1、紫外紫外- -可見吸收可見吸收第四章第四章一一 分子吸收光譜的產生分子吸收光譜的產生1 分子能級分子能級E = E0 +E平平 +E轉轉 +E振振 +E電子電子E = E轉轉 + E振振 + E電子電子分子吸收電磁輻射后的能量變化分子吸收電磁輻射后的能量變化 4-1 概述概述 E電子電子 E振振 E轉轉2 分子吸收光譜分子吸收光譜紅外光譜紅外光譜 (: 0.75-1000 m)電子能級電子能級躍遷躍遷紫外、可見吸收光譜紫外、可見吸收光譜 (: 200-750 nm)10200 nm: :遠紫外；遠紫外；200400 nm: :近紫外近紫外400750 nm: :可見光可見光振動能級與振動能級與

2、轉動能級躍遷轉動能級躍遷二二 紫外、可見吸收光譜紫外、可見吸收光譜1 吸收曲線特點吸收曲線特點 連續的帶狀光譜連續的帶狀光譜 分子對輻射能的吸收具有選擇性，分子對輻射能的吸收具有選擇性，吸光度吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長最大處對應的波長稱為最大吸收波長max。吸收曲線的形狀、吸收曲線的形狀、max及吸收強度等與分子及吸收強度等與分子的結構密切相關。的結構密切相關。膽甾醇異亞丙基丙酮異亞丙基丙酮共軛基團相共軛基團相同的不同分子，同的不同分子，紫外、可見吸紫外、可見吸收光譜很相似。收光譜很相似。O=CC =C兩分子具有相同兩分子具有相同的共軛基團的共軛基團不同濃度的同一種物質，其吸收曲線

3、形狀相不同濃度的同一種物質，其吸收曲線形狀相似，似，max不變，濃度越大，吸光度越大；不變，濃度越大，吸光度越大；在在max處吸光度隨濃度變化的幅度最大。處吸光度隨濃度變化的幅度最大。2 Lambert-Beer定律定律rtaIIII 0taIII 00IITt tIITA0lg1lg KbcA K: 吸收系數吸收系數 c 單位單位 為為gL-1時，時，吸光系數吸光系數 a (Lg-1cm-1)。b: 吸收光程（液層厚度），吸收光程（液層厚度），cm。c: 吸光物質濃度。吸光物質濃度。1) 吸收物質在一定波長和溶劑條件下的特征吸收物質在一定波長和溶劑條件下的特征常數常數, ,不隨濃度不隨濃度c

4、 和光程長度和光程長度b的改變而改變。的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，在溫度和波長等條件一定時， 僅與吸收物僅與吸收物質本身的性質有關。質本身的性質有關。 c 單位為單位為 molL-1時，時，摩爾吸光系數摩爾吸光系數 (L mol-1cm-1)。 2) 可作為定性鑒定的參數可作為定性鑒定的參數max 3) 可用來估量定量分析方法的靈敏度。可用來估量定量分析方法的靈敏度。 max越大，越大，定量分析的定量分析的靈敏度越高。靈敏度越高。max 104：強吸收，測量濃度范圍為強吸收，測量濃度范圍為10-6 10-5 molL-1。例如：例如： 4-2 有機物和無機物的紫外、可有機物和無機物

5、的紫外、可見吸收光譜見吸收光譜一一 有機物的吸收光譜與電子躍遷有機物的吸收光譜與電子躍遷（一）（一）電子躍遷類型電子躍遷類型n1. *躍遷躍遷 飽和鍵飽和鍵電子電子的能級躍遷的能級躍遷 吸收光譜在遠紫外區吸收光譜在遠紫外區(或真空紫外區或真空紫外區), , max 170 nm。2. n *躍遷躍遷含有含有O、N、S、Cl、Br、I 等雜原子的等雜原子的飽和烴衍生飽和烴衍生物分子物分子的電子能級躍遷的電子能級躍遷吸收光譜位于遠紫外區吸收光譜位于遠紫外區， max104，定量測定靈敏度高定量測定靈敏度高。電子受體電子受體電子電子給予體給予體2 配位場躍遷配位場躍遷在配體的配位場作用下，過渡元素在

