紫外-可見吸收光譜UltravioletvisibleSpectroscopy(UV–VIS)第三章紫外-可見吸收光譜

UV-VIS

§1定義§2可見吸收光譜簡介§3基本原理§4化合物電子光譜§5儀器§6應用§1

定義

物質吸收了外來輻射的能量，分子中的電子從低能級躍遷到較高能級。同時產生分子的振動與轉動。圖雙原子分子的三種能級躍遷示意圖(實際上電子能級間隔要比圖示大很多，而轉動能級間隔要比圖示小很多。)

1．分子吸收光譜的產生——由能級間的躍遷引起

▲能級：電子能級、振動能級、轉動能級.

▲躍遷：電子受激發，從低能級轉移到高能級的過程

2．分子吸收光譜的分類：

分子內運動涉及三種躍遷能級，所需能量大小順序3．紫外-可見吸收光譜的產生

由于分子吸收中每個電子能級上耦合有許多的振-轉能級，所以處于紫外-可見光區的電子躍遷而產生的吸收光譜具有“帶狀吸收”的特點。

分子能量的變化是電子運動能量變化、分子振動能量變化與分子轉動能量變化的總和。

ΔE=Ee+Ev+Er

波長200～400nm范圍的光稱為紫外光。人眼能感覺到的光的波長大約在400～750nm之間，稱為可見光。

利用分子吸收200～750nm（紫外-可見光譜區）的輻射來進行分析測試的方法稱為分子紫外-可見吸收光譜分析。§

2吸光光度法簡介

在分析化學中，利用有色溶液顏色的深度測定有色溶液的濃度的方法，叫吸光光度法。它包括比色法、可見及紫外分光光度法?！?/p>

2.1光與吸收光譜一、光的兩象性

光是電磁波的一種，因其波長很短，故又有粒子性。愛因斯坦用公式表示為：E=hν=hc/λ式中E為光子能量，h為普朗克常數，

h=6.626×10-34J·S

c為光傳播速度，c=3×1010cm/s

λ為波長，ν為頻率。二、光譜的劃分

光是電磁波，這些不同顏色的光的頻率，波長是不同的。白光是由許多種顏色的光復合而成。一種單一頻率的光，叫單色光。日光（太陽光）是由一個連續的光譜系列所組成。它可以被三棱鏡分解成一個連續變化的光譜系列。電磁波譜可以包括如下種類：無線電波>微波>遠紅外>近紅外>可見光>近紫外 >遠紫外>x射線>γ射線 光的波長與頻率之間有一定的關系：ν=c/λ白光與光譜顏色與波長可見光的波長范圍：光的吸收與發射三、吸收光譜1、原子吸收光譜

當原子外層電子有選擇地吸收某些波長的光譜時，通過該原子的光中就缺少了該波長的光。在光譜上就有若干條黑線，象這樣建立起來的分光光度法叫原子吸收分光光度法。本章不討論。2、分子吸收光譜①電子光譜在多原子分子中，分子軌道中有許多電子能級，平時各電子都盡先進入低能級，處于基態。當有光波照射這些分子時，軌道中的電子會吸收光波中的某些波長的光，使這束光中缺少某些波長的光。電子本身將從低能級躍遷到高能級上。象這樣的情況下，被吸收的光往往波長較短，在紫外和可見光范圍。本章主要討論這一部分內容。②紅外吸收光譜在分子內部有時吸收的能量不足以引起電子躍遷，而僅僅是分子振動或轉動能級的變化。此時，分子只吸收波長較長、頻率較低的紅外光波。由此建立的分光光度法叫紅外吸收光譜法，本章不討論。

吸收光譜的應用■原子吸收法主要用于各種元素的檢測。■可見光分光光度法主要用于各種無機離子及其絡合物的檢測、各種染料分析等?！鲎贤馕展庾V法大量在生物化學物質、蛋白質、各種藥物分析中使用?！黾t外光譜法廣泛應用于有機官能團的鑒定，為有機結構的研究提供重要信息。四、分子吸收與顯色的關系1． 補色有色溶液的顏色是由于入射光被選擇性吸收一部分光使透過光的組成發生改變而引起的。有色溶液的顏色是被吸收光的補色，各種光的顏色關系如下：白光綠紫橙青藍紅青黃藍物質的顏色吸收光顏色波長范圍／nm黃綠紫400～450黃藍450～480橙綠藍480～490紅藍綠490～500紫紅綠500～560紫黃綠560～580藍黃580～600綠藍橙600～650藍綠紅650～750物質顏色和吸收光顏色的關系思考題二苯硫蹤的CCl４溶液吸收580~620nm范圍內的光，它顯

