分子光谱分析法
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分子发光光谱法
内转换
内转换：同多重度电子能级中，等能级间的无辐 射能级交换。 通过内转换和振动弛豫，高激发单重态的电子 跃回第一激发单重态的最低振动能级。
外转换 外转换：激发分子与溶剂或其他 分子之间产生相互作用而转移能 量的非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“ 猝灭”。
系间跨越 系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非 辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道 耦合进行。
荧光强度对温度变化敏感。
一般地，随温度降低，溶液中荧光物质的量子效率和荧光强
度将增大，并伴随光谱的蓝移。温度增加，碰撞频率增加， 使外转换的去激发几率增加。
(3) pH的影响
对酸碱化合物，溶液pH的影响较大，需要严格控制； 如苯胺：在pH 5-12溶液中，以分子形式存在，有荧光。
pH< 5时以苯胺阳离子形式存在，无荧光
ex em
（3）可变波长同步扫描荧光法：使两单色器在扫描过程中以 不同的速率同时进行扫描，即波长可变。
同步扫描荧光法的特点：
优点：
（1）使光谱简化； （2）使谱带窄化；
（3）减小光谱的重叠现象；
（4）减小散射光的影响。
例如：采用同步扫描技 术检测如图萘、蒽、菲 、芘混合物，可简化光 谱，减少光谱重叠，提 高分辨率。 缺点： 因为同步扫描荧光损失了 其它光谱带所含的信息， 对光谱学的研究不利。
比较法：
在线性范围内，测定标样和试样的荧光强度，直接
比较。
三、荧光分析法的应用
可采用直接测定法或间接测定（荧光猝灭）法
1、无机化合物的分析
与有机试剂配合物后测量；可测量约60多种元素。 铍、铝、硼、镓、硒、镁、稀土常采用荧光分析法； 氟、硫、铁、银、钴、镍采用荧光熄灭法测定； 铜、铍、铁、钴、锇及过氧化氢采用催化荧光法测定； 铬、铌、铀、碲采用低温荧光法测定； 铈、铕、锑、钒、铀采用固体荧光法测定
第二章 光谱分析法导论
26
分子发射
分子发射与分子外层的电子能级、振动能级和转动能 级相关。因此分子发射光谱较原子发射光谱复杂。 为了保持分子的形态，分子的激发不能采用电、热等 极端方式，而采用光激发或化学能激发。 分子发射的电磁辐射基本处于紫外、可见和红外光区 。因此分子主要发射紫外、可见电磁辐射，据此建立 了荧光光谱法、磷光光谱法和化学发光光谱法。 与分子吸收光谱一样，由于相邻两个转动能级之间的 能量差很小，因此由相邻两个转动能级跃迁回同一较 低能级的两个跃迁的能量差也很小，故发射过程所发 射的两个辐射的频率或波长很接近，通常的检测系统 很难分辨出来。而分子能量相近的振动能级又很多， 因此表观上分子发射表现为对特定波长段电磁辐射的27 发射，光谱上表现为连续光谱。
E=（n+1）hv
hv
E=nhv
能量降低
发射(Emission)
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态跃迁回到基态时以辐
射的方式释放能量。
能量：光、电、热、化学能等
M → M
M→ M+h
24
发射跃迁可以理解为吸收跃迁相反的过程。由于原子 、分子和离子的基态最稳定，，所以发射跃迁涉及的 是从较高能态向基态的跃迁。 可以通过实验得到发射强度对波长或频率的函数图， 即发射光谱图。 通常情况下，分子、原子和离子处于基态，因此要产 生发射，必须使分子、原子和离子处于激发态，这个 过程称为激发。 激发可以通过提供不同不同形式的能量来实现。包括 三种：1.热能。将试样置于高压交流火花、电弧、火 焰、高温炉体之中，物质以原子、离子形式存在，可 获取热能而处于激发态，并产生紫外、可见或红外辐 射；2.电磁辐射。即用光辐射作用于分子或原子，使 之产生吸收跃迁，并发射分子荧光、分子磷光或原子 荧光；3.化学能。即通过放热的化学反应是反应物或 产物获取化学能而被激发，并产生化学发光。
分子光谱法
2、
跃迁
处于成键轨道上的 电子跃迁到 反键轨道上，称
为
跃迁。
跃迁吸收峰的波长在20nm附近，其特征是吸 收强度大（ ＞104）。
不饱和有机物，如具有
或
、
等基
团的有机化合物都会产生
跃迁。
第八章 分子光谱法
3、
跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如C=O、C=S、N=N等化
合物，其未成键轨道中的n电子吸收能量后，向 反
第八章 分子光谱法
三、分子吸收光谱的基本原理 由光吸收定律及光与物质的相互作用可知，任何一种 物质对不同波长的光的吸收程度都是不相同的。
以溶液为例，将各种不同波长的单色光依次通过一定 浓度和液层厚度的某有色溶液，测量每一波长下该有 色溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后以波长为 横坐标，以吸光度为纵坐标作图，即可得一曲线。该 曲线称为吸收曲线或吸收光谱。
分子光谱法分为吸收光谱法（如红外吸收光谱法、紫 外及可见吸收光谱法等）、发射光谱法（如荧光光谱 法）及散射光谱法（如拉曼光谱）三种基本类型。
在一般情况下，分子处于基态，当光与物质发生相互作用时，分子 吸收光能，从低能级跃迁到高能级产生吸收光谱。若分子从高能级 回复到低能级则释放出光能，形成发射光谱。散射光谱是光被物质 散射时，分子内能级的跃迁改变散射光频率而产生的。
第八章 分子光谱法
二、分子吸收光谱中的跃迁类型 化合物分子中主要还有三种类型的价电子，即形成单 键的 电子、形成双键或三键的 电子及未成键的n电子 （也称为p电子）。根据分子轨道理论，分子中这三 种电子的成键和反键分子轨道能级高低顺序为：
分子中不同轨道的价电子具有不同的能量，处于较低能级 的价电子吸收一定能量后，可跃迁到较高能级。在紫外可见光区，吸收光谱主要由 跃迁产生。
分子荧光光谱法
激发态分子在发射荧光之前，很快经历了振动松 弛或者内转化的过程损失了一部分激发能，致使 发射向对于激发总是有一定的损失。
荧光光谱 磷光光谱
辐射跃迁只使激发态分子衰变到基态的不同振动 能级，然后通过振动松弛进一步损失能量。
图2 萘的激发光谱I、荧光II和 磷光光谱III
荧光与分子结构的关系
具有大的共轭π键的结构 化合物
ϕF
λex/nm
λem/nm
含有π→π＊跃迁能级的芳 苯
0.11
205
278
香族化合物的荧光最强芳环 蒽
0.29
286
321
越大其荧光峰越移向长波长 萘
0.46
365
400
方向，且荧光长度往往比较
丁省
0.60
390
480
强。
戊省
0.52
580
640
取代基的影响
给电子基团，如-0H、-OR、 -NH2、-CN、-NR2等，使 荧光增强。
分子荧光光谱法
molecular fluorescence analysis
CONTENTS
