927626-波谱分析教程-紫外光谱(UV)

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1-己烷 2-95%乙醇 3-水
溶剂效应使精细结构消失
UV溶剂的选择
UV溶剂应选:低极性、高溶解度,挥发性小, 再现性强,溶剂在样品的吸收光谱区应无明显 吸收。溶剂的吸收峰最好在200nm以下。
尽量与文献中所用溶剂一致,与待测组分不发 生化学反应。 不希望用极性溶剂;非极性溶剂不与样品作用,易分离。
溶剂的极性对不同化合物的影响是不同的,共轭
双烯化合物受溶剂极性影响较小;而不饱和羰基化合
物受溶剂极性影响较大。
化合物
己烷

CH3COCH3
279
265
(CH3)2C=CHCOCH3
230
243
329
305
溶剂的选择
温度的影响
温度降低减小了 振动和转动对吸 收带的影响,呈 现电子跃迁的精 细结构
PH值影响
构型影响 * 跃迁
空间位阻影响共轭程度
λmax ε
295.5nm 29000
共轭程度较好
280nm 10500
共轭程度较差
构型影响
CH3
C2H5
249(14500)
H C=C H
290(27000)
237(10500)
233(9000)
C=C
H
H
280(14000)
互变异构的影响
-CO-CH2-CO-
幅度最大,所以测定最灵敏。吸收 曲线是定量分析中选择入射光波长 的重要依据。
在一般文献中,有机物的紫外吸收光谱的
数据,多报导最大吸收峰的波长位置λmax 及
摩尔消光系数ε。
如:丙酮在环己烷溶液中的UV光谱数据为
λ 环己烷 max
= 280 nm
ε =13
对甲基苯乙酮的UV光谱数据为
λ CH3OH = 252nm max
2.R吸收带(取自德文,radikalartig,基团型) 为n*跃迁引起的吸收带,吸收强度很弱: < 100 。禁阻跃迁。吸收峰波长一般在270nm以上
3.B吸收带(Benzenoid band,苯型谱带) 为苯的闭合环状共轭双键 * 跃迁引起的
特征吸收带,为一宽峰,其波长在230~270nm之 间,中心在254nm,ε约为204左右。
(3) *跃迁 它需要的能量低于* 跃迁,吸收峰一般处于近紫外光区,在200 nm左右,其特征是摩尔吸光系数大,一般 max104,为强吸收带。如乙烯(蒸气) 的最大吸收波长max为162 nm。
(4) n*跃迁 这类跃迁发生在近紫外光 区。它是简单的生色团如羰基、硝基等中的 孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强 度弱,摩尔吸光系数小,通常小于100,属 于禁阻跃迁。
紫外吸收光谱的基本原理
1. 紫外光谱的产生(电子跃迁)
光谱的形成(示意图):分子在入射光的作 用下发生了价电子的跃迁,吸收了特定波长 的光波形成。
电子跃迁
分子吸收 紫外光区的电 磁辐射,引起 电子能级的跃 迁即成键电子 或非键电子由 基态跃迁到激 发态。
< 200nm 远紫外区 ; 200 ~ 400nm 近紫外区
σ*
π*
n
π σ
(1) *跃迁 它需要的能量较高,一般发生在 真空紫外光区。饱和烃中的—c—c—键属于这类 跃迁,例如乙烷的最大吸收波长max为135nm。
(2) n*跃迁 实现这类跃迁所需要的能量较高, 其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区,如 CH3OH和CH3NH2的n*跃迁光谱分别为 183nm和213nm。
紫外光谱
学习要求 概述 紫外吸收光谱的基本原理 影响紫外吸收光谱的主要因素 各类有机化合物的紫外光谱 紫外分光光度计结构与实验技术 紫外吸收光谱的应用
学习要求: 1.了解用价键和分子轨道理论描述有机分子中电 子激发的一般过程。区别π-π*和n-π*的跃迁。 2、了解紫外吸收光谱基本原理 。 3、理解K带、B带、R带、红移、蓝移等术语。 4、熟悉各类化合物的紫外光谱吸收特征。 5、初步掌握紫外光谱在有机化合物结构鉴定中 的应用。 重点:紫外光谱在有机化合物结构鉴定中的应用 难点:电子跃迁的类型及其吸收带与分子结构之 间关系
180 o 490nm
K带εmax 8900
NO2
NO2
CH3
6070
NO2 C2H5
5300
640
t C4H9 NO2
t C4H9
跨环效应
n—π*跃迁红移
λmax εmax
O
300.5nm 292
O
280nm ~150
在环状体系中没有直接共轭的两个基团,由于 在空间位置上接近,分子轨道可以相互交盖而紫外 光谱中显示类似共轭体系的特性称为跨环效应
* 和 n* 跃迁,吸收波长:< 200nm (远紫 外区);能被O2、CO2吸收,需在真空下测定
* 和 n* 跃迁,吸收波长: 200~400nm (近 紫外区);
• UV检测:共轭烯烃、共轭羰基化合物及芳香化合物。
跃迁类型 吸收能量的波长范围
σ σ* n σ* π π *(孤立)
π π *(共轭)
12
横坐标:波长(nm)
ε8