藍

色。2、吸光物質與吸光度

一般來說，吸光物質濃度越大，在一些特定頻率上的光被吸收也越多，顏色看上去也越深。故此，可見光的吸光光度法就是根據這一定律建立起來的。一般來說，不同物質在不同的波長上有最大吸收。根據這一性質，使用連續變化的單色光（只含一種頻率的光）進行掃描，就可鑒別不同的化合物。光譜定性就是以此為根據的?！?/p>

2光度分析法的基本原理一、光度分析法的特點1、適用范圍：常用于測定試樣中１%～10-3%的微量組分，甚至可測定低至10-4%～10-5%的痕量組份。目前，隨著儀器和方法的改進，有的已達10-9%。一般情況下，相對誤差為2～5%，這在微量分析中已是十分精確的了。2、特點：靈敏、快速、準確、簡便。§2基本原理§2.1

光吸收定律：朗伯-比耳定律（Lamber-Beer’s

Law）

吸光度A=lg(1/T)=lg(I0/I)=abcA為吸光度，I0為入射光，I

為出射光，b

為溶液厚度，a

為比例常數，吸光系數。質量吸光系數K—濃度c單位為g/L；摩爾吸光系數ε

—濃度c單位為mol/L。

朗伯-比耳定律在一定的條件下待測溶液的吸光度與溶液濃度呈線性關系

此便為光度法中最基本的吸收定律，光度法的理論基礎。式中K的數值與其它個量的單位有關。當規定c單位為mol/L,b為cm時，K用ε代表（稱摩爾吸光系數）,此ε值手冊上有許多數據可參考。

ε值還與溫度、光的波長有關，與吸光物質的本性有關。吸收度的加和性

A總λ＝A1λ+A2λ+A3λ+----+Anλ

透光率T

在光度分析中，有時還用透光率來表示光的吸收程度:T=I／I0

。透光率用百分比形式表示。它與吸光度A的關系為：例：

已知Fe2+濃度為500微克/升的溶液，用鄰二氮菲光度法測定鐵。比色皿長2cm，在波長508nm處測得吸光度為A=0.19，計算摩爾吸光系數ε。解：

根據：A=εbc答：該絡合物的摩爾吸光系數為1.1×104L/mol·cm。2.2比爾定律的局限性和產生偏離的因素在光度法中有一條標準曲線，應該是直線，但是在實際繪制中卻常常出現彎曲情況。如果標準曲線彎曲，測定數據必帶來很大的誤差，故應努力找出原因設法解決之。一般來說引起標準曲線彎曲的主要原因有如下幾種。（一）比爾定律的局限性

比爾定律為：A=KC即A∝C

這是在溶液很稀的情況下，即各溶質質點互不干擾時才成立。當溶液較濃時，溶液中的有色配合物會互相吸引、排斥，光線在質點之間發生反射，使出射光線發生改變，從而使比爾定律失效。一般來說，C越大，偏離也越大。所以比爾定律只在濃度小于0.01mol/L稀溶液中成立，適用。（二）非單色光所引起的偏離

在朗伯-比爾定律中A=εbc，ε是一個與波長有關的常數，對于同一個有色吸光物質來說，不同波長的光其吸收大小不同的，即ε是不同的。如果在分光光度計中使用的光不是單一波長的光，而是由許多波長的光組成的，那么就會引起A的數值發生變化，而且波長相差越大、波長范圍越寬誤差越大。故在儀器制造廠里總是盡可能使分光光度計的波長寬度小一點，目前普通儀器是6nm,較好一點為2nm。（三）化學因素引起的偏離(1)有色物質的離解、締合、互變異構所引起的偏離。由于大多數的有色物質都是弱酸、弱堿或者是配合物。當濃度C改變時，它們的電離度也會發生改變，從而當C增大時，電離度變小，使有色質點增大過多，從而使吸光度A也偏大，結果使之偏離比爾定律。(2)介質不均勻性引起的偏離朗伯-比爾定律在均勻、非散射時可成立，當介質不均勻，或有膠體、乳濁、懸浮體存在時，入射光除了被吸收外，還有反射、折射損失，故所測A值比實際吸收要大許多，導致偏離比爾定律。引起工作曲線彎曲的原因還有一些，如：溶質的性質變化、操作不當等等?！?/p>