01 概述/ 02 荧பைடு நூலகம்分析基本原理/ 03 荧光分析仪器 /
04 检测结果与分析/ 05 对比与发展 /
Part 01
概述
overview
原子光谱法 分子光谱法
主要研究内容
The Main Contents Of The Research
系间窜越 isc
03 不同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过 程（例如S1---T1，T1---S0）
内转换
振动弛豫
S2
系间跨越
S1
能
量
荧光光谱 磷光光谱
辐射跃迁只使激发态分子衰变到基态的不同振动 能级，然后通过振动松弛进一步损失能量。
图2 萘的激发光谱I、荧光II和 磷光光谱III
荧光与分子结构的关系
具有大的共轭π键的结构 化合物
ϕF
λex/nm
λem/nm
含有π→π＊跃迁能级的芳 苯
0.11
205
278
香族化合物的荧光最强芳环 蒽
0.29
286
321
越大其荧光峰越移向长波长 萘
0.46
365
400
方向，且荧光长度往往比较
丁省
0.60
390
480
强。
戊省
0.52
580
640
取代基的影响
给电子基团，如-0H、-OR、 -NH2、-CN、-NR2等，使 荧光增强。
分子荧光光谱法
molecular fluorescence analysis
CONTENTS
01 概述/ 02 荧பைடு நூலகம்分析基本原理/ 03 荧光分析仪器 /
04 检测结果与分析/ 05 对比与发展 /
Part 01
概述
overview
原子光谱法 分子光谱法
主要研究内容
The Main Contents Of The Research
系间窜越 isc
03 不同多重态的两个电子态间的非辐射跃迁过 程（例如S1---T1，T1---S0）
内转换
振动弛豫
S2
系间跨越
S1
能
量
光学分析法---分子光谱分析法
由于振动弛豫和内转换过程极为迅速(10-12s)， 因此，激发后的分子很快回到电子第一激发 单重态S1的最低振动能级．所以高于第一激 发态的荧光发射十分少见．
荧光发射
对大多数分子而言，当分子处于第一激发 单重态S1的最低振动能级时，分子返回基 态的过程比振动弛豫和内转换过程慢得 多．分子可能通过发射光子跃迁回
双光束分光光度计可很好地消除由于光 源强度变化对吸光度测量的影响，
双波长紫外可见分光光度计
双波长分光光度计中， 两个波长的吸光度几乎 同时测量，可测定背景 很强的混浊样品
多通道紫外可见分光光度计
使用光二极管阵列检测器，包含几百或上千个 检测元件同时测量不同波长处的光强，可的吸 收光谱。光谱信噪比优于传统扫描型仪器。
* n吸收带（弱） * 吸收带（强） 分子中电子离域程度高，结构刚性，取代基 为给电子取代基一般可以提高分子的发射。
结构刚性效应
取代基效应
有机化合物的外层轨道
紫外可见分光光度法
紫外吸收光谱法主要用于有机化合物的定性分 析和定量分析（通常是对纯物质的测定，如对 样品进行色谱分离之后检测；也可以用多波长 法进行两个或三个组分的检测）
激发态分子经过系间跨跃到达激发三重态后， 并经过迅速的振动弛豫到达第一激发三重态(T1) 的最低振动能级上，从T1态分子经发射光子返 回基态．此过程称为磷光发射。
磷光发射是不同多重态之间的跃迁．(即T1-S0) 故属于“禁阻”跃迁，因此磷光的寿命比荧光 要长得多，约为10-3到10s。所以，将激发光从 磷光样品移走后，还常可观察到后发光现象， 而荧光发射却观察不到该现象。
特别是用于动态分析，在线分析，过程分析
有机化合物的定性分析
生色团的分析：紫外吸收光谱相同，不 能保证是同一化合物
荧光发射
对大多数分子而言，当分子处于第一激发 单重态S1的最低振动能级时，分子返回基 态的过程比振动弛豫和内转换过程慢得 多．分子可能通过发射光子跃迁回
双光束分光光度计可很好地消除由于光 源强度变化对吸光度测量的影响，
双波长紫外可见分光光度计
双波长分光光度计中， 两个波长的吸光度几乎 同时测量，可测定背景 很强的混浊样品
多通道紫外可见分光光度计
使用光二极管阵列检测器，包含几百或上千个 检测元件同时测量不同波长处的光强，可的吸 收光谱。光谱信噪比优于传统扫描型仪器。
* n吸收带（弱） * 吸收带（强） 分子中电子离域程度高，结构刚性，取代基 为给电子取代基一般可以提高分子的发射。
结构刚性效应
取代基效应
有机化合物的外层轨道
紫外可见分光光度法
紫外吸收光谱法主要用于有机化合物的定性分 析和定量分析（通常是对纯物质的测定，如对 样品进行色谱分离之后检测；也可以用多波长 法进行两个或三个组分的检测）
激发态分子经过系间跨跃到达激发三重态后， 并经过迅速的振动弛豫到达第一激发三重态(T1) 的最低振动能级上，从T1态分子经发射光子返 回基态．此过程称为磷光发射。
磷光发射是不同多重态之间的跃迁．(即T1-S0) 故属于“禁阻”跃迁，因此磷光的寿命比荧光 要长得多，约为10-3到10s。所以，将激发光从 磷光样品移走后，还常可观察到后发光现象， 而荧光发射却观察不到该现象。
特别是用于动态分析，在线分析，过程分析
有机化合物的定性分析
生色团的分析：紫外吸收光谱相同，不 能保证是同一化合物
分子荧光光谱法
菲
线状环结构比非线状 结构的荧光波长长
• 芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系， 芳香族化合物因具有共轭的不饱和体系， 多数能发生荧光 • 多环芳烃是重要的环境污染物，可用荧光 多环芳烃是重要的环境污染物， 法测定 • 3，4 - 苯并芘是强致癌物 ， 苯并芘是强致癌物
λ ex = 386 nm λem = 430 nm
（二）荧光与有机化合物结构的关系
物质只有吸收了紫外可见光，产生π 物质只有吸收了紫外可见光，产生π → π*，n → π* 跃迁， 跃迁，产生荧光 跃迁相比，摩尔吸收系数大10 π → π*与n → π*跃迁相比，摩尔吸收系数大102~103， 寿命短 跃迁常产生较强的荧光， π → π*跃迁常产生较强的荧光， n → π*跃迁产生的 荧光弱
1. 电子自旋状态的多重性
大多数分子含有偶数电子，基态分子每一个轨道 大多数分子含有偶数电子， 中两个电子自旋方向总是相反的↑↓ 中两个电子自旋方向总是相反的↑↓ ，处于基态单 重态。 当物质受光照射时， 重态。用 “S0” 表示 ；当物质受光照射时，基态 分子吸收光能产生电子能级跃迁， 分子吸收光能产生电子能级跃迁，由基态跃迁至 更高的单重态，电子自旋方向没有改变， 更高的单重态，电子自旋方向没有改变，净自旋 = 0 .这种跃迁是符合光谱选律的 第一激发单重态 S1
VR S2 IC VR S1 ISC
VR：振动驰豫 ： IC：内部转换 ： ISC：系间窜跃 ：
T1
S0 吸光 吸光
S0
3. 荧光光谱的产生—辐射去激 荧光光谱的产生—
