紫外可见分子吸收光谱法
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紫外-可见吸收光谱 - 紫外-可见吸收光谱
2．生色团（发色团） 含有n→π*或π→π*的基团。 例:C＝C；C＝O；C＝S；—N＝N— 等
3．助色团 含非键电子的杂原子饱和基团。 例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X 4．红移（长移）、蓝移（短移）： 由于化合物结构变化（共轭、引入助色团）或采用不同溶
剂后： 吸收峰向长波方向移动，叫红移 吸收峰向短波方向移动，叫蓝移
第一节 紫外－可见吸收光谱
5．增色效应、减色效应 增色效应：使吸收强度增加的效应 减色效应：使吸收强度减弱的效应
6．吸收带 吸收光谱中吸收峰的位置称做吸收带 εmax>104 → 强带 εmax<102 → 弱带
第一节 紫外－可见吸收光谱
四、吸收带类型和影响因素
（一）吸收带类型 • 1．R带：由含杂原子的不饱和基团的n →π*跃迁产生(C
分子中价电子（外层电子）吸收紫外-可见光区的电磁 辐射发生电子能级跃迁
（吸收能量=两个跃迁能级之差）
第一节 紫外－可见吸收光谱
二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型
1.有机化合物紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型 从有机物化学键的性质来看，与紫外-可见吸收光谱有关的
电子主要有三种，即形成单键的σ 电子，形成双键π 电子以及 未参与成键的n电子。
水
243 nm 305 nm
迁移
长移 短移
第一节 紫外－可见吸收光谱
第一节 紫外－可见吸收光谱
4. 体系pH的影响
OH OH
O
H+
苯酚在不同pH时的紫外吸收光 谱
＝O；C＝N；-N＝N- )
• λmax≈ 300nm， max<100
• 溶剂极性↑，λmax↓ → 蓝移（短移） 2．K带：由共轭双键的π→ π*跃迁产生
5.紫外-可见吸收光谱法
•双波长分光光度计
双波长分光光度计的优点：是可以在有 背景干忧或共存组分吸收干忧的情况下 对某组分进行定量测定。 岛津UV-2700双光束双波长的
5.4 分析条件的选择 （一）显色反应的选择及类型 选择显色反应时应考虑的因素：
灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波 长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比 度”，要求△ > 60nm。
吸光度A与显色剂用量CR 的关系会出现如图所示的几种 情况。选择曲线变化平坦处。
2.反应体系的酸度
在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件 下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且 恒定的平坦区所对应的pH范围。
3.显色时间与温度
由实验确定。
4.溶剂
一般尽量采用水相测定。
（三） 波长的选择
一般根据待测组分的吸收光谱，选择最大 吸收波长作为测定波长。
收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可 能达到的最大灵敏度。 （5）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该 物质的灵敏度越高。 ε>105：超高灵敏； ε=(6～10）×104 ：高灵敏；
ε<2×104 ：不灵敏。
3. 吸光度A与透光度T的关系
透过光的强度It与入射光的强度Io之比称 为透光度或透光率，用T表示。 T = I t / I0
⑶ π→π＊跃迁
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近 紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104 L· mol-1· cm-1以上，属于
强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁 。如：乙烯π→π*跃迁的λmax为162 nm，εmax为1×104 L·mol1· cm-1。
在波长200-750nm内，基于分子内电子跃迁的吸收 光谱来确定物质的组成、含量，推测物质结构的一种 分析方法,又称为紫外-可见分光光度法。它属于分子 吸收光谱法。
紫外可见吸收光谱法原理_概述解释说明
紫外可见吸收光谱法原理概述解释说明1. 引言1.1 概述紫外可见吸收光谱法是一种广泛应用于化学分析、生物医药和材料科学等领域的分析技术。
它通过检测样品吸收紫外或可见光的能力，可以确定样品中存在的化合物或物质的浓度。
紫外可见吸收光谱法基于原子、离子或分子在特定波长范围内对电磁辐射的选择性吸收现象，利用这种吸收现象可以获得样品所具有的信息。
本文将对紫外可见吸收光谱法的原理进行详细介绍，并探讨其在化学分析、生物医药和材料科学中的应用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、紫外可见吸收光谱法原理、紫外可见吸收光谱应用领域、实验方法与操作步骤以及结论和展望。
1.3 目的本文旨在向读者介绍紫外可见吸收光谱法的基本原理以及其在不同领域中的应用。
通过阐述紫外可见吸收光谱法的操作方法和实验步骤，希望能为初学者提供一份清晰的指南，使其能够准确、有效地应用该技术进行分析。
同时，我们将对紫外可见吸收光谱法的局限性进行讨论，并展望其未来在科学研究和实际应用中的发展方向。
2. 紫外可见吸收光谱法原理:2.1 光谱的基本概念:光谱是指将某物质在不同波长范围内对电磁辐射的吸收、发射或散射进行分析和测量的方法。
根据电磁辐射的能量不同，可将光谱分为紫外光谱、可见光谱和红外光谱等。
其中，紫外可见吸收光谱法利用物质对紫外及可见光区域（200-800 nm）的吸收特性进行定量和定性分析。
2.2 紫外可见吸收光谱的原理:紫外可见吸收光谱法是通过物质吸收特定波长范围内电磁辐射而产生的能级跃迁来进行分析。