2.3影響顯色反應的若干因素(一)吸光光度法對顯色反應的要求對于可見光吸光光度法的顯色反應來說，一般應該滿足下列要求。1、選擇性好，干擾少，或者干擾容易除去。2、靈敏度高3、有色絡合物組成恒定，符合確定的化學式4、有色絡合物組成穩定，不易受光、熱、空氣、時間等因素的影響。5、有色絡合物與顯色劑，被測液之間的色差要大。一般Δλ≧60nm為好。所謂即：Δλ＝∣λMR－λR

∣(二)影響顯色反應的因素1、顯色劑的用量一般，顯色反應可用下式表示：

M＋Ｒ＝ＭＲ通常有如下幾種情況：(見下圖）

2、溶液的酸度（1）影響有色絡合物的離解Ｍ＋ＨＲ＝ＭＲ＋Ｈ+

酸度增大，離解也增大。（2）影響被測離子的存在形態

Al(H2O)63+

＝[Al(H2O)3(OH)3]↓

＋3Ｈ+

顯色劑的用量

顯色劑的用量對顯色反應是否完全和測定結果的準確度有很大影響。

R：顯色劑

顯色劑的用量要通過實驗確定，也就是作A-R曲線來確定。

abab吸光度吸光度吸光度顯色劑濃度R顯色劑濃度R顯色劑濃度RAAA（3）影響絡合物的組成如：磺基水楊酸與Fe3+的顯色反應在不同酸度時可以有1﹕1（pH1.8～2.5），1﹕2（pH4～8），1﹕3（pH8～11.5）三種不同顏色的絡合物生成。酸度對吸光度影響如下圖：3、溫度的影響：一般在室溫．有些需加熱．4、顯色時間的影響

5、溶劑的影響：可提高顯色反應的靈敏度．6、共存離子的影響：§2.4光度測量誤差和測量條件的選擇一、

儀器測量誤差在吸光光度分析中，除了各種化學條件所引起的誤差外，儀器測量不準確也是誤差的主要來源．任何光度計都有一定的測量誤差，這種誤差可能來源于光電池不靈敏、光電流測量不準和光源不穩等。如果測量誤差以光電流表示為Δi，相當于光強的誤差ΔI，由此引起透光率的誤差為ΔT。對于同一光度儀器，ΔT基本上為一常數，一般為0.01～0.02

。在光度計中，透光率的標尺刻度是均勻的．吸光度與透光率為負對數關系，故它的標尺刻度是不均勻的．同樣大小的ΔT在不同A時所引起的吸光度誤差ΔA是不同的。這種情況可以清楚地從下圖吸光度和透光率的關系標尺看出，A值越大，ΔT引起的ΔA也越大。

通過以下推導可以知道，吸光度在0.2～0.8（透光率在15～65%）范圍內的相對測量誤差較小。根據朗伯-比耳定律

A＝-logT

＝abc

＝Ｋc

A＝-lnT/2.3＝Ｋc

對T微分，得到

dA＝－0.43dT/T

＝Kdc

儀器測量誤差dT引起濃度的相對誤差為作圖得：

可見當T＝0.368或者Ｔ＝36.8%時，即：Ａ＝0.434

時，儀器的測量誤差最小。從上圖可知，在Ｔ＝15－65%、或者是：Ａ＝0.2－0.8范圍內時，濃度測量的相對誤差較小。二、測量條件的選擇為了使測定結果有較高的靈敏度和準確度，必須注意選擇最適合的測量條件，主要有如下幾點。（一）入射光波長的選擇為使測定結果有較高的靈敏度，在一般情況下，入射光應選擇被測物質溶液的最大吸收波長。如遇干擾時，則可選另一靈敏度稍低，但能避免干擾的入射光。因此，選擇適當的波長不僅能提高分析的靈敏度，還能提高分析的準確度。（二）控制適當的吸光度范圍從儀器測量誤差的討論中已了解到，為了使測量結果得到較高的準確度，一般應控制標準溶液和被測試液的吸光度在0.2～0.8范圍內。為此，可以從下列兩方面來考慮。