处于S 处于S1或T1态的电子返回S0态时，伴随有发光现 态的电子返回S 态时， 象，这种过程叫辐射去激 发光 S0 S1或T1 荧光： （1）荧光： 当电子从第一激发单重态S 当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基 态S0各振动能级所产生的光辐射叫荧光 荧光是相同多重态间的允许跃迁，产生速度快， 荧光是相同多重态间的允许跃迁，产生速度快， 10-9~10-6s，又叫快速荧光或瞬时荧光，外部光源停 又叫快速荧光或瞬时荧光， 止照射， 止照射，荧光马上熄灭 无论开始电子被激发至什么高能级，它都经过无辐 无论开始电子被激发至什么高能级， 射去激消耗能量后到S 的最低振动能级，发射荧光， 射去激消耗能量后到S1的最低振动能级，发射荧光， 荧光波长比激发光波长长。 荧光波长比激发光波长长。 λ 荧>λ激
光谱分析方法的分类
利用电场和磁场使带电粒子（如 电子、离子等）加速和偏转，测 量粒子的质量和电荷比（m/z比 值），推断样品的组成和结构。
应用
用于有机化合物、无机化合物、 生物大分子等的定性和定量分析
。
01
03
02 04
优点
高灵敏度、高分辨率、可提供分 子碎片信息。
缺点
需要使用高真空系统，对样品有 一定要求。
谢谢
THANKS
间。
04 其他光谱分析方法
CHAPTER
X射线光谱法
原理
利用X射线照射样品，使原子或分子的内 层电子跃迁，通过测量X射线的能量或波
长，确定样品中元素的种类和含量。
优点
高分辨率、高灵敏度、可分析元素范围广。
应用
用于元素分析、化学键分析、晶体结构分 析等。
缺点
对样品有一定的破坏性，且需要专业操作 人员。
01
03
瑞利散射光谱法的缺点是对于某些特定类型的物质， 其光谱信号较弱，需要较高的激发光强度和较长的采
集时间。
04
瑞利散射光谱法具有非侵入性和无损检测的优点，能 够实时监测物质的变化和反应过程。
米氏散射光谱法
01
02
03
04
米氏散射光谱法是一种基于 米氏散射效应的光谱分析方 法，通过测量物质对入射光 的散射光谱来推断物质的结
核磁共振波谱法
应用
用于有机化合物、生物大分子等的结构和 构型分析。
原理
利用原子核自旋磁矩在磁场中的共 振现象，测量样品中氢核或其它磁 性核的数目和种类，推断分子的结
构和性质。
A
B
C
D
缺点
需要使用强磁场和高能射频脉冲，对样品 有一定要求。
笔记--光谱分析法
2.1.4.2 发射
2. 分子发射 与分子外层电子能级、 振动能级和转动能级相关。 激发不能采用电热等 极端形式，而采用光激发 或化学能激发。 基本上处于紫外、可 见和红外光区，因此, 分子 主要发射紫外、可见电磁 辐射，据此建立了荧光光 谱法、磷光光谱法和化学 发光法。
图2-8 分子发射示意图
2.1.4.2 发射
2.1.4.1 吸收
由于振动能级相同但转动能级不同的两个能级之 间的能量差很小，由同一能级跃迁到该振动能级相同 但转动能级不同的两个跃迁的能量差也很小，因此对 应的吸收频率或波长很接近，通常的检测系统很难分 辨出来，而分子能量相近的振动能级又很多，因此， 表观上分子吸收的量子特性表现不出来，而表现为对 特定波长段的电磁辐射的吸收，光谱上表现为连续光 谱。 分子的总能量Ｅ分子通常包括三个部分： Ｅ分子＝Ｅ电子＋Ｅ振动＋Ｅ转动
2.1.4.1 吸收
图2-3电子能级的吸收跃迁示意图
图2-4分子振动能级的吸收跃迁示意图
2.1.4.1 吸收
3. 磁场诱导吸收 将某些元素原子放入磁场，其电子和核受到强磁场的作用 后，它们具有磁性质的简并能级将发生分裂，并产生具有微小 能量差的不同量子化的能级，进而可以吸收低频率的电磁辐射。 以自旋量子数为1/2的常见原子核1H、13C、19F及31P等为 例，自旋量子数为1/2的能级实际上是磁量子数分别为+1/2和1/2但自旋量子数均为1/2的两个能级的简并能级，该两个能级 在通常情况下能量相同，只有在外磁场作用下，由于不同磁量 子数的能级在磁场中取向不同，因而与磁场的相互作用也不同， 最终导致能级的分裂。
4.1.4 原子吸收光谱法的特点
选择性好：谱线比原子发射少，谱线重叠概率小 。 灵敏度高：适用于微量和痕量的金属与类金属元素 定量分析。 精密度(RSD%)高：一般都能控制在5%左右。 操作方便和快速： 无需显色反应。 应用范围广。 局限性：不适用于多元素混合物的定性分析；对于 高熔点、形成氧化物、形成复合物或形成碳化物后 难以原子化元素的分析灵敏度低。
第四章 光谱分析法导论
I篇 光谱学分析方法
22:51
1
第四章 光谱分析法导论
Basic of Spectrometry analysis
光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射 与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱 范围，而不只局限于光学光谱区。电磁辐射与物质相互 作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、 衍射、偏振等。
22:51
9
辐射的速度、频率和波长之间的关系
c =λ
注意： 辐射的频率只决定于辐射源，与介质无关 。 在真空中，辐射的传播速度与频率无关， 且有它们的最大值。
c 3×1010 cm·s-1
22:51
10
波数的定义
有时用波数来描述电磁辐射，波数的定 义是每厘米内该波的振动次数。
=104/λ(μm)=107/λ(nm)
22:51
40
2.光栅 光栅由玻璃片或金属片制成，其上准确地 刻有大量宽度和距离都相等的平行线条（刻 痕），可近似地将它看成一系列等宽度和等 距离的透光狭缝。
光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍 射两者联合作用的结果。
22:51
41
22:51
42
右图为平面反射 光栅的一段垂直于刻线 的截面。
它的色散作用可用光 栅公式表示
核磁共振波谱法 质谱法
22:51
4
非光谱法是基于辐射能与物质相互作用时， 不包含物质能级之间的跃迁，电磁辐射只改 变了传播方向或某些物理性质，如折射、偏 振等。
X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等。
22:51
5
第一节 电磁辐射的波动性
电磁辐射在传播时表现出波的性质，如反射、 折射、衍射、干涉和散射等。
22:51
1
第四章 光谱分析法导论
Basic of Spectrometry analysis
光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射 与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱 范围，而不只局限于光学光谱区。电磁辐射与物质相互 作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、 衍射、偏振等。
22:51
9
辐射的速度、频率和波长之间的关系
c =λ
注意： 辐射的频率只决定于辐射源，与介质无关 。 在真空中，辐射的传播速度与频率无关， 且有它们的最大值。