当样品受到入射光线照射后，样品中的某些化学成分会吸收特定波长范围内的能量，并转为高能态。
这些化学成分在高能态时可能会跃迁至更高能级或离子化状态，从而使入射光线中特定波长的能量被吸收，形成明显的吸收峰。
根据琴斯定律（Lambert-Beer定律），光的吸收与样品中物质浓度成正比。
因此，通过测量入射光和透射光之间的吸收差异，可以推算出样品中特定化合物的浓度。
05第5章 紫外可见吸收光谱法
ε=200
苯 甲苯 间二甲苯 1，3，5-三甲苯 六甲苯
其中B带为芳香族的重要特 征吸收带，常用于识别：精 精 细结构是 π → π*与苯环振动 细结构 引起；
λmax（nm） 254 261 263 266 272
ε max 200 300 300 305 300
含带有孤对电子的取代基时，由于n → π*共轭， B带强度 增大简化，红移；对于烷基取代基影响不大。
ε
能级跃迁
电子能级间跃迁 同时，总伴随有 的同时 同时 振动和转动 振动 转动能级间 转动 的跃迁。即电子光 谱中总包含 包含有振动 包含 能级和转动能级间 跃迁产生的若干谱 线而呈现宽谱带 宽谱带。 宽谱带
分子的内能： 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转 动能量Er 即: E＝Ee+Ev+Er 三种能级都是量子化的， 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能 量。
σ*
K E,B R
∆E
π*
n
π
σ
2）：n→σ＊跃迁
所需能量较大。 吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区 仍不易观察到。 含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原 子)均呈现n→σ* 跃迁。
化合物 H2O CH3OH CH3CL CH3I CH3NH2 λmax（nm） 167 184 173 258 215 εmax 1480 150 200 365 600
讨论： 讨论：
0.005～0.050eV， （1） 转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，跃迁 产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱； 产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱； 约为：0.05～ eV， （2） 振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产 生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； 生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； 较大1 20eV。 （3） 电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生 的吸收光谱在紫外－可见光区，紫外— 的吸收光谱在紫外－可见光区，紫外—可见光谱或分子的电 子光谱； 子光谱；
紫外可见吸收光谱法
例：
-C-C- 如：乙烷: max=135nm C-H 如: 甲烷: max= 125nm
2) n * 跃迁
分子中未共用n电子跃迁到* 轨道
化合物种类：凡含有n电子的杂原子的饱和化合物
特点：跃迁所需要的能量较高
位置：远紫外光区和近紫外光区
150-250nm
ε=100 ～ 1000 L·cm-1 ·mol-1
Mn+-Lb- M(n+1)+-L(b+1)- (hν) [Fe3+-SCN-]2+ [Fe2+-SCN]2+ （这就是配合物λmax=490nm为血红色原因）
金属配合物的电荷转移吸收光谱，有三种类型：
1. 电子从配体到金属离子: 相当于金属的还原； 2. 电子从金属离子到配体； 产生这种跃迁的必要条件是金属离子容易被氧化
白炽光源: 热辐射光源：可见光区，340-2 500nm，影响因素：灯电压
如 钨丝灯和卤钨灯； 气体放电光源: 气体放电发光光源：紫外光
否相同。 在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。
三、紫外-可见分光光度计
光源 λ1、 λ2、 λ3、 …、 λn
分光系统
λmax
调制放大 记录系统→显示A
检测系统 光→电
I0→样品池→ It
紫外-可见分光光度计主要组成部件
光源
分光系统
样品池
检测系统
记录系统
1、光源
1.光源：提供入射光的元件。
3.电子从金属到金属
配合物中含有两种不同氧化态的金属时，电子可在其间转移，
这类配合物有很深的颜色，如普鲁士蓝 （磷、砷）钼蓝 H8 [SiMo2O5(Mo2O7)5 ]
-C-C- 如：乙烷: max=135nm C-H 如: 甲烷: max= 125nm
2) n * 跃迁
分子中未共用n电子跃迁到* 轨道
化合物种类：凡含有n电子的杂原子的饱和化合物
特点：跃迁所需要的能量较高
位置：远紫外光区和近紫外光区
150-250nm
ε=100 ～ 1000 L·cm-1 ·mol-1
Mn+-Lb- M(n+1)+-L(b+1)- (hν) [Fe3+-SCN-]2+ [Fe2+-SCN]2+ （这就是配合物λmax=490nm为血红色原因）
金属配合物的电荷转移吸收光谱，有三种类型：
1. 电子从配体到金属离子: 相当于金属的还原； 2. 电子从金属离子到配体； 产生这种跃迁的必要条件是金属离子容易被氧化
白炽光源: 热辐射光源：可见光区，340-2 500nm，影响因素：灯电压
如 钨丝灯和卤钨灯； 气体放电光源: 气体放电发光光源：紫外光
否相同。 在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。
三、紫外-可见分光光度计
光源 λ1、 λ2、 λ3、 …、 λn
分光系统
λmax
调制放大 记录系统→显示A
检测系统 光→电
I0→样品池→ It
紫外-可见分光光度计主要组成部件
光源
分光系统
样品池
检测系统
记录系统