1．控制溶液的濃度，如改變試樣的稱量和改變溶液的稀釋度等。

2．選擇不同厚度的比色皿。（三）選擇適當的參比溶液在光度測量時，利用參比溶液來調節儀器的零點，以消除由于比色皿壁及溶劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差?！癞旓@色劑及制備試液時所用的其他試劑均為無色，而且被測試液中又無其他有色離子存在時，可用蒸餾水作參比溶液?！袢绻@色劑為無色，而被測試液存在其他有色離子時，應采用不加顯色劑的被測試液作參比溶液。●如果顯色劑和試劑均有顏色時，可將一份試液加入適當掩蔽劑，將被測組分掩蔽起來，使之不再與顯色劑作用，顯色劑及其他試劑均按試液測定方法加入，以此作為參比溶液，這樣還可以消除一些共存組分的干擾。

§

2.3光度分析法及分光光度計(一)目視比色法

用眼睛觀察比較試液的顏色與標準溶液顏色之差別來判斷試液濃度的方法稱為目視比色法。一般是用標準溶液配成系列濃度，覆蓋試液含量。然后使標準系列濃度的溶液發色，使成為標準色階。再使試液發色，將其與標準色階相比較，與哪一個相近，就以標準色階中的這濃度報出。這一方法簡單、方便，但報出數據誤差可達20%

。(二)光電比色法

使用光電比色法時有幾種方法，比較重要的有標準（工作）曲線法等。

工作曲線法：一般是先從資料上查得某被測物的最大吸收峰的位置數據（λmax），并加適當的濾光片使光源來的光線中λmax附近的光順利通過，而吸收其余波長的光。同時配制一系列濃度的標準有色溶液，放在光電比色計里測得一系列吸光度值，如下：C1C2C3C4C5A1A2A3A4A5然后在A—C座標上作點將各點連起來，如圖：

最后將試液發色后測得吸光度值A，在圖上查找相應的濃度C值。光電比色法比目視法好些，用光電池代替人眼可以消除主觀誤差，還有其他優點，光電比色法誤差一般在5~20%。(三)分光光度法

分光光度法的操作和原理與光電比色法大體上相同，主要是采用先進的分光光度計，代替老式的光電比色計。在分光光度計中采用較好的單色光，其波長寬度僅2~6nm。而比色計中用的光單色性很差，有50~100nm寬，甚至更寬，所以分光光計的測試靈敏度、選擇性、準確度較高，一般可達2~5%。目前最常用的分光光度法主要是標準曲線法，其操作程序與上述比色法中所述相似。（四）分光光度計

72-G型分光光度計（帶寬：6nm，波長精度：2.0nm，波長范圍：380nm~780nm）分光光度計的主要組成部分有：

光源

單色器

樣品池

檢測器

其簡單結構圖如下所示：其簡單光路圖如下所示：§3

有機物的吸收光譜

ultravioletspectrometryoforganiccompounds1．紫外—可見吸收光譜

有機化合物的紫外—可見吸收光譜是三種電子躍遷的結果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。當外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態向激發態(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序為：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

sp

*s*RKE,BnpECOHnpsH

分子能級圖基態電子能級振動能級轉動能級激發態、第一激發態、第二激發態電子躍遷所處的波長范圍與強度2σ→σ＊躍遷

所需能量最大；σ電子只有吸收遠紫外光的能量才能發生躍遷；飽和烷烴的分子吸收光譜出現在遠紫外區；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檢測到；作為溶劑使用；sp*s*RKE,BnpE3n→σ＊躍遷

所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠紫外區，近紫外區仍不易觀察到。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n→σ*躍遷。4

π→π＊躍遷

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

發色基團，但

→

*200nm。max=162nm助色基團取代

→

*（K帶)發生紅移。165nm217nm

?

?

?

(HOMOLVMO)