c 3×1010 cm·s-1
22:51
10
波数的定义
有时用波数来描述电磁辐射，波数的定 义是每厘米内该波的振动次数。
=104/λ(μm)=107/λ(nm)
22:51
40
2.光栅 光栅由玻璃片或金属片制成，其上准确地 刻有大量宽度和距离都相等的平行线条（刻 痕），可近似地将它看成一系列等宽度和等 距离的透光狭缝。
光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍 射两者联合作用的结果。
22:51
41
22:51
42
右图为平面反射 光栅的一段垂直于刻线 的截面。
它的色散作用可用光 栅公式表示
核磁共振波谱法 质谱法
22:51
4
非光谱法是基于辐射能与物质相互作用时， 不包含物质能级之间的跃迁，电磁辐射只改 变了传播方向或某些物理性质，如折射、偏 振等。
X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等。
22:51
5
第一节 电磁辐射的波动性
电磁辐射在传播时表现出波的性质，如反射、 折射、衍射、干涉和散射等。
化学分子结构分析
化学分子结构分析化学分子结构分析是一项重要的研究领域，它涉及到对分子的构成和结构的深入研究。
通过分析化学分子的结构，我们能够更好地理解和预测分子的性质和化学反应。
本文将探讨化学分子结构分析的方法和应用。
一、光谱分析法光谱分析法是一种常用的化学分子结构分析方法。
它通过测量物质与电磁波的相互作用来揭示分子结构。
光谱分析法包括紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振光谱等多种技术。
紫外可见光谱通过测量分子在紫外和可见光波段的吸收光谱，可以提供有关共轭体系、芳香性和颜色方面的信息。
在分子结构中，共轭体系和芳香性对分子的性质和反应有重要影响。
红外光谱可以用来分析化学键的类型和官能团的存在。
它通过测量物质对特定频率的红外光的吸收来确定分子中的功能基团。
通过红外光谱，我们可以了解物质的化学组成和官能团的结构。
核磁共振光谱是一种非常常用的分析方法，通过测量分子中核自旋的行为来揭示分子结构。
核磁共振光谱可以提供关于分子的化学环境、结构和互作用的信息。
它能够确定分子中不同原子的相对数量和相互关系，从而帮助确认分子结构。
二、质谱分析法质谱分析法是另一种常用的化学分子结构分析方法。
它通过将化合物中的分子转化为离子，并根据离子的质量和相对丰度来确定分子的结构。
质谱分析法包括质谱仪和质谱图两个主要部分。
质谱仪通过将化合物蒸发后电离，生成带电离子，并根据离子之间的质量差异对离子进行分析和排序。
质谱仪可以提供有关分子的分子量、分子离子的裂解模式和相对丰度等信息。
质谱图是通过质谱仪测得的数据所绘制的图谱。
质谱图通常以质量分子数为横坐标，相对丰度为纵坐标。
通过分析质谱图，可以确定分子中不同基团和官能团的存在，并推测出分子结构。
三、计算化学方法计算化学方法是一种基于计算机模拟和计算算法的化学分子结构分析手段。
它可以通过计算分子的电子结构和分子力学，来确定分子的构象和性质。
计算化学方法包括分子力学、量子化学和分子动力学等多种技术。
分子力学模拟可以通过模拟分子系统的核框架位置和相互作用，来优化分子的几何结构和稳定构象。
光谱、质谱、色谱、波谱分析法简介、应用及优缺点
光谱、质谱、色谱、波谱分析法简介、应用及优缺点质谱：分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。
色谱：是一种兼顾分离与定量分析的手段，可分辨样品中的不同物质。
光谱：定性分析，确定样品中主要基团，确定物质类别。
从红外到X射线，都是光谱，其应用范围差别很大，是对分子或原子的光谱性质进行分析解析的。
波谱：通常指四大波谱，核磁共振（NMR）,物质粒子的质量谱-质谱（MS）,振动光谱-红外/拉曼(IR/Raman）,电子跃迁-紫外（UV）。
1.光谱分析法光谱法的优缺点：（1）分析速度较快：原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
（2）操作简便：有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。
在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。
（3）不需纯样品：只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。
这是光谱分析一个十分突出的优点。
（4）可同时测定多种元素或化合物省去复杂的分离操作。
（5）选择性好：可测定化学性质相近的元素和化合物。
如测定铌、钽、锆、铪和混合稀土氧化物，它们的谱线可分开而不受干扰，成为分析这些化合物的得力工具。
（6）灵敏度高：可利用光谱法进行痕量分析。
目前，相对灵敏度可达到千万分之一至十亿分之一，绝对灵敏度可达10-8g~10-9g。
（7）样品损坏少：可用于古物以及刑事侦察等领域。
随着新技术的采用（如应用等离子体光源），定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。
还可以进行微区分析。
局限性：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品作为基准，而且要求标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品基本一致，这常常比较困难。
2.质谱分析法质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。
现代生物仪器分析第三章 分子荧光光谱法
第二节 荧光分析的原理
（一）荧光发生机理 物质的基态分子受一激发光源的照射， 被激发至激发态，在返回基态时，产生 波长与入射光相同或较长的荧光。 通过测定物质分子产生的荧光强度进行
分 析 的 方 法 称 为 荧 光 分 析 (fluorescence analysis)。
1、分子的激发态
荧光和磷光这两种光致发光过程的机理不同， 可从实验观察激发态分子寿命的长短来加以区 别： 对于荧光来说，当激发光停止照射后，发光 过程几乎立即停止（在10-9～10-6秒，荧光寿 命fluorescence life time ）。 磷光则将持续一段时间（在10-3～10秒）。
荧光分析法发展简史
2、分子荧光和磷光的产生
分子在室温时基本上处于电子能级的基态。当吸 收了紫外—可见光后，基态分子中的电子只能跃 迁到激发单线态的各个不同振动—转动能级，根 据自旋禁阻规律，不能直接跃迁到激发三重态的 各个振--转能级。 处于激发态的分子是不稳定的，它可能通过辐射 跃迁和无辐射跃迁等分子内的去活化过程释放多 余的能量而返回至基态，发射荧光是其中的一条 途径。