6、配體的配位場作用下，過渡元素5 5個個能量相等的能量相等的d軌道和鑭系、錒系元素軌道和鑭系、錒系元素7 7個能量相等的個能量相等的f 軌道分裂成幾組能量不軌道分裂成幾組能量不等的等的d軌道及軌道及f 軌道軌道，吸收輻射后，低，吸收輻射后，低能態的能態的d或或f 電子分別躍遷至高能態的電子分別躍遷至高能態的d或或f軌道，即軌道，即產生了產生了d一一d 和和 f 一一f 躍遷躍遷。xydyzdxzd2zd22yxd xydxzdyzd2zd22yxd 八面體場八面體場E配位場躍遷屬禁戒躍遷，吸收強度弱，配位場躍遷屬禁戒躍遷，吸收強度弱，max 102，不適合用于定量分析，但可用于研究配合物的結不適

7、合用于定量分析，但可用于研究配合物的結構及無機配合鍵理論等。構及無機配合鍵理論等。藍藍色色 263)NH(Cu 三三 影響紫外、可見吸收光譜的因素影響紫外、可見吸收光譜的因素 1 共軛效應的影響共軛效應的影響CH2=CH2 171 nm 10000CH2=CH-CH=CH2 217 nm 21000CH2=CH-CH=CH-CH=CH2 258 nm 34000化合物化合物 max (nm) max 電子共軛體系增大，電子共軛體系增大， 紅移，紅移， 增大。增大。 max max 空間阻礙使共軛體系破壞，空間阻礙使共軛體系破壞，max藍移藍移， max 減小。減小。R=R=Hmax =294

8、nm, max=27600 R=H, R=CH3, max =272 nm, max=21000 C CRR2 取代基的影響取代基的影響CCHHHH取代基取代基 -SR -NR2 -OR -Cl -CH3紅移距離紅移距離( (nm) ) 45 40 30 5 5助色團取代，助色團取代， *躍遷吸收帶躍遷吸收帶發生紅移。發生紅移。3 溶劑的影響溶劑的影響NCNNCNH H氣態氣態溶劑：環己烷溶劑：環己烷溶劑：水溶劑：水對稱四嗪在蒸氣態、環己烷和水中的吸收光譜對稱四嗪在蒸氣態、環己烷和水中的吸收光譜1) 對吸收譜帶精細結構的影響對吸收譜帶精細結構的影響無溶劑效應無溶劑效應極性溶劑效應極性溶劑效應

9、*nn *能量能量2) 對對*躍遷和躍遷和n*躍遷躍遷的影響的影響溶劑極性增加，溶劑極性增加， * 躍遷吸收帶紅移，躍遷吸收帶紅移， n *躍遷吸收帶藍移。躍遷吸收帶藍移。 *和和n *躍遷的溶劑效應躍遷的溶劑效應溶劑溶劑 正己烷正己烷 CHCl3 CH3OH H2O *max/nm 230 238 237 243n *max/nm 329 315 309 305報告某物的紫外、可見吸收光譜時，需注明報告某物的紫外、可見吸收光譜時，需注明所使用的溶劑。所使用的溶劑。CH3COCHCCH3CH33) 溶劑的選擇溶劑的選擇a. 溶劑應能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶劑應能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶

10、質應該是惰性的。溶質應該是惰性的。b. 在溶解度允許的范圍內，盡量選擇極性在溶解度允許的范圍內，盡量選擇極性較小的溶劑。較小的溶劑。c. 溶劑在樣品的吸收光譜區應無明顯吸收溶劑在樣品的吸收光譜區應無明顯吸收 4-3 紫外紫外- -可見分光光度計可見分光光度計顯示一一 基本結構基本結構1 光源光源作用作用:提供輻射能激發被測物質分子，使之產提供輻射能激發被測物質分子，使之產生電子能級躍遷吸收光譜。生電子能級躍遷吸收光譜。連續光源連續光源可見區可見區 鎢燈鎢燈, 碘鎢燈碘鎢燈紫外區紫外區 氘燈氘燈, 氫燈氫燈3 吸收池吸收池石英吸收池：紫外可見區使用。石英吸收池：紫外可見區使用。玻璃吸收池：可見區