max

基-----是由非環或六環共軛二烯母體決定的基準值；無環、非稠環二烯母體：

max=217nm共軛烯烴（不多于四個雙鍵）

*躍遷吸收峰位置可由伍德沃德——菲澤規則估算。

max=基+nii

（2）共軛烯烴中的→*異環（稠環）二烯母體：

max=214nm同環（非稠環或稠環）二烯母體：

max=253nmniI:由雙鍵上取代基種類和個數決定的校正項

(1)每增加一個共軛雙鍵+30(2)環外雙鍵+5(3)雙鍵上取代基：?；?OCOR）0鹵素（-Cl，-Br）+5烷基（-R）+5烷氧基（-OR）+6

（3）羰基化合物共軛烯烴中的→*①

Y=H,R

n→*

180-190nm

→

*

150-160nmn→*

275-295nm②Y=

-NH2,-OH,-OR

等助色基團K帶紅移，R帶蘭移；R帶max=205nm；10-100K

K

R

R

n

n

165nm

n

③不飽和醛酮K帶紅移：165250nmR

帶蘭移：290310nm

α，β不飽和醛酮酸酯的最大波長計算：見Woodward–Fieser－Scott規則（p91表3.3.2）（4）芳香烴及其雜環化合物

苯：E1帶180184nm；

=47000E2帶200204nm=7000

苯環上三個共扼雙鍵的→*躍遷特征吸收帶；B帶230-270nm

=200

→

*與苯環振動引起；含取代基時，B帶簡化，紅移。

max（nm）

max苯254200甲苯261300間二甲苯2633001，3，5-三甲苯266305六甲苯272300乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環共扼：K帶強；苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B帶簡化；氧上的孤對電子：R帶，躍遷禁阻，弱；CCH3On→p*

;

R帶p

→p*

;

K帶苯環上助色基團對吸收帶的影響苯環上發色基團對吸收帶的影響5.立體結構和互變結構的影響順反異構：

順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000互變異構：

酮式：λmax=204nm

烯醇式：λmax=243nm

6.溶劑的影響非極性極性

n

np

n<p

n

p

非極性極性n>pn

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；

；

max(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)*230238237243n*329315309305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；；極性溶劑使精細結構消失；7.生色團與助色團生色團：

最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產生的。這兩種躍遷均要求有機物分子中含有不飽和基團。這類含有π鍵的不飽和基團稱為生色團。簡單的生色團由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C≡N等。助色團：

有一些含有n電子的基團(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當它們與生色團相連時，就會發生n—π共軛作用，增強生色團的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強度增加)，這樣的基團稱為助色團。紅移與藍移

有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變溶劑使最大吸收波長λmax和吸收強度發生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移(或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數ε增大或減小的現象分別稱為增色效應或減色效應，如圖所示。三、金屬配合物的紫外吸收光譜

ultravioletspectrometryofmetalcomplexometriccompounds

金屬配合物的紫外光譜產生機理主要有三種類型：1.配體微擾的金屬離子d-d電子躍遷和f-f

電子躍遷

在配體的作用下過渡金屬離子的d軌道和鑭系、錒系的f軌道裂分，吸收輻射后，產生d一d、f一f躍遷；

必須在配體的配位場作用下才可能產生也稱配位場躍遷；

摩爾吸收系數ε很小，對定量分析意義不大。2.金屬離子微擾的配位體內電子躍遷

金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長和強度的變化。變化與成鍵性質有關，若共價鍵和配位鍵結合，則變化非常明顯。3.電荷轉移吸收光譜電荷轉移躍遷：輻射下，分子中原定域在金屬M軌道上的電荷轉移到配位體L的軌道，或按相反方向轉移，所產生的吸收光譜稱為荷移光譜。Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h[Fe3+CNS-]2+h[Fe2+CNS]2+電子接受體電子給予體分子內氧化還原反應；

>104Fe2+與鄰菲羅啉配合物的紫外吸收光譜屬于此。§3.2有機化合物的紫外-可見光譜飽和烴及其取代衍生物：

▲σ－σ*飽和單鍵真空紫外10—200nm可作為溶劑.

▲n－σ*n電子，

多數在遠紫外，鹵代烴、醇、胺等,可大于200至260nm以上.例如CH3I有兩個吸收峰：210及259nm.不飽和烴及共軛烯烴：

▲孤立雙鍵

－*大多在遠紫外,波長小于200nm,n－*可移至紫外、可見,例如：丙酮194，284nm

亞硝基丁烷300，665nm

▲共軛雙鍵形成新的成鍵和反鍵軌道，能量減低波長紅移，即變長。

共軛烯烴的最大波長計算：見Woodward–Fieser規則▲羰基化合物羰基>C=O有躍遷：

n－σ*

－*與雙鍵共軛時移至220－260nmn－*R帶醛、酮：270－300nm，羧酸類：210nmα，β不飽和醛酮酸酯的最大波長計算：見Woodward–Fieser－Scott規則（p91表3.3.2）苯及其衍生物：三個乙烯鍵的環狀共軛系統中，－*所產生的芳香烴所特有的特征吸收E1帶：180nm，ε＝60000E2帶：204nm，ε＝8000B帶：255nm，ε＝200，指頭峰，苯環精細結構，苯環振動躍遷在基態電子躍遷上的重疊

1.

