紫外可见分光光度法

5、电荷转移吸收带：许多无机物（如碱金属卤化 物）和某些有机物混合而得的分子配合物引起。 特点：近紫外和可见光区。 吸收强度大， max>104，测定灵敏度高。 6、配位体场吸收带：过渡金属水合离子与显色剂 （通常为有机化合物）所形成的配合物引起。 特点：可见光区。

四、影响吸收带的因素


3、溶剂效应：溶剂极性。
极性溶剂：π→π*跃迁→长移，n→π*跃迁→短移， 后者移动一般比前者大。* 原因：π→π*跃迁吸收长移，激发态的极性总比基态 极性大，因而激发态与极性溶剂之间相互作用所降 低的能量大。 n→π*跃迁吸收短移，是由于基态极性大，非 键电子与极性溶剂之间能形成较强的氢键，使基态 能量降低大于反键轨道与极性溶剂相互作用所降低 的能量，因而跃迁所需能量变大。 溶剂的选择：极性；纯度高；截止波长< λmax
例：亚甲蓝、重铬酸钾



（二）光学因素 1、非单色光：
前提是入射光为单色光。
谱带宽度（band width）：当光源为连续光谱时， 采用单色器分离出来的光同时包含了所需波长的光 和附近波长的光，即是具有一定波长范围的光，这 一宽称为谱带宽度，用半峰宽S表示。
单色光的谱带宽
S=λ1-λ2
设入射光由波长为1和 2的光组成 入射光光强分别为 I 01和I 02 对应的透过光光强分别为I 1和I 2
27,600
21,000 12,300 12,000 11,000
CH3 CH3 C2H5


2、跨环效应： β、γ不饱和酮中，由于立体排列，使羰基孤 对电子和双键的π电子作用，使相当于n→π* 跃迁的R带长移，同时吸收强度增强。 当C=O的π轨道与一个杂原子的P轨道能够有 效交盖时，也会出现跨环效应。
CH2=CH2 -CH=CH-CH=CH-
含有杂原子不饱和基团： 很小 紫外区（～200，150-250nm） 如-C=O、-C=S、-N=N-、 -C≡N
H
n 1 2 3
(CH
CH)n
H
max 10,000 21,000 34,000
max（nm） 180 217 268
4
5 6
304
334 364
分子中不同轨道的价电子具有不同能量，处于低 能级的价电子吸收一定能量后，就会跃迁到较高 能级。



H2的成键和反键轨道
紫外-可见光区范围内，
有机化合物的吸收光谱主要有：
σ→σ*，π→π*，n→σ*，n→π*。 无机化合物的吸收光谱主要有：
分子中价电子能级及跃迁图
σ<Hale Waihona Puke <n <π*<σ*
电荷迁移跃迁和配位场跃迁。


I
I0
dI x Ix

n
0
k dS S
I k n I n ln lg E I0 S I0 S
V n 由S 和n V C l C l S
I Lamber Beer定律表达式 lg E C l I0
I 透光率 T I0 吸光度 A lg T E C l
1-10：很弱
10-102：弱 102-103：中等 103-104：强 104-105：很强


吸光系数→吸收强弱：
ε104～105 → 强吸收 102～104 → 中强吸收 ﹤102 → 弱吸收
六、偏离比尔定律的因素

（一）化学因素 前提是稀溶液，因浓度改变而有离解、缔 合、与溶剂间的作用等原因而发生。
吸收峰：曲线上吸光度最大的地 方，它所对应的波长称最大吸收 波长（λmax）。 谷：峰与峰之间吸光度最小的部 位，该处的波长称最小吸收波长 （λmin）。 肩峰（shoulder peak）：在一个 吸收峰旁边产生的一个曲折。 末端吸收（end absorption）： 只在图谱短波端呈现强吸收而不 成峰形的部分。


