_紫外可见吸收光谱_

五、紫外分光光度计
一、组成部件
紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成： 即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。
图3.6 紫外分光光度计
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（一）光源
对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域内 能够发射连续辐射、有足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐 射能量随波长的变化应尽可能小。 分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两 类。 热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯；气体放电 光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯可使用的范围 在340 ~ 2500nm。这类光源的辐射能量与施加的外加电压有 关，在可见光区，辐射的能量与工作电压 4 次方成正比。光电 流与灯丝电压的n次方（n1）成正比。因此必须严格控制灯丝 电压，仪器必须配有稳压装置。
２17 nm ＋５nm
加四个烷基取代
计算值 λmax
＋２０nm
２４２ nm
实测值
λmax
２４３ nm
例３：
R
基本值：按同环二烯 加一个共轭双键 加一个环外双键
２５３nm ＋３０nm ＋５nm
加三个烷基取代
计算值 λmax
＋15 nm
３０3 nm
实测值
λmax
３０3nm
２. α ,β—不饱和醛、酮
C
δ
γ β α
O C H
C
C
C
母体 链状αβ不饱和醛 链状αβ不饱和酮
基本值 λmax 207nm
O
215
五元环αβ不饱和酮
六元环αβ不饱和酮Βιβλιοθήκη Baidu
O
202
215

增加值 同环共轭二烯
每增加一个共轭双键 每增加一个环外双键
+39nm
+30nm +5nm




共轭双键上增加烷基或环基取代 α位 +10nm β位 +12nm γ 位及以上 +18nm


相同测定条件下——比较未知物与已知标准物的吸收 光谱曲线－若完全等同——有相同的生色团


吸收光谱曲线的形状、吸收峰的数目及最大吸收波长 的位置和相应的摩尔吸收系数——定性鉴定的依据 最大吸收波长的位置和相应的摩尔吸收系数——定性 鉴定的主要参数
不同分子结构可能有相同的UV-VIS

2.结构分析 确定构型和构象 顺反异构体（最大吸收波长） 3.定量分析 无机和有机化合物 显色反应－非吸收物质 朗伯－比耳定律 4 5 -1· mol-1 ； 吸收强度大，ε达10 ～10 L· cm －4 ～10－5mol/L；准确度好； 灵敏度高， 10
1. 共轭多烯的λmax计算
链状共轭二烯
C C C C
λmax
217nm
CH2
骨 架 母 体
单环共轭二烯
217nm
异环共轭二烯
214nm
同环共轭二烯
253nm
对连接在母体电子体系上的不同取代 基以及其它结构因素加以修正 增加值：延伸一个共轭双键 增加一个烷基或环基取代 增加一个环外双键 助色团取代 ： -Cl 或 Br -OR 烷氧基 +5 nm +6 nm +30nm +5nm +5nm
如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其 杂质有较强吸收，就可方便的检出该化合物中 的痕量杂质。 例如要鉴定甲醇和乙醇中的杂质苯，可利 用苯在254nm处的B吸收带，而甲醇或乙醇在此 波长范围内几乎没有吸收。
又如四氯化碳中有无二硫化碳杂质，只要 观察在318nm处有无二硫化碳的吸收峰即可。
二、结构分析
第21讲 紫外-可见吸收光谱
（UV-VIS）
2013.12.20
概述
一、紫外－可见光谱的产生； 二、有机化合物的电子光谱； 三、无机化合物的电子光谱； 四、溶剂对紫外－可见光谱的影响； 五、紫外分光光度计； 六、紫外可见吸收光谱法的应用。
四、溶剂对紫外－可见光谱的影响
1.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。 2.改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生 变化。下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。
⑴单组分物质 工作曲线法 标准对比法 ⑵多组分 在最大吸收波长处测定其吸光度的加和值——解一次 方程组——得各组分含量
（二）结构分析——计算max的经验规律


用经验规则计算不饱和有机化合物的max 并与实测值进行比较，然后确认物质的结 构。 常用的规则是Wood Ward（伍德瓦特）规 则，可计算共轭多烯及α ，β—不饱和醛酮 化合物。
测得的是样品在两种波长1和2处的吸光度之差A， A为扣除了背景吸收的吸光度 A=A 1 -A 2= （K 1 -K
2）
CL

优点：
（1）大大提高了测定准确度，可完全扣除背景 （2）可用于微量组分的测定 （3）可用于混浊液和多组分混合物的定量测定
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光闸
单色器 斩波器 参比 光电倍增管
一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处
理。
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二、紫外-可见分光光度计的类型
紫外-可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型， 即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。 1，单光束分光光度计 经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品 溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构简单， 操作方便，维修容易，适用于常规分析。
OH O CH C OC2H5
C OC2H5
CH3
C
酮式结构，无共轭
中吸收 206nm (极性溶剂中为主）
烯醇式结构，共轭体系，
强吸收=1.8104, 245nm
(非极性溶剂中为主）
三、 定量分析
应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区， 大约可测定50多种元素 有机化合物，主要在紫外区
1. 单组分物质的定量分析
光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫外、 可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀 一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成 本低、便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠 而产生干扰。
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入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决定 单色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色光纯度， 但过小的狭缝又会减弱光强。 （三）吸收池 吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。 石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见 光区。为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束 方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸收池要 挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程 长度的精度等对分析结果都有影响。
可能是饱和化合物
π—π*，2个共轭单位
260～350nm 强吸收
270～350nm 弱吸收
π—π*，3—5个共轭单位
n—π*，无强吸收， π—π*，有苯环
孤立含杂原子的双键C=O, -NO2, -N=N260nm（230～270）中吸收
2. 判断同分异构体
例：乙酰乙酸乙酯
O CH3 C CH2 O