苯環上有取代基時苯的三個吸收帶（尤其E2與B帶）發生明顯的紅移。強度增強。2.苯環增多，三個吸收帶紅移，強度增強。3.雜環化合物，與相應的碳環相似。苯的多取代物最大波長計算：見－Scott規則(p92表3.3.3)§4儀器

儀器分類單光束雙光束雙波長單光束陣列式光電二級管檢測儀器展示

紫外-可見分光光度計一、基本組成

generalprocess光源單色器樣品室檢測器顯示1.光源

在整個紫外光區或可見光譜區可以發射連續光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩定性、較長的使用壽命。

可見光區：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在350～2200nm。

紫外區：氫、氘燈。發射185～400nm的連續光譜。光源氫燈或氘燈——紫外光源200~360nm鎢燈或鹵鎢燈——可見光源350~2200nm

2.單色器

將光源發射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系統。①入射狹縫：光源的光由此進入單色器；②準光裝置：透鏡或反射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。3.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區須采用石英池，可見區一般用玻璃池。4.檢測器

利用光電效應將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結果顯示記錄系統

檢流計、數字顯示、微機進行儀器自動控制和結果處理二、分光光度計的類型

typesofspectrometer

1.單光束

簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩定性。2.雙光束

自動記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結構分析。儀器復雜，價格較高。光路圖(一)光路圖(一)光路圖(二)光路圖(二)光路圖(二)光路圖(二)光路圖(三)光路圖(三)§5應用

定性分析

結構分析

定量分析

測定化學物理參數

§5.1

定性、定量分析

qualitativeandquantitativeanalysis1.定性分析

max：化合物特性參數，可作為定性依據；有機化合物紫外吸收光譜：反映結構中生色團和助色團的特性，不完全反映分子特性；(見p97表3.5.1)計算吸收峰波長，確定共軛體系等甲苯與乙苯：譜圖基本相同；結構確定的輔助工具；max，max都相同，可能是一個化合物；標準譜圖庫：46000種化合物紫外光譜的標準譜圖

?Thesadtlerstandardspectra,Ultraviolet?

純度檢查2.定量分析依據

依據：朗伯-比耳定律

吸光度：A=bc透光度：-lgT=bc靈敏度高：

max：104～105L·mol-1·

cm-1；（比紅外大）測量誤差與吸光度讀數有關：

A=0.434，(或者Ｔ＝36.8%時)讀數相對誤差最小；圖譜的解析步驟(A)觀察譜圖(1)譜帶數目，λmax進入可見光區的程度。(2)觀察重要譜帶的kmax

值。kmax>20000可能為簡單、長共軛結構。kmax=10000～20000，可能是簡單二烯烴、β-不飽和羰基化合物。kmax=10000左右，芳核上連發色基團。kmax=10～100（λmax=270～350nm）可能是酮。

(B)找模型化合物的紫外光譜圖對照一般說來，相似發色基團結構有相似的譜圖如Me(CH=CH)nMe、、芳香族化合物的紫外譜圖如下：共軛體系的紫外光譜k/mol-1·cn-1·Lk/mol-1·cn-1·L(C)確定化合物的結構(1)找模型化合物的譜圖(2)查資料，找有關結構的紫外光譜圖，標準譜圖。(3)借助其他結構分析方法的結果，互相印證。如化學法、IR、NMR等。k/mol-1·cn-1·L§5.2

有機化合物結構輔助解析

structuredeterminationoforganiccompounds

1.可獲得的結構信息（1）200-400nm無吸收峰。飽和化合物，單烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮n→π*躍遷產生的R

帶。（3）

250-300nm有中等強度的吸收峰（ε=200-2000），芳環的特征吸收（具有精細解構的B帶）。（4）

200-250nm有強吸收峰（ε104），表明含有一個共軛體系（K）帶。共軛二烯：K帶（230nm）；-不飽和醛酮：K帶230nm，R帶310-330nm260nm,300nm,330nm有強吸收峰，3,4,5個雙鍵的共軛體系。2.光譜解析注意事項(1)確認max，并算出㏒ε，初步估計屬于何種吸收帶；(2)觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系；(3)乙?；灰艬帶：262nm(ε302)274nm(ε2040)261nm(ε300)(4)pH值的影響加NaOH紅移→酚類化合物，烯醇。加HCl蘭移→苯胺類化合物。3.分子不飽和度的計算定義：

不飽和度是指分子結構中達到飽和所缺一價元素的“對”數。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1。