增色效应和减色效应：由于化合物结构改变或其他 原因，使吸收强度增加称增色效应或浓色效应 （hyperchromic effect），使吸收减弱称减色效 应或淡色效应（hypochromic effect）。 强带和弱带（strong band and weak band）：化 合物的紫外-可见吸收光谱中，凡摩尔吸光系数 εmax大于104，的吸收峰称强带，凡εmax小于102的 吸收峰称弱带。
或 T 10 A 10 ECl
E为吸光系数，物理意义是吸光物质在单位浓度及 单位厚度时的吸光度。 给定单色光、溶剂和温度等条件下，吸光系 数是物质的特性常数，表明物质对某一特定波长光 的吸收能力。吸光系数大，则物质吸光能力强。

表示方式：
1、摩尔吸光系数：一定波长时，溶液浓度 1mol/L，厚度为1cm的吸光度，用ε或EM表示。 2、百分吸光系数（比吸光系数）：在一定波长 时，溶液浓度为1%（W/V），厚度为1cm的吸光 度，用E1cm1%表示。 两者关系：ε=(M/10)·1cm1% E
64,000
121,000 138,000


5、电荷迁移跃迁：
用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向接受体相 联系的轨道上跃迁，实质为内氧化还原过程。 特点：ε>104，强吸收。 结构： 有机化合物：如取代芳烃。 无机化合物：过渡金属离子与含生色团试剂反应 所生成的配合物以及许多水合无机离子。


6、配位场跃迁：
配体存在下过渡元素5个能量相等的d轨道及镧、锕元 素7个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨 道及f轨道，当它们吸收光能后，低能态的d电子或f电 子可以分别跃迁到高能态的d或f轨道上去。 特点：ε<102，可见光区。
二、紫外-可见吸收光谱的常用概念

吸收光谱（absorption spectrum）：吸收曲线，以 波长λ(nm)为横坐标，以吸光度A（或透光率T） 为纵坐标所描绘的曲线。



苯的B带吸收光谱
苯异丙烷溶液紫外吸收光谱
A为稀薄蒸气（压力很小）的吸收
光谱图，每条黑线表示一种转动跃 迁的吸收线；每组黑线表示一种振 动跃迁的吸收带；a-f表示电子跃 迁的吸收带。
B为蒸气压力较大时的吸收光谱图，
其中转动跃迁的吸收线已分辨不清。
C为溶液的吸收光谱图，仅呈现电
子跃迁的吸收带，振动与转动跃迁 的吸收已分辨不清。
•注意： •选择较纯单色光（Δλ↓，单色性↑） •选λmax作为测定波长（ΔE↓，S↑且成线性）

2、杂散光（stray light）：一些不在谱带宽 度范围内的与所需波长相隔较远的光。
杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。 杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值。

ChP（2005）对杂散光的检查： 方法：可按下表所列的试剂和浓度，配制成水溶液，臵1cm石英 吸收池中，在规定的波长处测定透光率，应符合表中的规定。


2、K带：由π→π*跃迁引起，共轭双键 特点：强吸收，εmax>104。 3、B带：芳香族（包括杂芳香族）化合物特征吸收 带，由π→π*跃迁引起。
特点：苯蒸气在230-270nm处出现精细结构的吸收光 谱，称苯的多重吸收带；苯在溶液中，谱带较宽； 极性溶剂中，B带为一宽峰，重心在256nm附近， ε～200。 4、E带：芳香族化合物特征吸收带，由苯环结构中 三个乙烯的环状共轭系统的π→π*跃迁引起，分为E1 和E2带。 特点：E1～180nm，ε～4.7×104；E2～200nm， ε～7000，均为强吸收。
试剂 碘化钠 亚硝酸钠 浓度/%（g/ml） 1.00 5.00 测定用波长/nm 220 340 透光率/% <0.8 <0.8


3、散射光和反射光：
吸光质点对入射光有散射作用。 入射光在吸收池内外界面之间通过时有反射作用。 反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光，直接 对 T 产生影响。 散射和反射使T↓，A↑，吸收光谱变形。 消除：一般可用空白对比校正消除
（ I 01 I 02 10 E2 E1）C l A lg T E1C l lg I 01 I 02
入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光谱形状
E1 E 2 A E1C l 成线性关系 E1 E 2 A与C不成线性关系，偏离Beer定律 （E 2 E1） A与C偏离线性关系越严重


