6第六章紫外可见分光光度法-3-25.

1第六章紫外可见分光光度法(UV-VisSpectroscopy)2主要内容一、紫外可见吸收光谱二、光的吸收定律三、紫外可见分光光度计四、紫外-可见分光光度法的应用3ΔΕr0.005～0.050eV远红外光谱或分子转动光谱ΔΕv0.05～１eV红外光谱或分子振动光谱ΔΕe1～20eV紫外—可见光谱或分子的电子光谱一、紫外可见吸收光谱4一、紫外可见吸收光谱2.可见吸收光谱：电子跃迁光谱吸收光波长范围400780nm，主要用于有色物质的定量分析。1.紫外吸收光谱：电子跃迁光谱吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。特点灵敏度较高选择性较好通用性强准确度较好操作简单价格低廉5吸收曲线与最大吸收波长max用不同波长的单色光照射，测吸光度。不同浓度的溶液，测吸光度。一、紫外可见吸收光谱吸收曲线:表明吸光物质溶液对不同波长的光的吸收能力不同的曲线叫吸收曲线，也叫吸收光谱。62.同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max；3.不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同；1.吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据；4.吸收谱带的强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。一、紫外可见吸收光谱7（一）有机化合物的紫外—可见吸收光谱分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：σ电子、π电子、n电子.分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态,即成键轨道或非键轨道上。当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁，所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊π→π＊n→σ＊σ→σ＊一、紫外可见吸收光谱8能量很大吸收光谱在真空紫外区多为饱和烃甲烷125nm乙烷135nm1.*跃迁9所需能量小于*跃迁（150-250nm）含有未共用电子对原子的饱和化合物都可发生摩尔吸光系数比较小，一般在100-3000L·mol-１·cm-１化合物maxmaxH2O1671480CH3OH184150CH3Cl173200(CH3)2O18425202.n*跃迁10*和n*跃迁能量低（200nm）含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁C=C;C=C;N=N;C=O有机化合物的紫外-可见吸收光谱分析多以这两类跃迁为基础*比n*跃迁几率大100-1000倍*跃迁吸收强，~104n*跃迁吸收弱，5003.*和n*跃迁11紫外光谱中常用的术语生色团：分子中含有非键或键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起n-*和-*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。生色团max(nm)max(l/moL.cm)跃迁类型1758000*1909000*280190160202000n*n**20441n*20550n*500240109000n*34024010n*n*CCCCCOCOOHCOORCSNN12助色团:带有非键电子对的基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。紫外光谱中常用的术语13生色团—含有键不饱和官能团；助色团—基团本身无色，但能增强生色团颜色,为含有n电子，且能与电子作用,产生n共轭.184204254270苯（*）苯酚（—OH为助色团）/nm紫外光谱中常用的术语14红移与蓝移有机化合物的吸收谱带因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化:某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2）后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移效应。在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝移效应，如-R，-OCOR。紫外光谱中常用的术语15促使分子发生红移或蓝移的因素1）共轭体系的存在---红移如CH2=CH2的-*跃迁，max=165~200nm；而1,3-丁二烯，max=217nm2）异构现象---使异构物光谱出现差异如乙酰乙酸乙酯在溶液中存在酮式与烯醇式的平衡，烯醇式中的共轭双键使-*跃迁能量降低，max红移.3）空间异构效应---红移如CH3I(258nm),CH2I2(289nm),CHI3(349nm)164）取代基---红移或蓝移取代基为含孤对电子，如-NH2、-OH、-Cl，可使分子红移；取代基为斥电子基，如-R，-OCOR则使分子蓝移；苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多产生红移.5）pH值---红移或蓝移苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带；而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和287nm6）溶剂效应---红移或蓝移n-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，发生蓝移；-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，发生红移.促使分子发生红移或蓝移的因素17有机化合物紫外-可见吸收光谱1.饱和烃及其取代衍生物饱和烃类分子中只含有键，只能产生*跃迁.饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm，超出紫外、可见分光光度计的测量范围.饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在n电子，可产生n*的跃迁。n*的能量低于*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n*跃迁分别出现在173、204和258nm处。氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团的助色作用.直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂.182.不饱和烃及共轭烯烃在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有键，它们可以产生*和*两种跃迁。*跃迁的能量小于*跃迁。例如，在乙烯分子中，*跃迁最大吸收波长为180nm.在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。在共轭体系中，*跃迁产生的吸收带又称为K带.有机化合物紫外-可见吸收光谱193.羰基化合物羰基化合物含有C=O基团。C=O基团主要可产生*、n*、n*三个吸收带，n*吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等.羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n*吸收带，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR等，由于助色团上的n电子与羰基双键的电子产生n共轭，导致*轨道的能级有所提高，使n*跃迁所需的能量变大，n*吸收带蓝移至210nm左右.有机化合物紫外-可见吸收光谱204.苯及其衍生物苯有三个吸收带，它们都是由*跃迁引起的。E1带出现在180nm（max=60，000）；E2带出现在204nm（max=8000）；B带出现在255nm（max=200）.在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的.在极性溶剂中，这些精细结构消失,当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是E2带和B谱带.有机化合物紫外-可见吸收光谱215.稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加.当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外由于引入含有n电子的N原子的，这类杂环化合物还可能产生n*吸收带.有机化合物紫外-可见吸收光谱22溶剂对紫外吸收光谱的影响1.溶剂的极性溶剂极性越强，由π→π＊跃迁产生的谱带向长波方向移动越显著，即红移越大。这是因为发生π→π＊跃迁的分子激发态的极性大于基态，在极性溶剂的作用下，激发态能量降低的程度大于基态，从而使基态到激发态跃迁所需的能量变小，使吸收带发生红移.溶剂极性越强，由n→π＊跃迁产生的谱带向短波方向移动越明显，即蓝移越大。发生n→π＊跃迁的分子都含有未成键的孤对电子，与极性溶剂形成氢键，使得分子的非键轨道能量有较大程度的降低，使n→π＊跃迁所需的能量相应增大，致使吸收谱带发生蓝移.232.pH值对紫外光谱的影响pH值的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，从而引起吸收峰位置的改变，对一些不饱和酸、烯醇、酚及苯胺类化合物的紫外光谱影响很大，如果化合物溶液变为碱性，吸收峰发生红移，表明该化合物可能为酸性物质；如果变为酸性，发生蓝移，可能为碱性物质.例如：苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带；而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和287nm（p-共轭）.溶剂对紫外吸收光谱的影响24一、紫外可见吸收光谱（二）无机化合物的紫外—可见吸收光谱1.配位体微扰的金属离子d-d电子跃迁和f-f电子跃迁d-d(过渡金属），f-f（镧系锕系）吸收系数max较小(102)，很少用于定量分析；多用于研究配合物结构及其键合理论.2.金属离子微扰的配位体内电子跃迁金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化非常明显.25一、紫外可见吸收光谱（二）无机化合物的紫外—可见吸收光谱3.电荷转移吸收光谱max较大(104以上)，在分光光度法中具有重要意义.当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属M轨道上电荷的转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱.26朗伯—比尔定律布格(Bouguer)—1729年朗伯(Lambert)—1760年光的吸收程度和液层厚度(光程）的关系A∝b二、光的吸收定律27比尔(Beer)—1852年朗伯—比尔定律光的吸收程度和吸收物浓度之间的关系A∝c二、光的吸收定律28光的吸收程度和吸收层厚度的关系A∝b光的吸收程度和吸收物浓度之间的关系A∝c朗伯—比尔定律A=Kbc吸光光度法的理论基础和定量测定的依据(紫外-可见、红外和原子吸收光谱法）朗伯(Lambert)比尔(Beer)二、光的吸收定律291.吸光度A的意义A＝lg（I0/It)I0和It分别表示入射光和透过光的强度。溶液所吸收光的强度越大，透过光的强度就越小，则吸光度A就越大.所以，0≤A≤∞吸光度表示光束通过溶液时被吸收的程度，通常以A表示.二、光的吸收定律302.透射比T的意义T=It/I0透射比也称为透过率或透光率，表示透过光占入射光的比例，通常以T表示.当入射光全部被吸收时，It=0，则T=0；当入射光不被吸收时，It=I0，则T=1。所以，0≤T≤1.二、光的吸收定律313.A与T的关系A＝－lgT最佳读数范围A=0.15～1.0T=70％～10％二、光的吸收定律32A：吸光度---溶液对光的吸收程度b：液层厚度(光程长度,cm)cm：溶液的摩尔浓度，mol·L-1ε：摩尔吸光系数，L·mol-1·cm-1A＝lg（I0/It)=εbcm浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度A＝lg（I0/It)=abcg浓度为1g/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度aεa=ε/M（M为摩尔质量）A：吸光度---溶液对光的吸收程度b：液层厚度(光程长度,cm)cg：溶液的质量浓度，g·L-1a：吸光系数，L·g-1·cm-14.比例系数K的意义及表示方法二、光的吸收定律33摩尔吸光系数（ε）不随