5紫外-可见吸收光谱法

光谱区域划分：
波长 0.01-10 nm 10-200 nm 200-380 nm 380-780 nm 0.78-2.5 μm 2.5-25 μm 25-1.0×103 μm 1.0-1.0×103 mm 1.0-1000 m 外加磁场中原子核自 旋能级 核磁共振谱 对应跃迁能级 内层电子 价电子能级 价电子能级 价电子能级 分子振动能级 分子振动能级 分子转动能级 红外光谱 紫外光谱 可见光谱 对应波谱分析法
1. E=hυ＝hc/λ＝hcν （1-1） 式中：E——能量 h——普朗克常数， h＝6.624×10-34 J·s υ——频率，υ＝c/λ c——光速，c＝3×108 m·s-1 λ——波长，用长度单位表示。 ν——波数，ν＝1/λ，cm-1
3.
电磁波区域 X射线 远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外 远红外 微波 射频
当给定入射光波长、吸光物质性质、溶剂、温度及光程等因素，则有
A=kc
即溶液的吸光度与浓度成正比，可用标准曲线法测定未知液的浓度。
0.40
苯酚标准曲线
例：用紫外分光光度计 测定水溶液中苯酚浓度：
0.30
λmax=275 nm ，25℃ ，
1cm比色皿，水作溶剂。
0.20 y = 0.0129 x R 2 = 0.9997
离子交换、蒸发和蒸馏以及色谱分离法（包括柱色谱、纸色谱、薄层色谱等）。
第五节 紫外分光光度计
可见光区：钨丝灯或卤钨灯 （340-2500nm） 紫外光区：氢灯或氘灯 (160-375nm)
可见光区：石英比色皿或玻 璃比色皿 紫外光区：石英比色皿（需 挑选配对）
第六节 紫外光谱的应用
一、有机化合物的定性及结构分析



π－π*共轭引起的吸收带红移
具有共轭体系的化合物是紫外吸收光谱的研究重点。
苯、萘、蒽、并四苯的紫外光谱图
二、
几个基本术语

1．发色团(生色团) (chromophore)：凡能在紫外或可
见光区域产生吸收带的基因称为发色团，如>C＝C< 、>C＝O、-NO2、 -C6H5等。

2 ．助色团 (auxochrome) ：本身在紫外及可见光区不产生
紫外光谱在结构分析中应用举例
1．顺反异构体的判别
有机化合物的分子构型不同，其紫外光谱的λmax及εmax也不同。通常反式异 构体的λmax及εmax较相应的顺式异构体为大，这是由于顺式异构体更容易产 生立体障碍，共轭程度较差而造成的。 例：反式和顺式1，2—二苯乙烯
A
0.10
0.00 0 5 10 15 20 25
C(mg/L)
偏离朗伯-比耳定律的原因
1. 定律的局限性引起偏离：朗伯—比尔定律只适用于浓度小于0.01 mol/L的稀溶液，不同物质的线性范围不一样 2. 入射光的单色性不纯引起偏离 3. 仪器性能及测量误差引起偏离 4. 化学因素引起偏离 ：控制好显色反应条件，控制溶液的化学平衡等， 以防止产生偏离
[Fe — SCN ]
3+ - 2+ hυ
[Fe2+—SCN]2+
电子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ受体
电子给予体
特点：摩尔吸光系数大，一般εmax>104。因此用这类谱带进行定量分析可获得较高 的测定灵敏度。
2.配位体场吸收光谱 指过渡金属离子与配位体（通常是有机化合物）所形成的配合物在外来辐射作用 下，吸收紫外或可见光而得到相应的吸收光谱。这类跃迁必须在配位体的配位场作 用下才有可能产生，因此称为配位场跃迁。 由于它们的基态与激发态之间的能量差别不大，这类光谱一般位于可见光区。配位 场跃迁吸收谱带的摩尔吸光系数较小，一般εmax<102。相对来说，配位体场吸收光 谱较少用于定量分析中，但它可用于研究配合物的结构及无机配合物键合理论等方 面。
三、参比溶液的选择
测量试样溶液的吸光度时，先要用参比溶液调节透射比为100%，以消除溶液中其 他成分以及吸收池和溶剂对光的反射和吸收所带来的误差。
1.溶剂参比：当试样溶液的组成较为简单，共存的其他组分很少且对测定波长的 光几乎没有吸收时适用。 2.试剂参比：若显色剂或其他试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件， 只是不加入试样， 同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。 3. 试样参比：若试样基体在测定波长有吸收，而与显色剂不起显色反应时，可按 与显色反应相同的条件处理试样，只是不加显色剂。这种参比溶液适用于试样中 有较多的共存组分、加入的显色剂量不大、且显色剂在测定波长无吸收的情况。 4. 平行操作溶液参比：用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测试样同样进 行处理，由此得到平行操作参比溶液。
ε= E1cm1%×(M/10)
式中M为摩尔质量。
第二节 紫外光谱原理
一、
有机化合物分子的电子跃迁
羰基电子能级跃迁示意图
四种电子能级跃迁类型