世界上第一次记录荧光现象是16世纪 西班牙的内科医生和植物学家 N.Monardes。 1575年他提出在含有一种木头切片的 水溶液中，可观察到极可爱的天蓝色。
1852年，stokes在考察奎宁和叶绿素的 荧光时，用分光光度计观察到其荧光的 波长比入射光的波长稍微长些，从而导 入了荧光是光发射的概念。 18工作。应用铝—桑色素配 合物的荧光进行铝的测定。 19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行 的，直到1928年，才由Jette和West完成 了第一台荧光计。
激发单重态与激发三重态的性质不同
分子荧光光谱法实验报告
(3)荧光强度与荧光物质浓度的关系
用强度为I0的入射光，照射到液池内的荧光物质时，产生荧光，荧光强度If用仪器测得，在荧光浓度很稀(A<0.05)时，荧光物质发射的荧光强度If与浓度有下面的关系：If=KC。
三、实验试剂和仪器
试剂：罗丹明B乙醇溶液；1-萘酚乙醇溶液；3,3’-Diethyloxadicarbocyanine iodide：标准溶液，10μg/ml, 20μg/ml,30μg/ml,40μg/ml和未知浓度；蒸馏水；乙醇。
(8)pH值的影响：弱酸或弱碱分子和它们的离子在电子构型上不同，是不同的型体，各具有特殊的荧光量子产额和荧光光谱。
2.激发光谱与发射光谱有什么关系？
答：发射光谱与激发光谱没有直接的关系，但是发射光谱一般要比激发光谱波长长。
3.如何进行多组分混合物的荧光分析？
答：(1)如果两组分的荧光峰相互不干扰,可直接测定。可分别在各自的荧波长处测定，求出它们的含量。
具有不饱和基团的基态分子经光照射后，价电子跃迁产生荧光，是当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态S0各振动能级所产生的光辐射。
(1)激发光谱
是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长(或频率)变化的曲线。横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。
激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率。荧光为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确定——激发光谱是在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱。获得方法：先把第二单色器的波长固定，使测定的λem不变，改变第一单色器波长，让不同波长的光照在荧光物质上，测定它的荧光强度，以I为纵坐标，λex为横坐标所得图谱即荧光物质的激发光谱，从曲线上找出λex，，实际上选波长较长的高波长峰。
用强度为I0的入射光，照射到液池内的荧光物质时，产生荧光，荧光强度If用仪器测得，在荧光浓度很稀(A<0.05)时，荧光物质发射的荧光强度If与浓度有下面的关系：If=KC。
三、实验试剂和仪器
试剂：罗丹明B乙醇溶液；1-萘酚乙醇溶液；3,3’-Diethyloxadicarbocyanine iodide：标准溶液，10μg/ml, 20μg/ml,30μg/ml,40μg/ml和未知浓度；蒸馏水；乙醇。
(8)pH值的影响：弱酸或弱碱分子和它们的离子在电子构型上不同，是不同的型体，各具有特殊的荧光量子产额和荧光光谱。
2.激发光谱与发射光谱有什么关系？
答：发射光谱与激发光谱没有直接的关系，但是发射光谱一般要比激发光谱波长长。
3.如何进行多组分混合物的荧光分析？
答：(1)如果两组分的荧光峰相互不干扰,可直接测定。可分别在各自的荧波长处测定，求出它们的含量。
具有不饱和基团的基态分子经光照射后，价电子跃迁产生荧光，是当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态S0各振动能级所产生的光辐射。
(1)激发光谱
是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长(或频率)变化的曲线。横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。
激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率。荧光为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确定——激发光谱是在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱。获得方法：先把第二单色器的波长固定，使测定的λem不变，改变第一单色器波长，让不同波长的光照在荧光物质上，测定它的荧光强度，以I为纵坐标，λex为横坐标所得图谱即荧光物质的激发光谱，从曲线上找出λex，，实际上选波长较长的高波长峰。
分子荧光光谱法
分子荧光光谱法又称分子发光光谱法或荧光分光光度法，即通常所谓的荧光分析法。
法。
该法是一种利用某一波长的光线照射试样，该法是一种利用某一波长的光线照射试样，该法是一种利用某一波长的光线照射试样，使试样吸收这一辐射，使试样吸收这一辐射，使试样吸收这一辐射，然后在发然后在发射出波长相同或波长较长的光线的化学分析方法。
如果这种再发射约在 s 内发生，则称为荧光；若能在生，则称为荧光；若能在 s 或更长的时间后发生，则称磷光。
分子荧光光谱法就是利用这种再发射的荧光的特性和强度来对荧光物质进行定性和定量分析的。
荧光分析法的突出优点是灵敏度高，其测定下限比一般分光光度法低二至四数量级。
级。
选择性也比分光光度法好，选择性也比分光光度法好，选择性也比分光光度法好，但其应用不如分光光度广泛，但其应用不如分光光度广泛，但其应用不如分光光度广泛，因为只有有限数量因为只有有限数量的化合物才能产生荧光。
的化合物才能产生荧光。
一、基本原理一、基本原理（一）（一） 荧光光谱的产生荧光光谱的产生荧光物质分子吸收了特定频率辐射后，荧光物质分子吸收了特定频率辐射后，由基态跃迁至第一电子激发态由基态跃迁至第一电子激发态由基态跃迁至第一电子激发态（或更（或更高激发态）高激发态）的任一振动能级，的任一振动能级，的任一振动能级，在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞，在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞，在溶液中这种激发态分子与溶剂分子发生碰撞，以以热的形式损失部分能量后，而回到第一电子激发态的最低振动能级（无辐射跃迁）。
然后再以辐射形式去活化跃迁到电子基态的任一振动能级，然后再以辐射形式去活化跃迁到电子基态的任一振动能级，便产生荧光。
便产生荧光。
由于无辐射跃迁的几率大，因此分子荧光波长常常比激发光长。
因此分子荧光波长常常比激发光长。
激发光源的波长通常是激发光源的波长通常是在紫外区，在紫外区，荧光也可能在紫外区，荧光也可能在紫外区，荧光也可能在紫外区，但更多是在可见区。