11、使用。玻璃吸收池：可見區使用。4 檢測器檢測器 光電倍增管，二極管陣列檢測器光電倍增管，二極管陣列檢測器2 單色器單色器作用作用:由連續光源中分離出所需要的足夠窄波由連續光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束。段的光束。二二 紫外紫外- -可見分光光度計類型可見分光光度計類型1 單波長分光光度計單波長分光光度計1) 單光束分光光度計單光束分光光度計缺點缺點測量結果易受光源波動性測量結果易受光源波動性的影響，誤差較大的影響，誤差較大2) 雙光束分光光度計雙光束分光光度計可自動掃描吸收光譜可自動掃描吸收光譜；自動消除光源強度變化帶來的誤差自動消除光源強度變化帶來的誤差2 雙波長分光光度計雙波長分光光

12、度計1 2 雙波長分光光度計雙波長分光光度計結構特點結構特點兩個兩個單色器單色器不需要不需要參比溶液參比溶液測量信號測量信號：221121)(0)(0lglg IIIIAAA 111)(0lg IIA 222)(0lg IIA 12lg IIA )(0)(021 II bAbcA111 bAbcA222 兩波長處的背景兩波長處的背景吸收相等吸收相等bcA)(12 定量分析關系式：定量分析關系式：自動校正背景吸收原理自動校正背景吸收原理適合測定混濁液適合測定混濁液 4-4 紫外紫外- -可見吸收光譜法的應用可見吸收光譜法的應用一一 定性分析定性分析1 吸收曲線比較法吸收曲線比較法吸收峰的數目，形

13、狀，吸收峰的數目，形狀， max, max等。等。1) 與標準譜圖比較與標準譜圖比較2) 與標準化合物的吸收光譜比較與標準化合物的吸收光譜比較CH3H3CCH3(CHCHCCH3CH)2CH2OHCH3H3CCH3(CHCHCCH3CH)2CH2OH維生素維生素A1, max: 326 nm維生素維生素A2, max: 351 nmA 合成合成維生素維生素維生素維生素A22 計算不飽和有機化合物計算不飽和有機化合物max的經驗規則的經驗規則1) 伍德沃德伍德沃德(Woodward-Fieser)規則規則適用于共軛烯烴適用于共軛烯烴(不多于四個雙鍵不多于四個雙鍵)、共軛烯酮共軛烯酮類化合物類化合

14、物*躍遷吸收峰躍遷吸收峰max的計算的計算。P79 表表4-9，表表4-10P80 例例1異環二烯異環二烯基數：基數：214環外雙鍵：環外雙鍵：52，3，5位烷基取代：位烷基取代：45 計算計算：239 nm12345共軛烯烴共軛烯烴例：水芹烯有兩種異構體，經其他方法測定其結例：水芹烯有兩種異構體，經其他方法測定其結構為構為A及及B。其紫外光譜：。其紫外光譜：體的體的max為為263 nm (max為為2500)，體的體的max為為231 nm (max為為900) 。試問試問A及及B何者為何者為體，何者為體，何者為體？體？基數：基數：214環外雙鍵：環外雙鍵：5烷基取代：烷基取代：25 計算

15、計算：229 nmCH2CHCH3CH3A基數：基數：253烷基取代：烷基取代：35 計算計算：268 nmCH3CH3CHCH3B)(體體 )(體體 基數基數：215增加一個共軛雙鍵增加一個共軛雙鍵：30同環二烯同環二烯：39環外雙鍵環外雙鍵：5取代烷基取代烷基：10取代烷基取代烷基：18 計算計算：317 nmP80 例例2O 、 不飽和羰基化合物不飽和羰基化合物 例：根據紅外光譜和核磁共振譜推定某一化合例：根據紅外光譜和核磁共振譜推定某一化合物的結構可能為物的結構可能為 (1) 或或 (2), 其紫外光譜的其紫外光譜的 =284 nm，通過計算說明其結構為何式。通過計算說明其結構為何式。

