紫外可见分光光度法培训课件

⑶电荷转移吸收光谱-络合物的吸收 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。 在分光光度法中具有重要意义: 微量组分的定量分析。
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
1. 饱和烃及其取代衍生物
电磁波谱
波长 200 400 800 3200(nm)
g -X-射线
紫外
可见
红外
微波
无线电
真空紫外
近红外
核磁共振
波长越短，能量越高
二、紫外可见光谱
紫外吸收光谱：电子跃迁光谱
吸收光波长ຫໍສະໝຸດ Baidu围200400 nm（近紫外区） ，可用于 结构鉴定和定量分析。
可见吸收光谱：电子跃迁光谱
吸收光波长范围400780 nm ，主要用于有色物质的定量分析。
单色光：只具有一种波长的光。
混合光：由两种以上波长组成的光，如白光。
黄 橙
红 紫 绿 青
白光
青蓝
蓝
物质的颜色是由于物质对不同波 长的光具有选择性的吸收作用而 产生的，物质的颜色由透过光的 波长决定。
例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色； 高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。 如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以
二氧杂环己烷
/nm 177 178 204 214 186 339，665 280 300，665 270
max
13000 10000 41 60 1000 150000 22 100 12
跃迁类型
* * n* n*
n*， n*
n*， n* n* n*
特点
灵敏度高 准确度较好 操作简单 选择性较好 通用性强 价格低廉
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二、紫外可见吸收光谱
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
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二、紫外可见吸收光谱
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， 是物质定性分析的依据。 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λmax 不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似 λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线 形状和λmax则不同。 吸收谱带的强度与该物质分子吸收的光子数成正 比，是物质定量分析的依据。
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
5. 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。
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溶剂对紫外吸收光谱的影响
2. 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 ，从而引起吸收峰位臵的改变，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时，吸收峰发 生红移，表明该化合物为酸性物质。如果变为 碱性，发生蓝移，可能为芳胺。 例如：苯酚（当pH大于7时，发生红移） 苯胺与盐酸苯胺
得白光，这两种光就叫互为补色光。物质呈现的颜色和 吸收的光颜色之间是互补关系。
/nm
颜色 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿
互补光 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝
黄 橙 红
绿
青
400450 450480
白光
青蓝
480490 490500
紫
蓝
500560 560580
黄 580610 不同颜色的可见光波长及其互补光 610650 橙
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紫外光谱中常用的术语
助色团
助色团是指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。
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紫外光谱中常用的术语
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 270
Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr
ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr
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一、概述 – 分子光谱
Ｅ＝Ｅe+Ｅv+Ｅr
ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr 电子能级 振动能级
转动能级
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一、概述 – 分子光谱
ΔΕr 0.005～0.050eV 远红外光谱(分子转动光谱) ΔΕv 0.05～１eV ΔΕe 1～20eV
红外光谱(分子振动光谱) 紫外—可见光谱(分子的电子光谱)5
n→ π ＊ < π → π ＊ < n→ σ ＊ < σ → σ ＊
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*跃迁
• 能量很大 • 吸收光谱在真空紫外区 • 多为饱和烃
甲烷
乙烷
125 nm
135 nm
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n
* 跃迁
• 所需能量小于 *跃迁（150-250 nm） • 若饱和烃中的氢原子被氧、氮、卤素等原子或基团所取代， 由于这些原子中含有n电子，可以发生n * 跃迁 •摩尔吸光系数比较小，一般在100-3000 L / mol cm 化合物 H2O CH3OH CH3Cl (CH3)2O max 167 184 173 184 max 1480 150 200 2520
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
2. 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。
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紫外光谱中常用的术语
红移—λmax向长波方向移动 蓝移— 向短波方向移动 增色效应—吸收强度即摩尔吸光
系数 ，ε增大的现象
减色效应—吸收强度即摩尔吸光 系数， ε减小的现象 引入取代基或改变溶剂
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无机化合物的紫外—可见吸收光谱
⑴过渡金属离子d一d的电子跃迁
（2）镧系和锕系离子的f一f电子跃迁
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
3. 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。
光谱定性分析基础：吸
Cr2O7
2-
MnO4-
收曲线的形状和最大吸 收波长
300 350
400
500
600
Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱
三、光的吸收定律
朗伯(Lambert) 光的吸收程度和吸 收层厚度的关系 A∝b 比耳(Beer) 光的吸收程度和吸收 物浓度之间的关系 A∝ c
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溶剂对紫外吸收光谱的影响
1. 溶剂的极性
溶剂的极性越强，由π→π＊跃迁产生的谱带向长 波方向移动越显著。这是因为发生π→π＊跃迁的分 子激发态的极性总大于基态，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。 所用溶剂极性越强，则由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。
* 和 n * 跃迁
• * 和 n * 跃迁能量低（>200 nm）
• 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， ~ 104 • n * 跃迁吸收弱， 500
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150 nm，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。但是它们是测定紫外和（或）可 见吸收光谱的良好溶剂。
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互补光
利用被测物质的分子对紫外-可见光具有选择性
吸收的特性而建立的分析方法。
一、紫外－可见吸光光度法的特点
（1）具有较高的灵敏度。 （2）有一定的准确度，该方法相对误差为2%-5%，
可满足对微量组分测定的要求。
（3）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。
（4）应用广泛
物质对光的选择性吸收
1、光的互补性与物质的颜色
苯 184 （ *） 204 254
苯酚
（—OH为助色团）
/nm
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紫外光谱中常用的术语
红移与蓝移
有机化合物的吸收谱带常常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 ）之后，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-CH2、CH2CH3、-OCOCH3。
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有机化合物紫外-可见吸收光谱
4. 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180 nm（MAX = 60，000）； E2带 出现在204 nm（ MAX = 8000 ）；B带出现在255 nm （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。
2、吸收光谱或吸收曲线
吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸 收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。
最大吸收波长，max 定量分析的基础：某一波长 下测得的吸光度与物质浓度 关系的有关
KMnO4 的吸收曲线
1.0 0.8 0.6 Absorbance 0.4 0.2
350
525 545
第13章 紫外可见分光光度法
(UV-VIS spectrometry)
周正雄
目录
一、分子光谱概述 二、紫外可见光谱
三、朗伯－比尔定律
四、紫外可见分光光度计
五、无机与有机分析应用
六、仪器操作
七、仪器维护保养
一、概述 – 分子光谱
物质分子内部三种运动形式
电子相对于原子核的运动 --- 电子能级 （Ee） 原子核在其平衡位臵附近的相对振动 --振动能级（ Ev ） 分子本身绕其重心的转动 --- 转动能级 （Er）
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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）：形成单键 的σ电子、形成双键的π电子、未成键的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：
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紫外光谱中常用的术语
生色团：从广义来说，所谓生色团，是指分子中可 以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人 们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统 定义为生色团。
生色团 烯 炔 羧基 酰胺基 羰基 偶氮基 硝基 亚硝基 硝酸酯 溶剂 正庚烷 正庚烷 乙醇 水 正己烷 乙醇 异辛酯 乙醚