大学化学《分子光谱法》课件
仪 器 光 路 图
仪器框图
该型仪器可进 行荧光、磷光 和发光分析；
8.2.2.2 磷光分析仪器
荧光计上配上磷光测量附件即可对磷光进行测量。在有 荧光发射的同时测量磷光。
测量方法： （1）通常借助于荧光和磷 光寿命的差别，采用磷光 镜的装置将荧光隔开。 （2）采用脉冲光源和可控 检测及时间分辨技术。
通常荧光发射光谱与它的吸收光谱（与激发光谱形状一
样）成镜像对称关系。
镜像规则的解释
基态上的各振动能级分布 与第一激发态上的各振动能级 分布类似；
基态上的 零振动能级与 第一激发态的 二振动能级之 间的跃迁几率 最大，相反跃 迁也然。
荧光激发光谱
荧光发射光谱
200 250 300 350 400 450 500 nm
固定激发光波长(选 最大激发波长), 化合物 发射的荧光(或磷光强度) 与发射光波长关系曲线( 图中曲线II或III)。
荧光发射光谱 荧光激发光谱
磷光光谱
200 260 320 380 440 500 560 620 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
3.激发光谱与发射光谱的关系
a.Stokes位移
激发单重态的最低振动能级。 外转换：激发分子与溶剂或其他分子之间产生相互作用而转
移能量的非辐射跃迁； 外转换使荧光或磷光减弱或“猝灭”。
系间跨越：不同多重态,有重叠的转动能级间的非辐射跃迁。 改变电子自旋，禁阻跃迁，通过自旋—轨道耦合进行。
辐射能量传递过程
荧光发射：电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（
E=170～300 kJ/mol；位于可见光区； （3）发光持续时间较长，反应持续进行；
8.2.1.5 激发光谱和发射光谱
分子荧光光谱法(原理和方法)
Molecular fluorescence spectroscopy
概述
分子荧光光谱法(Molecular fluorescence spectroscopy )又称
为荧光光谱法或荧光分析法．是以物质所发射的荧光强度 与浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析，以荧光光 谱的形状和荧光峰对应的波长进行行的定性分析．
荧光团杂化纳米二氧化硅微球
化合物
C6H5OH C6H5O— C6H5NH2
+ C6H5NH3
相对荧光 强度 18 10 20
0
荧光分光光度计
荧光分光光度计既可用于定量分析， 也可用于测绘激发光谱和荧光光谱
。荧光分光光度计既可用于定 量分析，也可用于测绘激发光谱 和荧光光谱。第一单色器选择激 发光波长（＞250nm的 紫外光）故称为激发单色器 第二单色器（荧光单色器） 与激发光入射方向垂直， 并选择荧光波长，可提高方法的选择性和准确度。
1. 激发
在室温下物质分子大部分处于基态的最低振动能级且电子自旋配对为单重
态．当吸收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时，可上升到不同激发态
的各振动能级，其中多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需１０-
15秒.
激发
2 去活化过程
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射 或无辐射跃迁的方式回到基态
对于很稀的溶液，投射到样品溶液上的被吸收的激发光不到2%时， 即εbc＜=0.05时，上式的第二项后的各项可以忽略不计。则
F = φI0[1-(1-2.303 εbc)]=2.303 φ I0 εbc
当I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓度成正比
F = K·C
(K = 2.303 φ I0 εb)
概述
分子荧光光谱法(Molecular fluorescence spectroscopy )又称
为荧光光谱法或荧光分析法．是以物质所发射的荧光强度 与浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析，以荧光光 谱的形状和荧光峰对应的波长进行行的定性分析．
荧光团杂化纳米二氧化硅微球
化合物
C6H5OH C6H5O— C6H5NH2
+ C6H5NH3
相对荧光 强度 18 10 20
0
荧光分光光度计
荧光分光光度计既可用于定量分析， 也可用于测绘激发光谱和荧光光谱
。荧光分光光度计既可用于定 量分析，也可用于测绘激发光谱 和荧光光谱。第一单色器选择激 发光波长（＞250nm的 紫外光）故称为激发单色器 第二单色器（荧光单色器） 与激发光入射方向垂直， 并选择荧光波长，可提高方法的选择性和准确度。
1. 激发
在室温下物质分子大部分处于基态的最低振动能级且电子自旋配对为单重
态．当吸收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时，可上升到不同激发态
的各振动能级，其中多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需１０-
15秒.
激发
2 去活化过程
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射 或无辐射跃迁的方式回到基态
对于很稀的溶液，投射到样品溶液上的被吸收的激发光不到2%时， 即εbc＜=0.05时，上式的第二项后的各项可以忽略不计。则
F = φI0[1-(1-2.303 εbc)]=2.303 φ I0 εbc
当I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓度成正比
F = K·C
(K = 2.303 φ I0 εb)
分子光谱分析法资料讲解
强带
有机化合物的紫外与可见吸收光谱中，凡摩尔吸光系数值大于104的 吸收带称为强带。
这种电子跃迁往往是几率很大的允许跃迁。
弱带
有机化合物的紫外与可见吸收光谱中，凡摩尔吸光系数最大值小于 104的吸收带称为弱带。
这类跃迁很可能是不符合允许跃迁选律的禁阻跃迁。
吸收带位置移动的术语说明
无机盐阴离子的n-*跃迁
在许多固体中引起这样一个跃 迁所需要的能量是极高的，但 在另一些固体中，尤其是在包 含重元素的固体中，跃迁发生 在可见／紫外区，材料成为光 电导性的，例如，某些硫族化 合物的玻璃是光电导性的。
类型iV
（iV）一个电子从一个能带(价 带)激发到另一个较高能量的能 带(导带)上。
在半导体(Si，Ge等)中带隙的 数值可以用光谱方法测定；一 种典型的半导体有1eV， 96kJmol-1的带隙，处于可见 区和紫外区间。
（1）含、和n电子的吸收谱带
有机化合物在紫外和可见光区域内电子跃迁的方式一般为-*、n*、n-*和-*这4种类型 。
图12-1 有机分子电子(能级)跃迁类型
