波譜分析——UV-Vis—基于分子外層電子躍遷產生的吸收光譜進行分析測定的一種儀器分析方法，常用波長范圍為200–800nm（4-200nm為真空紫外區）。該能量對應分子的三種能級：

hv=△E電子

+△E振動

+△E轉動

三種能級的圖例如下：

不同物質結構不同或者說其分子能級的能量(各種能級能量總和)或能量間隔各異，因此不同物質將選擇性地吸收不同波長或能量的外來輻射，這是UV-Vis定性分析的基礎。

定性分析具體做法是讓不同波長的光通過待測物，經待測物吸收后，測量其對不同波長光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A為縱坐標，輻射波長為橫坐標作圖，得到該物質的吸收光譜或吸收曲線，據吸收曲線的特性(峰強度、位置及數目等)研究分子結構。-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮

幾種有機化合物的分子吸收光譜圖。波譜分析——UV-Vis一、方法原理

1、有機化合物的紫外可見吸收光譜

（1）非鍵和成鍵向反鍵的躍遷（四種）（2）電荷遷移躍遷（分子內的氧化還原過程）如ph–NR2，ph–COR等（吸光系數大于104）各軌道能級高低順序：

n

*

*；可能的躍遷類型：

-

*；-

*；-

*；n-*；-

*；n-*

-

*：C-H共價鍵，如CH4（125nm）；C-C鍵，如C2H6(135nm)，處于真空紫外區；

-

*和

-

*躍遷：盡管所需能量比上述

-

*躍遷能量小，但波長仍處于真空紫外區；n-*：含有孤對電子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl(173nm);CH3I(258nm)；(CH3)2S(229nm)；(CH3)2O(184nm)CH3NH2(215nm)；(CH3)3N(227nm)，可見，大多數波長仍小于

200nm，處于近紫外區。以上四種躍遷都與成鍵和反鍵軌道有關（

-

*，-

*，-

*和n-*），躍遷能量較高，這些躍遷所產生的吸收譜多位于真空紫外區，因而在此不加討論。

只有

-

*和n-*兩種躍遷的能量小，相應波長出現在近紫外區甚至可見光區，且對光的吸收強烈，是我們研究的重點。波譜分析——UV-Vis2、幾個概念

——生色團、助色團（P10）、紅移、紫移

3、芳香族化合物的吸收光譜（1）苯的吸收光譜（E1、E2

、B）（2）烷基取代—使B帶稍向長波移動；（3）助色團取代—使E、B帶紅移，強度增加；（4）生色團取代—使B帶顯著紅移（見表P22）；（5）稠環芳香族化合物—共軛越大，紅移越多（P26）

（6）雜環芳香族化合物—與相對應的芳族類似（P27）波譜分析——UV-Vis4、無機化合物的吸收光譜（1）電荷遷移躍遷

——最大特點是吸收系數大（大于104），定量分析靈敏（如部分無機絡合物）；（2）配位場躍遷

——主要為d-d和f-f躍遷（見武大版教材P64）。波譜分析——UV-Vis5、溶劑的影響

—對光譜的影響（紅移或紫移）和對測定的影響選擇溶劑時須注意：（1）盡量選低極性溶劑；（2）能很好的溶解物質，且形成的溶液有好的化學和光化學穩定性；（3）在樣品的光譜區無明顯吸收（P12表1-2）。波譜分析——UV-Vis6、朗伯-比爾吸收定律

——㏒（Io/I）=A=abc——由上式，A與c應為過原點的直線，但實際分析時常有偏離，此時可從兩方面分析：（1）樣品溶液因素：上式僅在稀溶液成立；（2）儀器因素：上式僅適用于單色光。波譜分析—UV-Vis二、儀器結構與原理

——按光學系統可分為單光束、雙光束、單波長、雙波長分光光度計；由輻射源、分光器、吸收池、檢測器等組成（見圖）。

光源—鎢燈和氘燈（連續、穩定、恒定、長）分光器—棱鏡和光柵；吸收池—玻璃和石英吸收池；檢測器—光電倍增管和光電管。紫外可見光度計儀器:

分光光度計分為單波長和雙波長儀器。1.單波長分光光度計單光束雙光束（空間分隔）雙光束（時間分隔）特點：因光束幾乎同時通過樣品池和參比池，因此可消除光源不穩產生的誤差。光源檢測器單色器單色器切光器吸收池雙波長分光光度計示意圖2.雙波長分光度計通過切光器使兩束不同波長的光交替通過吸收池，測得吸光度差

A。

AB1和AB2分別為在1和2處的背景吸收，當1和2

相近時，背景吸收近似相等。二式相減，得這表明，試樣溶液濃度與兩個波長處的吸光光差成正比。特點：可測多組份試樣、混濁試樣、而且可作成導數光譜、不需參比液(消除了由于參比池的不同和制備空白溶液等產生的誤差)、克服了電源不穩而產生的誤差，靈敏度高。3.分光光度計的校正當光度計使用一段時間后其波長和吸光度將出現漂移，因此需要對其進行校正。波長標度校正：

使用鐠-釹玻璃（可見光區）和鈥玻璃（紫外光區）進行校正。因為二者均有其各自的特征吸收峰。吸光度標度校正：

采用K2CrO4標準液校正（在25oC時，于不同波長處測定0.04000g/L的KOH溶液（0.05mol/L）的吸光度A，調整光度計使其A達到規定的吸光度。波譜分析——UV-Vis三、實驗技術

1、樣品的制備—在溶液中進行無機物——水溶、酸溶或堿熔等；有機物——溶劑溶解或抽提，也可消化后溶解；溶劑——前述三點（低極性、溶解且無吸收、穩定）+揮發小、不易燃、無毒性、價格便宜等。波譜分析——UV-Vis2、測定條件的選擇（1）波長的選擇

——一般為最大吸收波長（靈敏、穩定）（2）狹縫的選擇

——影響靈敏度和線性范圍（不減少A的最大狹縫）（3）吸光度的選擇

——吸光度在0.2–0.8時，測量誤差最小由L-B定律：微分后得：將上兩式相比，并將dT和dc分別換為

T和

c，得當相對誤差

c/c最小時，求得T=0.368或A=0.434。即當A=0.434時，吸光度讀數誤差最小！通常可通過調節溶液濃度或改變光程b來控制A的讀數在0.15~1.00范圍內。波譜分析——UV-Vis3、反應條件的選擇

——多數測定均經顯色，使：更靈敏、高選擇性、組成恒定穩定等（與顯色劑顏色不同）。（1）溶液的酸度—影響吸收曲線

NaH2PO4+HCl(pH=3)NaAc+HCl(pH=5)KH2PO4+NaOH(pH=7)H3BO3+KCl(pH=9)H3BO3+NaOH(pH=11)波譜分析——UV-Vis

（2）顯色劑濃度—高靈敏度且吸光度恒定（3）溫度的影響（4）顯色時間—反應的時間及絡合物的穩定性（5）參比溶液①試液和顯色劑均無色蒸餾水為參比；②顯色劑無色，試液中有其它有色離子不加顯色劑的試液；③試液、顯色劑均有色取一份試液，加掩蔽劑掩蔽被測離子，再加顯色劑等。波譜分析——UV-Vis4、共存離子干擾的消除方法（1）加入適當的掩蔽劑（2）改變干擾離子的價態如鉻天青S測定Al（Ⅲ）時，Fe（Ⅲ）有干擾，可加入抗壞血酸還原鐵而消除干擾（3）選擇適當的波長（4）其它—各種預分離技術波譜分析——UV-Vis四、分析應用