1、光源
1.光源：提供入射光的元件。
3.电子从金属到金属
配合物中含有两种不同氧化态的金属时，电子可在其间转移，
这类配合物有很深的颜色，如普鲁士蓝 （磷、砷）钼蓝 H8 [SiMo2O5(Mo2O7)5 ]
紫外-可见吸收光谱法
助色团： （Auxochromous group） 有一些含有n电子的基团(如—OH、— OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身 没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光) ，但当它们与生色团相连时，就会发生 —π*共轭作用，增强生色团的生色能 力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强 度增加)，这样的基团称为助色团。
(四) *跃迁
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区 的近紫外端或近紫外区，最大吸收波长 λ在200nm左右，摩尔吸光系数εmax一般 在104L· －1· －1以上，属于强吸收。 mol cm 不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发 生该类跃迁。
相关术语
生色团：（Chromogenesis group） 最有用的紫外—可见光谱是由π→π*和 n→π*跃迁产生的。这两种跃迁均要求有 机物分子中含有不饱和基团。这类含有π 键的不饱和基团称为生色团。简单的生 色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、 羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔 基、腈基等。
当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度 A与其浓度和比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。 当浓度以 g/L 表示时，称 k 为吸光系数，以 a 表示，即
A abc
当浓度以mol/L表示时，称 k 为摩尔吸光系数，以 表示， 即
A bc
比 a 更常用。 越大，表示方法的灵敏度越高。 与波长有关，因 此， 常以表示。
摩尔吸光系数ε 的讨论 • 吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； • 不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温 度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身 的性质有关； 可作为定性鉴定的参数； 同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。 在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以 εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的 吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达 到的最大灵敏度。
紫外可见吸收光谱分析法
杂原子电负性越大，跃迁所需的能量越大。 λmax CH3Cl：173 nm，CH3Br：204 nm，CH3I： 258 nm
2020/10/25
（3）n →π＊跃迁
由n电子从非键轨道向π*反键轨道的跃迁(R 带)，基团中 既有π电子，也有n电子，可以发生这类跃迁。如:
C=O, N=N, N=O, C=S
-OH、-OR、 -NH2、 -NR2、 -SH、 -SR、 -Cl、-Br
D. 蓝移
是指一些基团与某些生色团(C=O)连接后，使生色团的吸 收带向短波移动，这种效应成为蓝移，该基团称为蓝移基团 ：
-CH3、-CH2CH3、 -O-COCH3
2020/10/25
E. 增色效应
最大吸收带的 εmax 增加时称为增色效应。 F. 减色效应
B. 助色团
是指分子中的一些带有非成键电子对的基团。本身在紫 外-可见光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，使生 色团的吸收带向长波移动，且吸收强度增大。
-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I
2020/10/25
C. 红移
是指一些带有非成键电子对的基团与生色团连接后，使 生色团的吸收带向长波移动，这种效应成为红移，该基团 称为红移基团：
特点: (a). 与组成π键的杂原子有关,杂原子的电负性越强，
λmax 越小; (b). n →π* 跃迁所需能量最小，大部分吸收在
200 ~ 700 nm； (c). n →π* 跃迁的几率比较小，所以摩尔吸光系数比较
小 ，一般~ 102。
2020/10/25
(4) π→π* 跃迁
是π电子从成键π轨道向反键π*轨道的跃迁，含有π电子 基团的不饱和有机化合物，都会发生π→π*跃迁。如含有 碳碳双键、碳碳叁键的化合物。吸收一般在200 nm附近。
2020/10/25
（3）n →π＊跃迁
由n电子从非键轨道向π*反键轨道的跃迁(R 带)，基团中 既有π电子，也有n电子，可以发生这类跃迁。如:
C=O, N=N, N=O, C=S
-OH、-OR、 -NH2、 -NR2、 -SH、 -SR、 -Cl、-Br
D. 蓝移
是指一些基团与某些生色团(C=O)连接后，使生色团的吸 收带向短波移动，这种效应成为蓝移，该基团称为蓝移基团 ：
-CH3、-CH2CH3、 -O-COCH3
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E. 增色效应
最大吸收带的 εmax 增加时称为增色效应。 F. 减色效应
B. 助色团
是指分子中的一些带有非成键电子对的基团。本身在紫 外-可见光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，使生 色团的吸收带向长波移动，且吸收强度增大。