-*跃迁
吸收波长在真空紫外区。 饱和烃无一例外地都含有电子，它们的电子光谱都在远紫外区。
n-*跃迁
吸收波长在150~250nm范围，绝大多数吸收峰出现在200nm左右。 含有未共享电子对杂原子(O、N、S和卤素等)的饱和烃衍生物可发生
某些无机盐阴离子由于可以发生n-*跃迁而有紫外光谱吸收峰。 例如，硝酸盐(313nm)、碳酸盐(217nm)、亚硝酸盐(360nm和
280nm)、迭氮盐(230nm)，以及三硫代碳酸盐(500nm)离子等。
(2)含d和f电子的吸收谱带（配位场跃迁）
配位场跃迁包括d-d和f-f两种跃迁。 过渡金属离子吸收光能后可以产生d-d跃迁，而镧系和锕系元素离子
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第十二章 分子光谱分析法
第一节 紫外、可见吸收光谱法（UV、VIS）
紫外、可见光谱(UV、VIS)是电子光谱。 UV、VIS是物质在吸收10~800nm光波波长范围的 光子所引起分子中电子能级跃迁时产生的吸收光 谱。 波长<200nm的紫外光属于远紫外光，由于被空气 所吸收，故亦称真空紫外光。该波段的吸收光谱属 于真空紫外光谱。 一般紫外可见光谱的波长范围：200~800（1000） nm。紫外谱200～400，可见谱400～800 紫外可见吸收光谱分析法常称为紫外可见分光光度 法。
电磁波的范围
Hale Waihona Puke 分子光谱一、基本原理
1．有机、无机化合物的电子光谱 主要类型有： （1）含π、σ和n电子的吸收谱带 （2）含d和f电子的吸收谱带 （3）电荷转移吸收谱带
（1）含π、σ和n电子的吸收谱带
外层电子或价电子的跃迁产 生的光谱，价电子的形式有 五种： σ、 π、n、 σ*、 π* 有机化合物在紫外和可见光 区域内电子跃迁的方式一般 为σ-σ*、n-σ*、n-π*和π-π* 这4种类型 。 z 主要有四种跃迁所需能量 ΔΕ大小顺序为：n→π＊ < π→π＊ < n→σ＊ < σ → σ＊ 图12-1 有机分子电子(能级)跃迁类型
表12-1 一些化合物n-σ*跃迁所产生吸收的数据
吸收波长在200~700nm范 围。 绝大多数有机分子的吸收光 谱都是由n电子或π电子向π* 激发态跃迁产生的。 这两种跃迁都要求分子中存 在具有π轨道的不饱和基 团，这种不饱和的吸收中心 称做生色基团（简称生色 团）。 n-π*跃迁产生的光谱峰的摩 尔吸收系数一般较低，通常 在10~100范围内， 而π-π*跃迁的摩尔吸收系数 一般在1000~10000范围 内。
n-σ*跃迁
含有未共享电子对杂原子(O、 N、S和卤素等)的饱和烃衍生物 可发生此类跃迁。 吸收波长在150~250nm范围， 绝大多数吸收峰出现在200nm 左右。大部分在远紫外区，近紫 外区仍不易观察到。 这种跃迁所需的能量主要取决于 原子成键的种类，而与分子结构 关系不大； 摩尔吸收系数(ε)比较低，即吸 收峰强度比较小，很少在近紫外 区观察到。 如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺 n→σ*跃迁的λmax分别为 173nm、183nm和227nm。
表12-3异丙烯基丙酮在同溶剂中λmax值
红移
紫 移
右下图为二苯酮的紫外光谱图 实线，在环己烷中；虚线，在乙醇中
从图中可以看到，从非极 性到极性时，π-π*吸收峰 红移，n-π*吸收峰紫移。 吸收光谱的这一性质也可 用来判断化合物的跃迁类 型及谱带的归属。
π-π共扼效应
共扼烯烃及其衍生物的π-π*跃迁均为强吸收带， ε≥104，这类吸收带称为K带。 在分子轨道理论中，π电子被认为是通过共扼而进一步 离域化的，这种离域效应降低了π*轨道的能级，光谱吸 收峰移向长波方向，即红移。共扼性能越强，其红移现 象越严重。 α，β-不饱和醛、酮中羰基双键和碳-碳双键π-π共扼也 有类似的效应。α，β-不饱和醛、酮中由π-π*跃迁产生 的弱吸收峰向长波方向移动40nm左右，一般这种吸收 的λmax在270~300nm，ε＜100，称做R带，呈平滑带 形，对称性强。
什么是红移？
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波 长或位置（λ最大）向长波长方向移动，这种现象称为红移 （或称为“向红”）。 红移往往由于取代基的变更或溶剂的影响而发生。 比如，随着溶剂极性的增加，π-π*跃迁光谱峰通常移向长波 区。 红移是由于溶剂和吸收体之间的极性引力所致。该力趋向于 降低未激发态和激发态两者的能级，而对激发态的影响更 大，总的结果是降低了能级差(随着溶剂极性的增加，这种 能级差变得更小)，产生红移。 这种效应对π-π*和n-π*跃迁都有影响，导致红移产生，但这 一效应比较小(一般小于5nm)，因此在n-π*跃迁中被紫移效 应完全掩蔽。
图示
back
什么是蓝移？
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波 长或位置（λ最大）向短波方向移动，这种现象称为紫移或蓝 移（或“向蓝”）。 取代基或溶剂的影响可引起紫移。 比如，随着溶剂极性的增加，由n-π*产生的光谱峰位置一般 移向短波长。 紫移现象产生于未成键孤电子对的溶剂化效应，因为这一过 程可以降低n轨道的能量。 在像水或乙醇类的极性化溶剂体系中看到。 在这种溶液体系中，溶剂的质子与未成键孤电子对(n电子) 之间广泛地形成氢键，因此n轨道的能量被降低大约相当氢 键键能大小的量，在电子光谱上可以产生30nm左右的紫 移。
σ-σ*跃迁
吸收远紫外光的能量才能发 生跃迁。饱和烷烃的分子吸 收光谱出现在远紫外区(吸收 波长λ<200nm，只能被真 空紫外分光光度计检测到)。 如甲烷的λmax为125nm,乙
¾ 所需能量最大，σ电子只有
烷λmax为135nm。 饱和烃无一例外地都含有σ电 子，它们的电子光谱都在远 紫外区。
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。
♥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
n-π*和π-π*跃迁
什么是生色团？
从广义的角度讲，所谓生色团就是可以吸收 光子而产生电子跃迁的原子基团。此外，亦 有人把生色团定义为在紫外及可见光范围内 产生吸收的原子团。 例如，有机化合物中常见的某些官能团：羰 基、硝基、双键或叁键、芳环等均是典型的 生色团。
摩光吸光系数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 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 波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关；
：不灵敏。 ♥ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时 该溶液在某一波长下的吸光度。