計算：

若分子中僅含一，二，三，四價元素(H，O，N，C)，則可按下式進行不飽和度的計算：

=1+n4+（n3–n1）/2n4，n3，n1

分別為分子中四價，三價，一價元素數目。

作用：

由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環，芳環的數目，驗證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2=1+9

+（0–8）/2=64.解析示例

有一化合物C10H16由紅外光譜證明有雙鍵和異丙基存在，其紫外光譜

max=231nm（ε9000），此化合物加氫只能吸收2克分子H2，，確定其結構。解：①計算不飽和度=3；兩個雙鍵；②max=231nm，③可能的結構④計算max

max：232273268268max=非稠環二烯（a,b）+2×烷基取代+環外雙鍵=217+2×5+5=232（231）吸收波長計算立體結構和互變結構的確定順式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；εmax=29000共平面產生最大共軛效應，εmax大互變異構：

酮式：λmax=204nm；無共軛

烯醇式：λmax=243nm取代苯吸收波長計算同分異構體的鑒別乙酰乙酸乙酯酮式：204nm烯醇式：245nm

順式與反式1，2－二苯乙烯

反式

295nm

27000

順式280nm10500例題

有一化合物C10H16,其UV的λmax=231nm。其IR光譜中在1645cm-1處有中強峰，1383和1370cm-1處有強峰。加氫反應時吸收2molH2，試推測其結構。解:(1)不飽和度U＝1+n4+1/2(n3-n1)=1十10十1/2(-16)＝3

這表示分子中可能有二個雙鏈一個飽和環；

(2)在IR光譜中1645cm-1處有中強峰，表示有雙鍵存在，加氫反應能吸收2molH2，表示有二個雙鍵；

(3)UV的λmax＝23lnm，表示二個雙健是共軛雙鍵；(4)IR的1383和1370cm-1二個強峰，表示有異丙基存在。綜上分析，初步推斷該化合物為驗證：

基值217nm

2個烷基2×5nm

一個環外雙鍵l×5nmλmax(計算值）＝232nm

(實測值231nm)計算值λmax與實測值極為接近，所以上述推斷正確。5結構分析參考（1）二烯與多烯的最大吸收波長

伍德沃德（Woodward）經驗規則，見p90表3.3.1．例1～例3（p90）（2）不飽和羰基化合物－*的最大吸收波長（α、β、γ、δ）

伍德沃德（Woodward）經驗規則，見p91表3.3.2．P91的例1～例3．共軛雙鍵算羰基，環外不算雙鍵算羰基。（3）芳香化合物的紫外吸收波長

斯科特（Scott）規則見p92表3.3.3.P92例1～例2．苯系化合物的主要紫外吸收帶見表3.3.4（p93）

思路：先考慮苯環，再考慮羰基，最后是多烯。§5.3定量分析

紫外-可見分光光度法在定量分析領域內具有極為重要與廣泛的用途。通常使用下述三種方法：1、直接法（利用待測物質A本身在某一波長有吸收而進行測定。）A+RAR待測物顯色劑配合物無吸收有吸收

A+B-RB+A-R

無吸收有吸收無吸收有吸收3、間接法2、顯色法§

5.3.1單組分的定量方法1.比較法這種方法是采用一已知濃度cs的待測化合物的標準溶液，測量其吸光度As。然后測量待測未知液的吸光度Ax，根據光吸收定律計算求出待測未知液的濃度cx。所以，這種直接比較法有時又稱為計算法。As=εb

cs

Ax=εbcx2.標準(工作)曲線法：一般是先從掃描曲線上查得某被測物的最大吸收峰的位置數據（λmax），同時配制一系列濃度的標準有色溶液，測得一系列吸光度值，如下：

c1

c2

c3

c4

c5

A1

A2

A3

A4

A5作出標準(工作)曲線．測得試液吸光度值Ax后，在圖上查找相應的濃度出cx值。或者用回歸曲線法計算。標準（工作）曲線

3.標準加入法這種方法是先測量濃度為出cx的待測液的吸光度Ax，然后在此待測液中加入一濃度為c的標準溶液，再測量其吸光度Ax+△。根據朗伯比耳定律應有：Ax=ε·b·cx(3-１)又根據吸光度的加合性應有：Ax+△=Ax+A△(3-２)但A△=ε·b·c△