-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I
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C. 红移
是指一些带有非成键电子对的基团与生色团连接后，使 生色团的吸收带向长波移动，这种效应成为红移，该基团 称为红移基团：
特点: (a). 与组成π键的杂原子有关,杂原子的电负性越强，
λmax 越小; (b). n →π* 跃迁所需能量最小，大部分吸收在
200 ~ 700 nm； (c). n →π* 跃迁的几率比较小，所以摩尔吸光系数比较
小 ，一般~ 102。
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(4) π→π* 跃迁
是π电子从成键π轨道向反键π*轨道的跃迁，含有π电子 基团的不饱和有机化合物，都会发生π→π*跃迁。如含有 碳碳双键、碳碳叁键的化合物。吸收一般在200 nm附近。
第9章-紫外可见吸收光谱法
第九章紫外可见吸收光谱法§9-1 概述利用紫外可见分光光度计测量物质对紫外可见光的吸收程度〔吸光度〕和紫外可见吸收光谱来确定物质的组成、含量，推测物质结构的分析方法，称为紫外可见吸收光谱法或紫外可见分光光度法〔ultraviolet and visible spectrophotometry,UV-VIS〕。
它具有如下特点：〔1〕灵敏度高适于微量组分的测定，一般可测定10-6g级的物质，其摩尔吸收系数可以到达104~105数量级。
(2) 准确度较高其相对误差一般在1%~5%之。
(3) 方法简便操作容易、分析速度快。
(4) 应用广泛不仅用于无机化合物的分析，更重要的是用于有机化合物的鉴定与结构分析〔鉴定有机化合物中的官能团〕。
可对同分异构体进展鉴别。
此外，还可用于配合物的组成和稳定常数的测定。
紫外可见吸收光谱法也有一定的局限性，有些有机化合物在紫外可见光区没有吸收谱带，有的仅有较简单而宽阔的吸收光谱，更有个别的紫外可见吸收光谱大体相似。
例如，甲苯和乙苯的紫外吸收光谱根本一样。
因此，单根据紫外可见吸收光谱不能完全决定这些物质的分子结构，只有与红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱等方法配合起来，得出的结论才会更可靠。
§9-2 紫外可见吸收光谱法的根本原理当一束紫外可见光〔波长围200~760nm〕通过一透明的物质时，具有某种能量的光子被吸收，而另一些能量的光子那么不被吸收，光子是否被物质所吸收既决定于物质的部结构，也决定于光子的能量。
当光子的能量等于电子能级的能量差时〔即ΔE电 = h f〕，那么此能量的光子被吸收，并使电子由基态跃迁到激发态。
物质对光的吸收特征，可用吸收曲线来描述。
以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标作图，得到的A-λ曲线即为紫外可见吸收光谱〔或紫外可见吸收曲线〕。
它能更清楚地描述物质对光的吸收情况〔图9-1〕。
从图9-1中可以看出：物质在某一波长处对光的吸收最强，称为最大吸收峰，对应的波长称为最大吸收波长〔λmax〕；低于高吸收峰的峰称为次峰；吸收峰旁边的一个小的曲折称为肩峰；曲线中的低谷称为波谷其所对应的波长称为最小吸〕；在吸收曲线波长最短的一端，吸收强度相当大，但不成峰形的收波长〔λmin局部，称为末端吸收。
第三章 紫外可见吸收光谱法
3.金属离子影响下配体的 p → p* 跃迁 显色剂大多含有生色团和助色团，与金属离子 配位时，其共轭结构发生变化导致吸收光谱发生红 移或蓝移。 例：茜素磺酸钠 弱酸性－黄色－ λmax=420nm 弱碱性－紫红色－ λmax=560nm
pH为4~5时与Al３＋配位后，为红色，λmax=475nm，相对于 酸性茜素磺酸钠吸收峰红移，相对于碱性茜素磺酸钠吸收峰 蓝移。
480-490
490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-780
绿蓝
蓝绿 绿 黄绿 黄
橙
红 红紫 紫 蓝
橙
红
绿蓝
蓝绿
3.特点：
(1) 灵敏度较高，可达10-4~10-7g/mL； (2) 准确度较高，一般为1% ~5%； (3) 仪器价格较低，操作简便、快速； (4)应用范围广。既能进行定量分析，又可进行 定性分析和结构分析；既可用于无机物化合 物分析，也可用于有机物化合物分析；还可 用于络合物组成、酸碱解离常数的测定等。
标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图 有一定局限性，需与红外、核磁、质谱等法相结合 进行准确鉴定。
(二)结构分析
紫外—可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律： (1)若在220～280nm内无吸收峰，可推断化合物不含苯环、共轭 双键、醛基、酮基、溴和碘(饱和脂肪族溴化物在200-210nm有 吸收)。
必须在配体的配位场作用下才可能产生;
一般的规律：轨道分裂能随场强增加而增加，吸 收峰波长则发生紫移。 例如：水合铜离子(Ⅱ)是浅蓝色的λmax=794nm ，而 它的氨络合物却是深蓝色的λmax=663nm 。
摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。但可 用于络合物的结构及无机络合物的键合理论研究。
紫外-可见吸收光谱.
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。
3.有机化合物的吸收光谱与分子结构
（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。
第一节 紫外-可见吸收光谱 一、分子吸收光谱的产生
过程：
运动的分子外层电子---吸收外来辐射--产生电子能级跃迁----分子吸收光谱。
M h I0 M * It
一、分子吸收光谱的产生
在分子中，除了电子 相对于原子核的运动 外，还有核间相对位 移引起的振动和转动。 这三种运动能量都是 量子化的，并对应有 一定能级。左图为分 子的能级示意图。