n-π*和π-π*跃迁
¾除两类跃迁摩尔吸收系数上 的差别外，此两类跃迁还有一 个明显的差别，即两种峰位移 动受溶剂影响的效果是不一样 的。 ¾如，随溶剂极性的增加，由 n-π*产生的光谱峰位置一般移 向短波长（紫移），而对于ππ*来说，其跃迁光谱峰通常移 向长波区（红移）。
第一节 紫外、可见吸收光谱法（UV、VIS）
紫外、可见光谱(UV、VIS)是电子光谱。 UV、VIS是物质在吸收10~800nm光波波长范围的 光子所引起分子中电子能级跃迁时产生的吸收光 谱。 波长<200nm的紫外光属于远紫外光，由于被空气 所吸收，故亦称真空紫外光。该波段的吸收光谱属 于真空紫外光谱。 一般紫外可见光谱的波长范围：200~800（1000） nm。紫外谱200～400，可见谱400～800 紫外可见吸收光谱分析法常称为紫外可见分光光度 法。
电磁波的范围
Hale Waihona Puke 分子光谱一、基本原理
1．有机、无机化合物的电子光谱 主要类型有： （1）含π、σ和n电子的吸收谱带 （2）含d和f电子的吸收谱带 （3）电荷转移吸收谱带
（1）含π、σ和n电子的吸收谱带
外层电子或价电子的跃迁产 生的光谱，价电子的形式有 五种： σ、 π、n、 σ*、 π* 有机化合物在紫外和可见光 区域内电子跃迁的方式一般 为σ-σ*、n-σ*、n-π*和π-π* 这4种类型 。 z 主要有四种跃迁所需能量 ΔΕ大小顺序为：n→π＊ < π→π＊ < n→σ＊ < σ → σ＊ 图12-1 有机分子电子(能级)跃迁类型
表12-1 一些化合物n-σ*跃迁所产生吸收的数据
吸收波长在200~700nm范 围。 绝大多数有机分子的吸收光 谱都是由n电子或π电子向π* 激发态跃迁产生的。 这两种跃迁都要求分子中存 在具有π轨道的不饱和基 团，这种不饱和的吸收中心 称做生色基团（简称生色 团）。 n-π*跃迁产生的光谱峰的摩 尔吸收系数一般较低，通常 在10~100范围内， 而π-π*跃迁的摩尔吸收系数 一般在1000~10000范围 内。
n-σ*跃迁
含有未共享电子对杂原子(O、 N、S和卤素等)的饱和烃衍生物 可发生此类跃迁。 吸收波长在150~250nm范围， 绝大多数吸收峰出现在200nm 左右。大部分在远紫外区，近紫 外区仍不易观察到。 这种跃迁所需的能量主要取决于 原子成键的种类，而与分子结构 关系不大； 摩尔吸收系数(ε)比较低，即吸 收峰强度比较小，很少在近紫外 区观察到。 如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺 n→σ*跃迁的λmax分别为 173nm、183nm和227nm。
表12-3异丙烯基丙酮在同溶剂中λmax值
红移
紫 移
右下图为二苯酮的紫外光谱图 实线，在环己烷中；虚线，在乙醇中
从图中可以看到，从非极 性到极性时，π-π*吸收峰 红移，n-π*吸收峰紫移。 吸收光谱的这一性质也可 用来判断化合物的跃迁类 型及谱带的归属。
π-π共扼效应
共扼烯烃及其衍生物的π-π*跃迁均为强吸收带， ε≥104，这类吸收带称为K带。 在分子轨道理论中，π电子被认为是通过共扼而进一步 离域化的，这种离域效应降低了π*轨道的能级，光谱吸 收峰移向长波方向，即红移。共扼性能越强，其红移现 象越严重。 α，β-不饱和醛、酮中羰基双键和碳-碳双键π-π共扼也 有类似的效应。α，β-不饱和醛、酮中由π-π*跃迁产生 的弱吸收峰向长波方向移动40nm左右，一般这种吸收 的λmax在270~300nm，ε＜100，称做R带，呈平滑带 形，对称性强。
什么是红移？
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波 长或位置（λ最大）向长波长方向移动，这种现象称为红移 （或称为“向红”）。 红移往往由于取代基的变更或溶剂的影响而发生。 比如，随着溶剂极性的增加，π-π*跃迁光谱峰通常移向长波 区。 红移是由于溶剂和吸收体之间的极性引力所致。该力趋向于 降低未激发态和激发态两者的能级，而对激发态的影响更 大，总的结果是降低了能级差(随着溶剂极性的增加，这种 能级差变得更小)，产生红移。 这种效应对π-π*和n-π*跃迁都有影响，导致红移产生，但这 一效应比较小(一般小于5nm)，因此在n-π*跃迁中被紫移效 应完全掩蔽。
图示
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什么是蓝移？
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波 长或位置（λ最大）向短波方向移动，这种现象称为紫移或蓝 移（或“向蓝”）。 取代基或溶剂的影响可引起紫移。 比如，随着溶剂极性的增加，由n-π*产生的光谱峰位置一般 移向短波长。 紫移现象产生于未成键孤电子对的溶剂化效应，因为这一过 程可以降低n轨道的能量。 在像水或乙醇类的极性化溶剂体系中看到。 在这种溶液体系中，溶剂的质子与未成键孤电子对(n电子) 之间广泛地形成氢键，因此n轨道的能量被降低大约相当氢 键键能大小的量，在电子光谱上可以产生30nm左右的紫 移。
σ-σ*跃迁
吸收远紫外光的能量才能发 生跃迁。饱和烷烃的分子吸 收光谱出现在远紫外区(吸收 波长λ<200nm，只能被真 空紫外分光光度计检测到)。 如甲烷的λmax为125nm,乙
¾ 所需能量最大，σ电子只有
烷λmax为135nm。 饱和烃无一例外地都含有σ电 子，它们的电子光谱都在远 紫外区。
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。
♥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
n-π*和π-π*跃迁
什么是生色团？
从广义的角度讲，所谓生色团就是可以吸收 光子而产生电子跃迁的原子基团。此外，亦 有人把生色团定义为在紫外及可见光范围内 产生吸收的原子团。 例如，有机化合物中常见的某些官能团：羰 基、硝基、双键或叁键、芳环等均是典型的 生色团。
摩光吸光系数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 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 波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关；
：不灵敏。 ♥ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时 该溶液在某一波长下的吸光度。
n-π*和π-π*跃迁
¾除两类跃迁摩尔吸收系数上 的差别外，此两类跃迁还有一 个明显的差别，即两种峰位移 动受溶剂影响的效果是不一样 的。 ¾如，随溶剂极性的增加，由 n-π*产生的光谱峰位置一般移 向短波长（紫移），而对于ππ*来说，其跃迁光谱峰通常移 向长波区（红移）。