σ→σ* 跃迁：强吸收。远紫外区域。 π→π* 跃迁：强吸收。孤立双键的吸收带仍处于远紫外区，共轭双键体系
吸收带位于近紫外区域。 n→σ* 跃迁：弱吸收。分子中含－NH2、－OH、－SR、－X等基团时能发 生这种跃迁。吸收带大多位于远紫外区。 n→π* 跃迁：弱吸收。当不饱和键上连有杂原子（如 >C=O 、－ NO2 ） 时，能发生n→π* 跃迁。对应的吸收带位于270～300nm。若带杂原子的双 键与其他双键基团形成共轭体系，其n→π* 跃迁产生的吸收带将红移。
(2) 选择适当的掩蔽剂
使用掩蔽剂消除干扰是常用的有效方法。选取的条件是掩
蔽剂不与待测离子作用，掩蔽剂以及它与干扰物质形成的配合物的颜色应不干扰待 测离子的测定。 (3) 生成惰性配合物 例：钢铁中微量钴的测定常用钴试剂为显色剂，但钴试剂
不仅与Co2+有灵敏的反应，而且与Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+ 等都有反应。由于钴试 剂与Co2+在弱酸性介质中一旦完成反应后，即使再用强酸酸化溶液，该配合物也不 会分解， 而Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等与钴试剂形成的配合物在强酸介质中很快分 解，所以，用这种方法就可以消除上述离子的干扰，提高反应的选择性。 (4) 选择适当的测量波长 如在K2Cr2O7存在下测定KMnO4时，不是选λmax(525 nm)，而是选λ=545nm，这样测定KMnO4溶液的吸光度，K2Cr2O7就不干扰了。 (5) 分离 若上述方法不宜采用时，也可以采用预先分离的方法，如沉淀、萃取、