丙酮
例：KMnO4紫红色，吸收的是绿光，λmax=525nm。它 对其它颜色的光吸收极小。吸收曲线形状是物质特有 的。当KMnO4的量不同，只使曲线沿纵座标上下移动， 但曲线形状不变。
图 KMnO----4的吸收光谱图 浓度：5、10、20、40μg/ml，1cm厚比色杯
四、分子跃迁类型及吸收光谱
max 较大 (104以上)，可用于定量分析。
2.几个概念
生色团（Chromogenesis group）
有机化合物分子中含有非键或键的电子体系，
能吸收外来辐射时并引起n-* 和-*跃迁，可产生 此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。
是一些具有不饱和健和含有孤对电子的基团。
如－C=C－、－C ≡ C－、—CH=O、—N=N—、－N=O 、—C≡N、—NO2等
3.有机化合物的吸收光谱与分子结构
（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。
第一节 紫外-可见吸收光谱 一、分子吸收光谱的产生
过程：
运动的分子外层电子---吸收外来辐射--产生电子能级跃迁----分子吸收光谱。
M h I0 M * It
一、分子吸收光谱的产生
在分子中，除了电子 相对于原子核的运动 外，还有核间相对位 移引起的振动和转动。 这三种运动能量都是 量子化的，并对应有 一定能级。左图为分 子的能级示意图。
丙酮
例：KMnO4紫红色，吸收的是绿光，λmax=525nm。它 对其它颜色的光吸收极小。吸收曲线形状是物质特有 的。当KMnO4的量不同，只使曲线沿纵座标上下移动， 但曲线形状不变。
图 KMnO----4的吸收光谱图 浓度：5、10、20、40μg/ml，1cm厚比色杯
四、分子跃迁类型及吸收光谱
max 较大 (104以上)，可用于定量分析。
2.几个概念
生色团（Chromogenesis group）
有机化合物分子中含有非键或键的电子体系，
能吸收外来辐射时并引起n-* 和-*跃迁，可产生 此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。
是一些具有不饱和健和含有孤对电子的基团。
如－C=C－、－C ≡ C－、—CH=O、—N=N—、－N=O 、—C≡N、—NO2等
第二章紫外-可见分光光度法(Ultraviolet-Visible
然而某些作者认为比色法起始于1852年， 因为在这一年，Beer参考了Bouguer和Lambert 的早期著作，提出了比色法的基本定律。
硫氰酸盐法和亚铁氰化物法测定铁， Nessler法测氨，硫氰酸盐法测钼，都是19世 纪中叶就已提出来的分析方法。
随着对光度分析方法的不断研究和深 入，人们对分析方法的灵敏度和选择性也提 出了更高的要求。 在经典光度法的基础上，又发展了双波 长分光光度法、动力学分光光度法等，使光 度分析的内容和应用范围进一步扩大。 近年来，随着有机试剂的迅猛发展，使 大量的有机试剂应用到分析测试领域，灵敏 度、选择性得到不断提高。
（1）紫外-可见吸收光谱产生的本质： 紫外-可见吸收光谱产生的本质是由物质 分子中价电子的能级跃迁所产生的。
（2）紫外-可见光谱区域范围： 紫外-可见光谱区域范围：10~400nm称为 紫外区，400~780nm为可见光区。 10~200nm称为远紫外区，200~400nm称为 近紫外区。
最初，比色测定是在比色管中进行的。 19世纪末，开始使用带滤光片的目视比 色计。 20世纪30年代，光电比色计和分光光度 计才被引入实验室。
20世纪初期的分光光度计多为单光束手 控型。
20世纪60年代，双光束自动记录光度计 问世。 20世纪70年代开始，微处理机控制的分 光光度计不断出现。双波长分光光度计迅速 发展和商品化。
机理：过渡金属络合物中，由于配位体的 影响，中心离子的d轨道或f轨道能级发生分裂。 当过渡金属络合物吸收了可见或紫外区的某部 分波长的光时，d电子或f电子就可以从较低的 能级跃迁到较高的能级，称为d→d跃迁或f→f 跃迁。这种跃迁一般发生在可见光区。
2.2 分子吸收光谱概述 1．分子吸收光谱产生的本质 在分子中，除了原子的核能En，质心在 空间的平动能Et外，还有电子运动能Ee，原 子之间的相对振动能Ev，以及分子转动能Er 等。 分子的总能量可写为： E=En + Et + Ee+ Ev+ Er
紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)
max 1104 ; M 100
max 一般 10
增大
A 1103 7 1 Cmin 1 10 mol L b 1104 1 1107 100 1108 g mL1 1000
3 ~104；灵敏
的 ＞104；个别的可达 105 106
若λ１＝ λ２
dA b dC
ε 1 = ε2= ε 在一定的浓度范围内 A= εbC
若λ１≠ λ２
2.303 f1 f 2b 2 ( λ1 λ 2 ) 210 ( λ1 λ 2 )bc d2A 0 λ 1bc λ 2bc 2 2 dC ( f110 f 210 )
1） 液气固介质均适用 2）入射光是单色光，平行光 3）稀溶液
朗伯-比尔定律
A = Kbc
（二）朗伯-比尔定律推导
Ix dIx S I0 db b It
-dIx ∝ Ix adn dn = csdb
-dIx∝ IxaCsdb -dIx/Ix=k Cdb
b dI x I0 I x k 0 cdb It
0
0
C
A = 0.434
（四）吸光系数
1. a ( L · g –1 · cm-1) 2.ε ( L · mol–1 · cm-1)
max
A KCb
A aCb A Cb
C: g / L C: mol/ L
吸光物质结构的特征参数;
吸光物质定量分析的灵敏度参数
3. 检出限与摩尔吸光系数 若可测量的吸光度为0.001
It ln kcb I0 It kcb lg Kcb I 0 2.303
A lg T Kbc
吸光度 与透射率
max 一般 10
增大
A 1103 7 1 Cmin 1 10 mol L b 1104 1 1107 100 1108 g mL1 1000