16、MeOHmax OOCH3CH3OH(1)OOCH3CH3OH(2)215-13-2235122239 nnm2) 斯科特斯科特(Scott)規則規則CNH2OOH適用于芳香族羰基取代衍生物適用于芳香族羰基取代衍生物max的計算的計算基數基數：230對位胺基對位胺基：58 計算計算：288 nm測定測定：288nm二二 結構分析結構分析1 判別順反異構體判別順反異構體順式順式反式反式max=280nm max=13500max=295nm max=27000C CHHC CHH2 判別互變異構體判別互變異構體CH3COCHHCOOC2H5酮式酮式:max=27

17、2nm,max=16CH3COHOC2H5CCOH烯醇式烯醇式:max=243nm,max=16000OOHOOHOHHOH三三 純度的控制和檢驗純度的控制和檢驗乙醇乙醇含含10ppm苯的乙醇苯的乙醇苯溶液苯溶液含含10-6M蒽蒽的苯溶液的苯溶液a) 根據吸收光譜判斷根據吸收光譜判斷b) 根據根據lg判斷判斷例如：標準菲例如：標準菲10. 4lg)nm296max( 氯氯仿仿 現測得某菲的精制品現測得某菲的精制品 ，說明精制，說明精制品不純。品不純。69. 3lg)nm296max( 氯氯仿仿 四四 定量分析定量分析1 單組分定量方法單組分定量方法bcA 校準曲線法校準曲線法2 多組分定量方法

18、多組分定量方法1) 解聯立方程組解聯立方程組yyxxyxbcbcA111 yyxxyxbcbcA222 2) 雙波長等吸收分光光度法雙波長等吸收分光光度法ab (270 nm)A A 3 1 2 兩個基本條件兩個基本條件:選定的兩個波長下干擾組分具有等吸收點選定的兩個波長下干擾組分具有等吸收點選定的兩個波長下待測組分的吸光度差值應足夠大選定的兩個波長下待測組分的吸光度差值應足夠大b組分測定波長組分測定波長21 和和31 和和bbaababbaababcbcAAAbcbcAAA222211112211: bbbbbbaaabcbcbcAAA)(0)()(21212121 測定測定和和的等吸收點的

19、等吸收點選選21 aA標準曲線標準曲線 4-5 分子熒光和磷光分析分子熒光和磷光分析一一 原理原理1 熒光和磷光的產生熒光和磷光的產生 分子的多重度分子的多重度M = 2s + 1s : 電子自旋量子數的代數和電子自旋量子數的代數和單重態單重態(S): 分子中全部軌道分子中全部軌道 里的電子都是自旋配對的，里的電子都是自旋配對的，即即s = 0, 則則M = 1。S0: 基態單重態，基態單重態， S1: 第一激發單重第一激發單重態，態， S2: 第二激發單重態第二激發單重態三重態三重態 (T): 分子中具有兩個自旋不配對的電子，即分子中具有兩個自旋不配對的電子，即s = 1, 則則M = 3。

20、T0: 基態三重態，基態三重態，T1：第一激發三重第一激發三重態，態，T2：第二激發三重態。第二激發三重態。T1基態基態激發態激發態單重態單重態激發單重態激發單重態激發三重態激發三重態S1S0& T1的能量低于的能量低于S1的能量的能量nkShSa 00 hS (激發激發)1SSn振動弛豫，內轉換振動弛豫，內轉換系間竄躍系間竄躍1Tkf激發態分子從單重激發態激發態分子從單重激發態的最低振動能層經輻射回的最低振動能層經輻射回到基態的過程。到基態的過程。熒光發射熒光發射)(熒光熒光激發態分子從三重激發激發態分子從三重激發態的最低振動能層經輻態的最低振動能層經輻射回到基態的過程射回到基態的過