4．增色效应与减色效应: 当有机化合物的结构发生变化或溶
剂改变时，在吸收峰红移或蓝移的同时，常伴有吸光度(用A表示)的增强 或减弱。我们将吸光度增加的效应称为增色效应，将吸光度减小的效应 称为减色效应
三、
无机化合物的紫外光谱
无机化合物的紫外-可见吸收光谱一般可分为两类。
1. 电荷迁移吸收光谱 某些无机络合物分子同时具有电子给予体部分和电子接受体部分，它们在外来辐射 激发下会强烈吸收紫外光或可见光，使电子从给予体外层轨道向接受体跃迁，这样 产生的光谱称为电荷迁移光谱。
第五章 紫外-可见吸收光谱
Ultraviolet Absorption Spectroscopy,UV
内容提要
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
光谱学基本概念 紫外光谱原理 朗伯—比尔定律 分析条件的选择 紫外分光光度计 紫外光谱的应用
第一节 光谱学基本概念
光的波粒二象性 2. 普朗克方程：
第四节 分析条件的选择
一、仪器测量条件
光度计的测量误差主要由吸光度范围、入射光波长和狭缝宽度等因素引起。
1.适宜的吸光度范围：A=0.15~1.00；可通过调节待测溶液的浓度、选用适当厚 度的吸收池等方式使吸光度A落在此区间内 2.入射光波长：通常选择最强吸收带的最大吸收波长（λmax） 3.狭缝宽度：一般来说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的1/10
四、干扰及消除方法 干扰情况：
干扰物质本身有颜色或与显色剂形成有色化合物，在测定条件下也有吸收； 在显色条件下，干扰物质水解析出沉淀使溶液混浊，致使吸光度的测定无法进行； 与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物，使显色反应不能进行完全。
消除方法：
(1) 控制酸度 根据配合物的稳定性不同，可以利用控制酸度的方法提高反应的选 择性，以保证主反应进行完全。 例：双硫腙能与Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等十多种金属离子形成有色配合 物，其中与Hg2+生成的配合物最稳定，在0.5mol/L H2SO4介质中仍能定量进 行，而上述其他离子在此条件下不发生反应。
单独使用紫外光谱进行有机化合物结构分析比较困 难，但紫外光谱在确定发色团种类、判断某些方面的异 构体及确定不饱和化合物的结构骨架等方面，却起着十 分重要的作用，有些作用是其它方法难于替代的。
不同结构的两种分子，在相同的条件下测得的紫外光谱 可能完全相同。
胆甾-1-烯-3-酮（a）和异丙叉丙酮（b）的紫外光谱图
5.
分子吸收光谱的获得和表示方法
分光光度计工作原理示意图
6.
吸收光谱图的两种表示方法：
λmax
透过率(transmittancy，T)或百分透过率(T％)： T％=Il / I0 式中：I0 是入射光强度，Il 是透过光强度； 吸光度(absorbance，A)： A＝lg(I0 / I l) A＝lg(1/T) 谱图中峰位置、峰形、峰强度 与物质结构有关，可提供结构 信息；峰强度还与浓度有关， 可用于定量分析
4.
分子吸收光谱的产生及分类
分子内部的微观运动及分子的总能量： E总=E平+E转+E振+E电+E电旋+E核+…… 紫外光谱（紫外及可见光谱）：分子内价电子能级跃迁所产生的光谱；
能级差1-20 eV，相当于紫外及可见光子的能量。
红外光谱：由分子内化学键的振动能级跃迁所产生的光谱；能级差
0.05～1 eV，相当于近红外和中红外光子的能量；包括红外光谱和拉曼光 谱。
二、反应条件的选择
无机分析中，很少利用金属离子本身的颜色进行光度分析，因为它们的吸光系数值 都比较小，一般用显色反应分析金属离子。
显色反应：选用适当的试剂，与待测离子反应生成对紫外或可见光有较大吸收的物 质再行测定。所用的试剂称为显色剂。 常见显色反应类型：配位反应（应用最广）、氧化还原反应以及增加生色基团的衍 生化反应等。 显色反应一般要求：①反应的生成物必须在紫外、可见光区有较强的吸光能力，即 摩尔吸光系数较大，反应有较高的选择性；②反应生成物应当组成恒定、稳定性 好，显色条件易于控制，这样才能保证测量结果有良好的重现性；③对照性要好， 显色剂与有色配合物的λmax的差别要在60 nm以上。
第三节 朗伯—比尔定律
朗伯—比尔(Lambert—Beer)定律：
当一束平行单色光垂直通过均匀、透明的吸光物质的稀溶液时，溶液对光的吸收程 度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。
A=Kcl
式中：A——吸光度 c——吸光物质浓度 l——光程 K——比例常数，与入射光波长、吸光物质性质及溶剂、温度等因素有关。
吸收光谱图中吸收带的强度与检测时样品浓度有关，为了定量描述物质 对光的吸收程度，提出摩尔吸光系数ε概念。 摩尔吸光系数ε：是指样品浓度为l mol·L-1的溶液置于l cm样品池中，在 一定波长下测得的吸光度值。它表示物质对光的吸收能力，是物质的特 征常数。 百分吸收系数或比吸收系数E1cm1%：在分子量未知的情况下，常用 E1cm1% 表示物质对光的吸收能力。它是指溶液浓度为1％(1g/100mL)，液 层厚度为lcm时，在一定波长下的吸光度值。
显色反应的主要影响因素：
1.显色剂用量 2.溶液酸度的影响 (1) 由于pH值不同，可形成具有不同配位数，不同颜色的配合物。 (2) pH值增大会引起某些金属离子水解而形成各种型体的羟基配合物，甚至可能 析出沉淀；或者由于生成金属的氢氧化物而破坏了有色配合物，使溶液的颜色完 全退去。 3.其他问题 显色反应的时间、温度、放置时间对配合物稳定性的影响等都对显色反应有影响
吸收带，但与发色团相连时，能使发色团的吸收波长变长或吸收强度 增加（或同时两者兼有），如－OH、－NH2、－OR、卤素等。

3．红移(red shift)和蓝移(blue shift): 有机化合物的结
构发生变化或测试条件发生变化时，其吸收波长向长波方向移动的现象 称为红移；其吸收波长向短波方向移动的现象称为蓝移。取代基的变更 或溶剂种类的改变常可引起吸收谱带的红移或蓝移。