。如果羰基化合物处于酸性溶剂中，氧上的n－电子质子化，使的吸收位置向更短的波段移动，甚至在普通仪器的测量范围内消失。*pn当溶剂中含有微量极性溶剂的组分时，由于偶极－偶极相互作用，其中极性溶剂将浓集在分子的极性基团周围，所得光谱将与在极性溶剂中测量的相似。溶剂的选择原则（1）尽量选用非极性溶剂或低极性溶剂；（2）溶剂能很好地溶解被测物，形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性（3）溶剂在试样的吸收光谱区无明显吸收。测定波长必须大于最低波长极限pH的影响化合物在不同的pH下存在的型体不同，其吸收峰的位置随pH的改变而改变。酸性条件下，苯胺形成苯胺盐阳离子，吸收峰从230nm和280nm紫移至203nm和254nm。碱性条件下，苯酚形成苯酚阴离子，吸收峰从210.5nm和270nm红移至235nm和287nm。苯胺－苯胺离子的结构鉴定向样品中的吸收池内加一滴0.1mol/L的盐酸，λmax发生紫移。苯胺分子中，由于共轭效应，氨基的n－电子向苯环转移，导致B－带红移。铵正离子中，质子与氨基的n－电子结合，不再与苯环的π－电子共轭，苯胺吸收带再紫移至原位。向样品中的吸收池内加一滴0.1mol/L的氢氧化钠，λmax又红移至原位。该化合物有－NH2，－NR2等基团与芳香环相联。苯酚－苯酚盐的结构鉴定苯酚转化为酚盐负离子时，增加了一对可以共轭的电子对，酚的吸收波长和强度都增加。再加入盐酸，吸收峰又回到原位。检查化合物中是否有羟基与芳香环相联的结构。三、各类有机化合物的紫外－可见特征吸收光谱1.饱和有机化合物2.不饱和有机化合物（1）含有孤立双键（或三键）的化合物（2）含有共轭双键（或三键）的化合物3.芳香族化合物饱和有机化合物只产生σ→σ*跃迁（120-140nm），在所研究的近紫外、可见光区不产生吸收，常用于作为紫外－可见光谱分析时的溶剂。不饱和有机化合物含有孤立双键（或三键）的化合物烯烃产生π→π*跃迁，吸收峰位于远紫外区。烯烃双键上的碳原子被杂原子取代时，可产生n→π*、π→π*和n→σ*跃迁。含有共轭双键（或三键）的化合物共轭二烯、多烯烃及共轭烯酮类化合物，随共轭体系的增加，吸收波长和吸收强度增加。芳香族化合物E带和B带是芳香族化合物的特征吸收。四、最大吸收波长的推算利用经验规则可推算出最大吸收波长，将计算结果与实验结果比较，可确定待测物质结构。①共轭多烯的λmax②四个以上双键的共轭体系，K－带λmax和εmax值③α，β－不饱和醛酮的λmax④α，β－不饱和酸及酯的λmax⑤苯酰基化合物λmaxFieser-Kuhn规则WordWard经验规则共轭多烯的λmax计算WordWard经验规则在共轭系统碳原子上的取代CCCCCC＝＝＝如子不适用于交叉共轭的分仅适用于成串共轭的分子如C＝C－C＝C－C＝CC=C中的一个碳在环中四个以上双键的共轭体系，K－带的λmax和εmax值exoendoRRnnM105.167.10.485114maxFieser-Kuhn规则n4max1074.1共轭体系上取代（类）烷基数环外双键数共轭双键数环内双键数胡萝卜素nm3.45325.16117.10.4811105114max计（己烷溶剂）测nm452max44101.19111074.1计nax（己烷溶剂）测4102.15naxα，β－不饱和醛酮的λmaxOCCCCCα，β－不饱和酸及酯的λmax　　　｜　　COORCC苯酰基化合物λmaxYCHCXO46||