3 ~104；灵敏
的 ＞104；个别的可达 105 106
若λ１＝ λ２
dA b dC
ε 1 = ε2= ε 在一定的浓度范围内 A= εbC
若λ１≠ λ２
2.303 f1 f 2b 2 ( λ1 λ 2 ) 210 ( λ1 λ 2 )bc d2A 0 λ 1bc λ 2bc 2 2 dC ( f110 f 210 )
1） 液气固介质均适用 2）入射光是单色光，平行光 3）稀溶液
朗伯-比尔定律
A = Kbc
（二）朗伯-比尔定律推导
Ix dIx S I0 db b It
-dIx ∝ Ix adn dn = csdb
-dIx∝ IxaCsdb -dIx/Ix=k Cdb
b dI x I0 I x k 0 cdb It
0
0
C
A = 0.434
（四）吸光系数
1. a ( L · g –1 · cm-1) 2.ε ( L · mol–1 · cm-1)
max
A KCb
A aCb A Cb
C: g / L C: mol/ L
吸光物质结构的特征参数;
吸光物质定量分析的灵敏度参数
3. 检出限与摩尔吸光系数 若可测量的吸光度为0.001
It ln kcb I0 It kcb lg Kcb I 0 2.303
A lg T Kbc
吸光度 与透射率
紫外-可见分子吸收光谱法
NN
溶剂与溶质之相互作用增强 C H
溶质分子的振动受到限制
水中 环己烷中
振动引起的精细结构消失
蒸汽中
500
555
对称四嗪的吸收光谱
/nm
b. 溶剂极性对π →π*跃迁谱带的影响
➢ 溶剂极性增大时，由π →π*跃迁产生的吸收 带发生红移。
c. 溶剂极性对n →π*跃迁谱带的影响
➢ 溶剂极性增大，由n →π*跃迁产生的吸收谱 带发生蓝移。
（4）多通道分光光度计
以光二极管阵列作检测器
光源
透镜
光二极管阵列
试样池
光栅
三、光吸收定律
1、朗伯-比尔定律
A lg T lg I0 bc 或 A lg T lg I0 abc
I
I
2、吸光度的加和性
当溶液中含有多种对光产生吸收的物质，且各组分之
间不存在相互作用时，则该溶液对波长λ光的总吸光度A总
➢ 根据分子轨道理论，这三种电子的能级高 低为： σ<π<n <π*<σ*
三种价电子可能产生六种形式电子跃迁：
σ→ σ*， σ→ π*， π→ σ*对应的吸收光谱处于 远紫外区，研究少。
（1） n → σ* 跃迁：
➢ 吸收光谱出现在远紫外光区和近紫外光区 ➢ 某些含有氧、氮、硫、卤素等杂原子的基 团（如—NH2、—OH、—SH、—X等）的 有机物可产生n → σ* 跃迁。 例如：CH3OH：λmax=183 nm 、CH3NH2：λmax=213 nm
② 吸收峰通常位于200~400nm之间。
（7） K带
➢ 由共轭体系的π →π*跃迁产生的吸收带。
特点：
ε ① 强度大，一般 ＞ 104 L ·mol-1 ·cm-1 ；
紫外-可见吸收光谱法
原子吸收光谱法与紫外－ 原子吸收光谱法与紫外－可见分光光度法的比较
相同点： 相同点： 均属于吸收光谱的范畴，都是在电磁辐射作用下， 均属于吸收光谱的范畴，都是在电磁辐射作用下，吸收 吸收光谱的范畴 辐射能发生核外层电子跃迁所产生的； 辐射能发生核外层电子跃迁所产生的； 其波长范围均在近紫外到近红外光区（ 其波长范围均在近紫外到近红外光区（190－900nm)。 近紫外到近红外光区 － 。
紫外区可分为远紫外区（ 紫外区可分为远紫外区（10~200nm）和近紫外区 可分为远紫外区 ） ）。因空气中的氧 （200~400nm）。因空气中的氧、二氧化碳和水汽等都吸收 ）。因空气中的氧、 远紫外光，因此，要研究分子对远紫外光的吸收需要在真空条 远紫外光，因此，要研究分子对远紫外光的吸收需要在真空条 远紫外光的吸收需要在 件进行，故使其应用受到限制。通常说的紫外－可见吸收光 进行，故使其应用受到限制。通常说的紫外－ 谱是指近紫外－可见吸收光谱，即物质分子吸收 谱是指近紫外－可见吸收光谱，即物质分子吸收200～750nm 近紫外 ～ 波长范围内的光辐射所产生的吸收光谱。 波长范围内的光辐射所产生的吸收光谱。
紫外－ 第五章 紫外－可见分光光度法
紫外－可见吸收光谱法 紫外－可见吸收光谱法(ultraviolet-visible absorption spectrometry, UV-VIS又称紫外 可见分光光度法 又称紫外 可见分光光度法(ultraviolet又称紫外-可见分光光度法 visible spectrophotometry)，它是利用溶液中物质的分子或 ， 离子对紫 外和可见光谱区范围的光的吸收作用 对物质进行定 的吸收作用， 离子对紫 外和可见光谱区范围的光的吸收作用，对物质进行定 性分析、定量分析及结构分析的方法。 性分析、定量分析及结构分析的方法。 的方法 按所吸收光的波长区域不同， 按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见 分光光度法，合称为紫外 可见分光光度法 可见分光光度法。 分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。
紫外可见分光光度法
3.红移与蓝移（紫移）
01
02
03
增色效应指由于基团取代或溶剂的影响，使紫外吸收强度增加; 减色效应指由于基团取代或溶剂的影响，使紫外吸收强度减小。
4.增色效应和减色效应：
指吸收曲线随波长变短而强度增加，直至仪器测量极限时测得的吸收。
5.末端吸收：
指吸收曲线在下降或上升处有停顿，或吸收稍微增加或降低的峰，是由于主峰内隐藏有其它峰。
与样品分子形成氢键。如溶剂与羰基形成氢键，则n→π*的吸收峰蓝移。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。
例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。
因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注明在何种溶剂中测定。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注意所用的溶剂是否相同。选择溶剂紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注意下列几点：