1、定性分析

——吸收光譜曲線的形狀、吸收峰的數目、

最大吸收波長的位置及相應的吸收系數（1）比較（吸收光譜曲線）法

——與已知物或標準譜圖比較波譜分析——UV-Vis

（2）用各種經驗規則計算被測定物質的

max，并與實測值比較

——Woodward-Fieser(伍德沃德-費塞爾)規則

—計算共軛二烯、多烯烴不飽和醛酮、不飽和羧酸及酯類芳香族化合物規則

Scott(斯科特)規則

—計算芳香族羰基的衍生物Woodward-Fieser規則Woodward-Fieser規則估算最大吸收波長的幾個實例：波譜分析——UV-Vis

（3）有機物構型和構象的確定（順反、互變）如：順反式、酮式-烯醇式互變異構等（見P33-34例）（4）純度檢查如：通過測定吸收曲線通過測

來判斷干性油（含共軛雙鍵）與不干性油（飽和或雙鍵不共軛）的判別（5）在結構定性分析時，可作為其它鑒定方法的補充如：共軛體系的判斷、骨架確定、構型構象的測定等

波譜分析——UV-Vis但紫外可見定性時，僅可作為其它鑒定方法的補充（見教材P30幾條），同時注意以下原則：

a、計算不飽和數，估計結構可能性；

b、利用吸收帶的

max及

max

，指認電子躍遷類型；

c、利用溶劑效應及pH值與光譜變化的相關性；（吸收帶分為：K帶(n)、R帶()和B、E帶（苯環））*

d、利用

max及

max

，估計生色團及相鄰基團；

e、與化學反應配合，進一步考察生色體系骨架結構；

f、若分子中有2個以上分離的生色團體系，可用適當模型化合物，測量差示或加合光譜，推測復雜結構*；

g、預測K帶的經驗規則，對結構正確與否進行判斷；

h、推測結構與光譜數據有出入而無合理解釋——注意鄰位效應、空間效應、跨環效應等。波譜分析——UV-Vis2、定量分析——A=abc

（1）單一物質的分析

——A=kc（標準曲線法）高濃度時用示差分光光度法：

——A=k

c

混濁樣品時用雙波長法測定若

2為樣品吸收峰，

1為樣品無吸收，則：

A=（kc+B）—B=kc波譜分析——UV-Vis

（2）多組分的分析①解聯立方程組法——吸光度的加合性原則（二組分混合物的紫外、可見吸收光譜可分為：不重疊、部分重疊、相互重疊三種）（n組分時為n元方程組）②雙波長分光光度法等吸收波長法系數倍率法（3）示差分光光度法測量原理：當試樣中組份的濃度過大時，則A值很大，會產生讀數誤差。此時若以一濃度略小于試樣組份濃度作參比，則有：

具體做法：以濃度為cs的標準溶液調T=100%或A=0（調零），所測得的試樣吸光度實際就是上式中的

A，然后求出c，則試樣中該組份的濃度為(cs+c)。（4）導數光譜法1）定義：將吸光度信號轉化為對波長的導數信號的方法。導數光譜是解決干擾物質與被子測物光譜重疊，消除膠體等散射影響和背景吸收，提高光譜分辨率的一種數據處理技術。2）原理：已知，對波長求一階導數，得控制儀器使I0在整個波長范圍內保持恒定，即dI0/d

=0，則

可見，一階導數信號與濃度成正比。同樣可得到二階、三階….n階導數信號亦與濃度成正比。

隨導數階數的增加，峰形越來越尖銳，因而導數光譜法分辨率高（右圖）。吸收峰數為：導數階數+1，即n+110ppm苯的乙醇液1ppm苯的乙醇液純乙醇1ppm苯的乙醇溶液，一階導數光譜基本光譜1ppm苯的乙醇溶液，四階導數光譜選擇性及靈敏度均提高（苯的導數信號）3）導數峰高測量方法測量方法有三，如下圖：正切法：相鄰峰(極大或極小)切線中點至相鄰峰切線(極小或極大)的距離d；峰谷法：兩相鄰峰值(極大或極小)間的距離p1或p2；峰零法：極值峰至零線間的距離。（5）配合物組成和穩定常數測定1）摩爾比法(飽和法)設配合物的顯色反應為：具體做法：固定cM，增加cR，并測定一系列MRn的吸光度A，以cR/cM比值對A作圖，得如圖所示曲線。其中，曲線拐點處對應的值為配合比n。