21、程磷光發射磷光發射nkShSa 0(激發激發)1SSn振動弛豫，內轉換振動弛豫，內轉換系間竄躍系間竄躍1T 0 hS 磷光磷光)( 0熒熒光光 hS 激發光譜：激發光譜：將熒光（磷光）的發射波長固定將熒光（磷光）的發射波長固定在最大發射波長處在最大發射波長處, ,改變激發波長并測定相應的改變激發波長并測定相應的熒光（磷光）強度，由此得到的熒光熒光（磷光）強度，由此得到的熒光( (磷光）強磷光）強度與激發波長的關系曲線即為激發光譜。度與激發波長的關系曲線即為激發光譜。 發射光譜：發射光譜：將激發光波長固定在最大激發波將激發光波長固定在最大激發波長處長處, ,改變發射波長并測定相應的熒光（磷光）改

22、變發射波長并測定相應的熒光（磷光）強度，由此得到的熒光強度，由此得到的熒光( (磷光）強度與發射波長磷光）強度與發射波長的關系曲線即為發射光譜。的關系曲線即為發射光譜。2 激發光譜和發射光譜激發光譜和發射光譜相對強度相對強度萘的激發、熒光和磷光光譜萘的激發、熒光和磷光光譜激發光譜激發光譜熒光光譜熒光光譜磷光光譜磷光光譜熒光發射光譜的特點：熒光發射光譜的特點：1) Stokes位移：與激發光譜位移：與激發光譜相比相比, ,發射光譜的波長總是出發射光譜的波長總是出現在更長的波長處。現在更長的波長處。2) 發射光譜的形狀與激發波發射光譜的形狀與激發波長無關。長無關。3) 吸收光譜與發射光譜呈鏡吸收光

23、譜與發射光譜呈鏡像對稱關系。像對稱關系。 nm3 .269ex nm7 .370ex nm0 .448ex nm4 .465ex 維生素維生素B2熒光發射光譜熒光發射光譜1) 躍遷類型躍遷類型與與 躍遷相比，躍遷相比， 躍遷的躍遷的 大大100 1000倍，壽命較短，通過系間竄躍至三重態倍，壽命較短，通過系間竄躍至三重態的速率也較小，因此的速率也較小，因此 躍遷的熒光效躍遷的熒光效率較高。率較高。*n * *n*, n*,* 激發激發發射發射 *3 熒光和分子結構的關系熒光和分子結構的關系2) 共軛效應共軛效應化合物化合物 /nm苯苯 0.07 283萘萘 0.29 321蒽蒽 0.46 40

24、0一般而言一般而言，電子共軛體系越大，熒光效率越電子共軛體系越大，熒光效率越高，且熒光光譜紅移。高，且熒光光譜紅移。CHCHCHCH強熒光強熒光無熒光無熒光 3) 剛性平面結構剛性平面結構酚酞酚酞(無熒光無熒光)熒光素熒光素(強熒光強熒光)剛性平面結構剛性平面結構可減少分子的振動，使可減少分子的振動，使分子與溶分子與溶劑和其它溶質分子的相互作用減小，因而有利劑和其它溶質分子的相互作用減小，因而有利于提高熒光效率。于提高熒光效率。OCOCOO-OCOOCOO-芴芴( =1.0)H2C 聯苯聯苯( =0.18) NNOHHOSO3Na滂鉻滂鉻BBR(無熒光無熒光)SO3NaONNOAl3+H2OOH2Al3+-滂鉻滂鉻BBR配合物配合物(橙紅色熒光橙紅色熒光)4) 取代基效應取代基效應化合物化合物 熒光相對強度熒光相對強度苯苯 10苯酚苯酚 18苯胺苯胺 20苯甲酸苯甲酸 3硝基苯硝基苯 0OHNH2COOHNO2 給電子基團：如給電子基團：如OH, OR, NH2, CN， NR2等，等，增強熒光。增強熒光。 吸電子基團：如吸電子基團：如COOH, , NO2, NO等，等， 減弱甚至熄滅熒光。減弱甚