4、体系pH的影响：pH→分子离解。 ***
极性溶剂对两种跃迁能级差的影响**
五、朗伯-比尔定律

朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律：描述物质 对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度和厚 度间关系的定律。 Lamber定律： A l
Beer定律： A C
假设一束平行单色光通过一个吸光物体
吸收光谱示意图 1.吸收峰 2.谷 3.肩峰 4.末端吸收




生色团（chromophore）：有机化合物分子结构中含 有π→π*跃迁或n→π*跃迁的基团，即能紫外-可见 光范围内产生吸收的原子团，如C=C、C=O、-N=N-、 -NO2、-C=S等。 助色团（auxochrome）：含有非键电子的杂原子饱和 基团，当它们与生色团或饱和烃相连时，能使该生色 团或饱和烃的吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度 增加的基团，如-OH、-NH2、-OR、-SH、-SR、-X等。 红移（red shift）：长移(bathochromic shift)， 由于化合物的结构改变，如发生共轭、引入助色团， 以及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动的现象。 蓝（紫）移（blue shift）：短移(hypsochromic shift)，化合物结构改变时或受溶剂影响使吸收峰向 短波方向移动的现象。




1、σ→σ*跃迁：ΔE很高，吸收峰在远紫外区， <150nm，饱和烃。 2、π→π*跃迁：ΔE较小，孤立双键～200nm， 体系共轭，ΔE更小，λ更长，ε>104，强吸收。 3、n→π*跃迁：ΔE很小，近紫外区（200400nm），含有杂原子不饱和基团，ε10-100， 吸收弱 。 4、n→σ*跃迁：ΔE较小，紫外区（～200， 150-250nm），含有杂原子饱和基团 。
入射光强为 I 0 透过光强为 I 物体截面为 S 厚度为 l 吸光质点数为 n

取物体中一极薄层 dx
设入射光强为 I x 薄层的吸光质点数为 dn 不让光子通过的面积为 dS k dn dS k dn 光子通过薄层被吸收的 几率 S S 透过薄层减弱的光强为 dI x
dI x k dn Ix S

核心：对分子中电子共轭结构的影响。 1、位阻影响：两个发色团共轭→吸收带长移。 若两发色团由于立体阻碍其处于同一平面，会 影响共轭效应。 如二苯乙烯。 R R′ （nm）
max max

H
H
R' C R C
H
CH3 CH3 C2H5 C2H5
294
272 243.5 240 237.5
紫外－可见分光光度法


紫外-可见分光光度法（ultraviolet and visible spectrophotometry；UV-vis）：研究物质在 紫外-可见光区（200-800nm）分子吸收光谱 的分析方法。 电子光谱 应用：定性、定量
第一节 紫外-可见分光光度法 的基本原理和概念
一、电子跃迁


紫外-可见吸收光谱产生原理：分子中的价 电子在不同的分子轨道之间跃迁而产生。 价电子：σ电子→单键 π电子→双键 n(p)电子→非成键

轨道： 电子围绕原子或分子运动的几率。 轨道不同，电子所具有能量不同。

两个原子的原子轨道以线性组合而生成两个 分子轨道。
其中一个分子轨道具有较低能量称为成键轨 道，另一个分子轨道具有较高能量称为反键 轨道。 电子能级：σ<π<n <π*<σ*
三、吸收带及其与分子结构的关系



吸收带（absorption band）：吸收峰在紫外 -可见光谱中的位置。 六种类型：
1、R带：由n→π*跃迁引起，杂原子不饱和基团发 色团特征，-C=O、-NO、-NO2、 -N=N-等。 特点：波长较长（-300nm），弱吸收，ε<100。 溶剂极性↑→R带短移；强吸收在附近时→R带长 移，有时被掩盖。
按能量大小：σ→ σ* > n → σ* > π→ π* > n→ π*

跃迁类型
ΔE 很大 较大
吸收峰位置 远紫外区，<150nm 近紫外区（200-400nm）
典型结构 饱和烃
σ→σ* n→σ*
含有杂原子饱和基团：
如-OH、-NH2、-X、-S
π→π* n→π*
较小
孤立双键～200nm 体系共轭，λ更长