2.助色团
指化合物的结构改变或溶剂效应等引起吸收峰向短波方向移动，称为蓝移，反之则称为红移。
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（紫移）效应。如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3。
R1=R2=R3=R4=H
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
同环双键，张力大，双键扭曲
松香酸 左旋海松酸
在环体系中:
λmax=235nm,ε=16100 λmax=270nm,ε=7100
B: λmax = 214+3x5+1x5=234(234) nm
01
02
03
增色效应指由于基团取代或溶剂的影响，使紫外吸收强度增加; 减色效应指由于基团取代或溶剂的影响，使紫外吸收强度减小。
4.增色效应和减色效应：
指吸收曲线随波长变短而强度增加，直至仪器测量极限时测得的吸收。
5.末端吸收：
指吸收曲线在下降或上升处有停顿，或吸收稍微增加或降低的峰，是由于主峰内隐藏有其它峰。
与样品分子形成氢键。如溶剂与羰基形成氢键，则n→π*的吸收峰蓝移。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。
例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。
因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注明在何种溶剂中测定。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注意所用的溶剂是否相同。选择溶剂紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注意下列几点：
2.助色团
指化合物的结构改变或溶剂效应等引起吸收峰向短波方向移动，称为蓝移，反之则称为红移。
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（紫移）效应。如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3。
R1=R2=R3=R4=H
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
同环双键，张力大，双键扭曲
松香酸 左旋海松酸
在环体系中:
λmax=235nm,ε=16100 λmax=270nm,ε=7100
B: λmax = 214+3x5+1x5=234(234) nm
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ε: 摩尔吸光系数，L/mol cm；C: mol/L
二、比尔定律适用性
均一溶液，稀溶液 入射光为单色光 溶液界面无反射，光度计内无杂散光（stray light） 溶液为真溶液（无溶质、溶剂及悬浊物引起 的散射） 吸收过程中，吸收物质的行为互不相关
三、比尔定律的加和性
彼此间无相互作用的多组分体系的总吸 光度是各物质吸光度的总和:
吸收带的划分
影响紫外-可见吸收光谱的因素
（谱带位移，强度变化和精细结构） 1、共轭效应 π电子共轭体系增大，λ max红移，ε max增大 共轭效应的结果是电子离域到多个原子之间， 导致π →π *能量降低。同时跃迁几率增大， ε max增大。 空间阻碍使共轭体系破坏，λ max蓝移，ε max 减小。
3、羰基化合物 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
4、苯及其衍生物 都是由*跃迁引起 的 E1带出现在180nm（MAX = 60，000）； E2带出现在204nm （ MAX = 8，000 ）； B带出现在255nm （MAX = 200）。
晶体场 理论
几个常用术语
生色团：能产生紫外-可见吸收的官能团，如一 个或几个不饱和键，C=C, C=O, N=N, N=O等
助色团：本身在200 nm以上不产生吸收，但其存 在能增强生色团的生色能力（改变分子的吸收位 置和增加吸收强度）的一类基团。一般助色团为 具有孤对电子的基团，如-OH, -NH2, -SH。
有机化合物紫外-可见吸收光谱
1、饱和烃及其取代衍生物 饱和烃类分子：*跃迁 max< 150nm（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：可产生n* 的跃迁。 CH3Cl、CH3Br和CH3I的n* 跃迁分别出现在 173、204和258nm处。 可用作溶剂
含有生色团或生色团与助色团的分子在紫外可见 光区有吸收并伴随分子本身电子能级的跃迁，不 同官能团吸收不同波长的光。
红移与蓝移（紫移） 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。这种会使某化合物的最大吸收波长向长 波方向移动的基团称为向红基团。
2、不饱和烃及共轭烯烃
含有键、键，可以产生*和*两种跃
迁
例如，在乙烯分子中， *跃迁最大吸收波 长为180nm 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。
（4） 200-250 nm有强吸收峰（ε104），表明含有一个共轭 体系（K）带。共轭二烯：K带（230 nm）；不饱和醛 酮：K带230 nm ，R带310-330 nm 260nm，300 nm，330 nm有强吸收峰——3,4,5个双键的共轭 体系。
吸收波长计算
立体结构和互变结构的确定
5、稠环芳烃及杂环化合物 稠环芳烃均显示苯的三个吸收带，但是与苯本 身相比较，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。
胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）
紫外－可见分子吸收光谱法原理
分子结构与吸收光谱