，代入(3-２)式，

Ax+△=Ax+ε·b·c△

Ax+△－Ax=ε·b·c△(3-３)將(3-5)和(3-7)兩式相除得：用加入法進行定量分析時，亦可采用直線外推作圖法求出待測溶液的濃度cx。橫坐標為濃度c，縱坐標為吸光度A。將D、E兩點連線并延長，在橫坐標軸上的截距AB即對應于待測液濃度cx。直線外推作圖法如圖4-14所示，若混合物中A和B兩組分的吸收曲線互不重疊，這時測定方法與單一組分的測定相同，即可以在波長λ1、λ2分別測定組分A和組分B?！?/p>

5.3.2多組分同時測定1.兩組分同時測定(1)兩組分吸收曲線互不重疊(2)兩組分吸收曲線部分重疊如圖4-15所示，這時混合物A和B兩組分的吸收曲線已部分重疊。在這種情況下，如果采用單一組分測定的方法，分別在λ1和λ2測定A和B就會帶來很大誤差甚至不可能進行測定。

但可利用吸光度的加合性同時測定組分A和組分B的含量。根據朗伯比耳定律應有：又根據吸光度的加合性，則：其中cA和cB可用行列式或代數中消元解法求出：

2.多組分同時測定（聯立方程法）當溶液中有N個組分同時存在時，僅當各組分均遵循光吸收定律而且最大吸收峰相互不重疊時才能進行多組分的同時測定。與二組分同時測定類似，我們可以寫出多組分混合液中求算各組分濃度的多元一次方程組。§

5.3.3、差示分光光度法1、差示法定義及分類

一般分光光度法測定選用試劑空白或溶劑空白作為參比，所謂差示法，就是用一已知濃度的標準溶液作參比溶液，與未知試樣溶液相比較，測量其吸光度，再從測得的吸光度求出未知液濃度的分析方法。該法的實質是相當于透光率標尺的放大．差示分光光度法又分為3種情況：高吸收法、低吸收法和最精密法．高吸收法在測定高濃度溶液時使用．選用比待測溶液濃度稍低的已知濃度溶液作標準溶液，調節透光率為100％．

低吸收法在測定低濃度溶液時使用．選用比待測溶液濃度稍高的已知濃度溶液作標準溶液，調節透光率為0．

最精密法是同時用比待測溶液濃度稍高或稍低的兩份已知濃度溶液作標準溶液，分別調節透光率為0或100％．下面簡單推導差示分光光度法的基本關系式．2、差示法基本關系式設未知溶液的濃度為Cx，以溶劑為參比時，其透過率為Tx0,吸光度為Ax0.若選濃度為Cs的已知溶液作參比，調節透光率為100％。根據吸收定律,溶劑為參比時：Ax0=Ax-A0,Tx0=Ix/I0As0=As-A0,Ts0=Is/I0用已知濃度Cs的溶液作參比時：Ax=Ax0－As0=ε·b·（Cx－Cs）＝ε·b·△CAx=-log(Ix/Is),Tx=Ix/Is=Tx0/Ts0高吸收法§5.3.4雙波長分光光度法在雙波長分光光度計中，通過兩個單色器分別將光源發出的光分成λ1和λ2兩束單色光，經斬光器并束后交替通過同一吸收池．因此檢測的是試樣溶液對兩波長的吸光度差，其原理為：若λ1和λ2兩波長光通過吸收池后的透過光強分別為I1和I2，則有式中，As1和As2為背景吸收，與波長關系不大,

I01和

I02表示λ1和λ2處的入射光強，一般I01＝

I02

，As1＝As2

．因此

ΔA=

A

λ2

–Aλ1=-lgI2/I1=(ελ2-ελ1)bc即，兩束光通過吸收池后的吸光度差與待測組分濃度成正比．雙波長分光光度法有如下特點：（１）可用于懸濁液和懸浮液的測定，消除背景吸收．（２）無須分離，可用于吸收峰相互重疊的混合組分的同時測定．設有混合組分x和y，選擇λ1和λ2

，使ε2y=ε1y，即λ1和λ2是y的等吸收波長，則從而消除了y的干擾.

下圖為在2,4,6-三氯苯酚存在下測定苯酚的例子。雜質2,4,6-三氯苯酚在3個波長下的吸光度相等，選擇λ2（270nm）為苯酚的測定波長，第二個波長可以選擇λ1(286nm)或λ‘1

(325nm)，2,4,6-三氯苯酚不干擾測定。(3)可用于測定高濃度溶液中的痕量組份。(4)可測定導數光譜?！?.3.5導數法

用吸