原因
在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。
3.在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择 溶剂时注意下列几点： （1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是 惰性的。即所形成的溶液应具有良好的化学和光化学 稳定性。 （2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。 （3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。
例４：
CH 3 C C C H C H3
链状： 基本值
α位烷基取代
O CH 3
215nm
+10nm
位烷基取代
计算值λmax
+12nm
237nm
实测值λmax
236nm
例５：
O
CH2
环状：
基本值
215nm
共轭双键
γ位烷基取代
+30nm
+18nm
环外双键
计算值λmax
+5nm
268nm
(三)纯度检查
测定条件： 选择合适的分析波长（λmax） A：0.2-0.8 选择适当的参比溶液
单光束分光光度计原理图
单色器 光闸 斩波器 光电倍增管 试样
双光束分光光度计原理图
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单色器
λ1
单 色 器
吸收池
接收器
λ2
λ1 λ2
双波长分光光度计原理图
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五、应用
定性分析、结构分析和定量分析；以及物理化学参数 （相对分子质量、配合物的稳定常数等） 1.定性分析 无机元素：应用较少，可用发射光谱法或化学分析法； 有机化合物：有一定的局限性；鉴定不饱和有机化合 物（共轭体系），推知未知物的骨架结构。 辅助方法 分析方法：比较吸收光谱曲线；用经验规则计算最大 吸收波长，然后与实测值进行比较。
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单波长双光束分光光度计
参比池
光束分裂器
光源 单色器
差值 ΔA
吸收池
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检测器
显示
3，双波长分光光度计 由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器， 得到两束不同波长（1和2）的单色光，利用切光器使两束光以 一定的频率交替照射同一吸收池
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1为选好的测定波长，一般为待测物质的max 2为选好的参比波长，一般为待测物质的min
• 用紫外可见吸收光谱鉴定未知物的结构较困难， 因谱图简单，吸收峰个数少，主要表现化合物的 发色团和助色团的特征。
• 利用紫外可见吸收光谱可确定有机化合物中
不饱和基团，还可区分化合物的构型、构象、 同分异构体
1.推测官能团
200～280nm 无吸收 210～250nm 强吸收 不含不饱和键，不含苯环，
单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射 光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。 其核心部分是色散元件，起分光的作用。单色器的性能直接影响 入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度、选择性及校准曲 线的线性关系等。能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。
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棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据 不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光 分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于350 ~ 3200 nm的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜 可使用的波长范围较宽，可从185 ~ 4000nm，即可用于紫 外、可见和近红外三 个光域。
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（四）检测器
检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后光强 度变化的一种装置。
常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。
硒光电池对光的敏感范围为300~800nm，其中又以 500 ~ 600nm最为灵敏。这种光电池的特点是能产生可直 接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出现疲劳效应 而只能用于低档的分光光度计中。
光电管在紫外-可见分光光度计上应用较为广泛。 光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏 度比一般的光电管要高200倍，因此可使用较窄的单色器狭 缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。
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（五）信号指示系统
它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用 的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显 示或自动记录装置等。很多型号的分光光度计装配有微处理机，
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单波长单光束分光光度计
0.575
光源
单色器
检测器
显示
吸收池
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2，双光束分光光度计 经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束 光，一束通过参比池，一束通过样品池。 光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样 的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的 函数记录下来。 双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。 由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消 除光源强度变化所引起的误差。
注： 环外双键 是指C=C双键直接与环相连，其中一个C在环上,另一个C在环外。 同环二烯与异环二烯同时共存时，按同环二烯计算。
例1：
H2C C C CH2 CH3 CH3
基本值 两个烷基取代 ２１７nm ２×５＝１０nm
计算值
实测值
λmax
λmax
227 nm
226 nm
例２：
基本值： 加一个环外双键
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在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。它们可在160 ~ 375 nm范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同位素氘，它 是紫外光区应用最广泛的一种光源，其光谱分布与氢灯类似， 但光强度比相同功率的氢灯要大3~5倍。
（二）单色器
单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置， 其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任 意可调。
正己烷 * max/nm 230 n *max/nm 329

CHCl3 238 315
CH3OH 237 309
H2 O 243 305
由n *跃迁产生的峰，随着溶剂极性增加，形成氢键能力增加， 蓝移； 由 *跃迁产生的峰，随极性增加，激发态比基态能量有更多的 下降，发生红移。