分子光谱是带状光谱
分子对电磁辐射的吸收是分子能量变化的和 （电子，振动，转动）
电子能级和跃迁
与有机物分子紫外-可见吸收光谱有关的电子 是： 形成单键的σ电子 形成双键的π电子 非键的n电子 反键电子:σ*, π* σ*> π*>n> π>σ
电荷迁移跃迁 hv D---A
D +A 4 L/mol⋅cm >10 max
特点：吸收强度大，ε
测定灵敏度高
配位场跃迁
某些无机金属离子也会产生紫外-可见吸收。 如含d电子的过渡金属离子会产生配位体场吸 收带。 配位体场吸收带在可见区，εmax:0.1－100 L/mol· cm，吸收很弱。对定量分析用处不大， 主要应用于配合物的研究。 f-f跃迁 d-d跃迁
（四）多道分光光度计 在单光束分光光度计的基础上，采用多道 光子检测器为换能器。 扫描速度快，为追踪化学反应过程及快速 反应提供了极为方便的手段； 可以直接对经液相色谱柱和毛细管电泳柱 分离的试样进行定性和定量测定。 价格较贵。
紫外吸收光谱的应用
1. 定性分析
max、 max ：化合物特性参数，可作为定性依据；
烷基取代基 λ= 5nm 环外双键 λ= 5nm 共轭双键 λ= 30nm 异环二烯 λ=214nm 环外双键 λ= 5nm
同环二烯 λ= 253nm
胆甾-2,4,6-三烯 同环二烯 λ = 253nm 共轭双键 λ = 30nm 环外双键 λ= 5nm 烷基取代基λ = 3×5nm 计算值： λmax = 303nm 测定值： λmax = 306nm 异环二烯 λ = 214nm 环外双键 λ= 5nm 烷基取代基λ =3×5nm 计算值： λmax = 234nm 测定值： λmax = 234nm
单色器和吸收池
紫外-可见分光光度计中常用衍射光栅 300 ～2000 条/mm 或1200 ～1400 条/mm 吸收池 UV：石英 Vis：玻璃
分光光度计的类型
（一）单光束分光光度计
单光束仪器的不足 1）操作麻烦： 任一波长下 空白——I0 样品——I 2）不能进行吸收光谱的自动扫描 3）光源不稳定会影响测量精度
导数阶数增加，分辨率 提高，信噪比降低。
定量分析：
峰－谷法；基线法；峰－零法。
3. 有机化合物结构辅助解析
可获得的结构信息
（1）200-400nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。
（2） 270-350 nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮 n→π* 跃迁产 生的R 带。
（3） 250-300 nm 有中等强度的吸收峰（ε=200-2000），芳 环的特征吸收（具有精细解构的B带）。
无机化合物的紫外-可见吸收光谱
f-f跃迁
光吸收定律－定量分析的依据
Lambert定律：光吸收与吸收层厚度的关系 吸收物质浓度一定时，吸光度与吸收层厚度 成正比
Beer定律：吸光度与溶液浓度的关系 吸收层厚度一定时，吸光度与溶液浓度成正 比
一、Lambert-Beer定律或Beer定律
a: 吸光系数，L/g cm；C: 浓度，g/L
H C C H
顺式：λmax=280nm；
εmax=10500
反式：λmax=295.5 nm；εmax=29000
H C C H
共平面产生最大共轭效应， εmax大
O
O H3C C OH H 3C C H C H2 C
互变异构：
OEt
C O C
酮式：λmax=275 nm， =100 无共轭
OEt
紫外及可见分光光度计
一个或多个辐射源； 波长选择器； 试样容器（吸收池）； 辐射换能器； 信号处理器和读出装置。
光源
提供激发能，使待测分子产生吸收。 要求：提供足够强的连续光谱、良好的稳定 性；较长的使用寿命，辐射能量随波长无明 显变化。 热辐射光源：利用固体灯丝材料高温放热产 生的辐射。如钨灯、卤钨灯（可见区）。 气体放电光源：在低压直流电条件下，氢或 氘气放电所产生的连续辐射。一般为氢灯或 氘灯（紫外区）。
等吸收法 系数倍率法 双波长测定混浊样品
特点：
可用于悬浮液的测定，消除背景吸收；无须 分离， 可用于吸收峰重叠的混合组份的同时测定； 可测定高浓度溶液中的痕量组份等
（三）导数分光光度法
用吸收光度对波长求导数就可以获得导数光谱； 吸光度的导数值和浓度成正比； 特点：灵敏度高，可减少光谱干扰；
烯醇式：λmax=243 nm， =18,000
D. Woodward规则
计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮类化合物的π→π* 最大吸收波长的 Woodward经验规则。
烷基取代基 λ= 5nm
烷基取代基 λ= 5nm
C8H17
烷基取代基 λ= 5nm
烷基取代基 λ= 5nm 烷基取代基 λ= 5nm
（二）双光束分光光度计
特点： 测量方便，不需要更换吸收池 实现了快速自动吸收光谱扫描 不能消除光源的强度变化所引起的误差
（三）双波长分光光度计
消除背景吸收，可用于悬浊液和悬浮液的测定。 固定λ1在等吸收点处，测定λ2处的吸光度变 化，可以抵消混浊的干扰（同一比色池），提 高测定精度。 无须分离，可用于混合组分的同时测定。
特点： 仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度快 灵敏度较高，最低检出限可达10-6g/ml 有较好的选择性，可在多组分共存的条件下对一种 物质进行检测 精密度和准确度高 应用范围广泛。医药、化工、环境、冶金、地质等 用途： 有机物分子结构的鉴定； 定量分析； 固体材料的光学特性研究
分子光谱
第八章 紫外－可见分子吸收光谱法
提纲
紫外可见光谱简介 紫外光谱原理 影响因素 紫外－可见吸收光谱仪器 分析方法 科研工作中的应用
概述
基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱。 分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相 关。 研究对象：具有共轭双键结构的分子。 200-380nm的近紫外区，380-780nm的可见区； 吸收光谱的位置：谱带的跃迁能级差决定； 吸收光谱的强度：分子能级之间的跃迁几率所决 定；