4
Iogε
0
纵坐标:A, , log,T% 最大吸收波长:max
200 240 280 320 360 400
最大吸收峰值:max
/ nm
吸收曲线的讨论: ①同一种物质对不同波长光的吸光 度不同。吸光度最大处对应的波长
称为最大吸收波长λmax
②不同浓度的同一种物质,其吸收
影响紫外吸收光谱的主要因素
1.外部因素:溶剂效应 ,温度,PH值影响 2.共轭效应 3.超共轭效应 4.空间效应:空间位阻,跨环效应,构型,互变异
构,构象,
溶剂的影响 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。
极性溶剂使精 细结构消失;
[讨论] 按紫外吸收波长由长到短排列成序:
(A) CH3
CH3 (B)
(C) CH3
空间效应 空间效应使电子相互作用增加或减少,
改变吸收峰位或强度。
CH3 CH3
O
O
ψ 0 ~10o λmax 466nm
O C
C O
90 o 370nm
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
O
CC
CH3
CH3 O CH3
< 200nm 远紫外区也称真空紫外区
由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区 (60 ~ 200 nm)均有吸收,因此在测定这一范围的 光谱时,必须将光学系统抽成真空,然后充以一些 惰性气体,如氦、氖、氩等。鉴于真空紫外吸收光 谱的研究需要昂贵的真空紫外分光光度计,故在实 际应用中受到一定的限制。我们通常所说的紫外分 光光度法,实际上是指近紫外分光光度法。
n π*
~150nm 低于200nm 低于200nm 200~400nm 200~400nm
有机物
烷烃
醇,醚
乙烯(162nm)丙酮(188nm)
丁二烯(217nm) 苯(255nm)
丙酮
(275nm) (295nm)
乙醛(292nm)
4. 产生吸收的必要条件
E = h = hC / 用吸光度(吸光系数)或透光率对波长作图得到吸 收光谱。
苯酚的紫外光谱
OH OH H+
λ max = 270 nm
O
287 nm
苯胺的紫外光谱
NH2
N+ H3
H+
OH -
λ max = 280
254nm
也称分子离子化的影响
共轭效应
助色基的影响
1. 使π—π*最大吸收向长波位移(红移),颜
色加深(增色效应)。

165nm 217nm ₂
nm的增值

体系 X C=C
NR2
OR
SR
Cl
40
30
45
5
X C=C C=O
95
50
85
20
2. 使n—π*最大吸收向短波位移(蓝移)。
例如:
乙醛
n—π* max 290nm
KR K
乙酰胺
220nm
R
n
乙酸乙酯 208nm
因未成键电子与发色基团形成的n、π 共轭效应 提高了π*的能级,而n电子轨道的能级并没有变化, 导致了电子从n轨道跃迁到π*轨道时需要的能量增加, 故n—π*最大吸收向短波位移(蓝移)
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。下表为溶剂对丙酮紫外吸收光谱的影响。
* max/nm n *max/nm
正己烷 230 329
CHCl3 238 315
CH3OH H2O 237 243 309 305
非极性 → 极性 n → *跃迁:兰移; ; → *跃迁:红移; ;
O
CO n
CH3CCH3
279
CH3CHO
290
15
己烷
16
庚烷
*跃迁引起的吸收带,其特点为吸收峰很强。 εmax > 10000,跃迁允许。轨道同平面,跃迁几率大。
基本术语:
红移:最大吸收峰波长移向长波。 λmax 蓝移:最大吸收峰波长移向短波。 λmax
发色团:产生紫外(或可见)吸收的不饱和基团, 如:C=C、C=O、NO2等。 助色团:其本身在紫外或可见光区不显吸收,但当其与 生色基相连时,能使后者吸收峰移向长波或吸收强度增加 (或同时两者兼有),如:-OH、-NH2、Cl等。
共轭效应 共轭使电子离域大, *能量降低,跃 迁几率增加,吸收波长变长,吸收变大。
共轭程度越大,则λmax越大,ε max也越大。
π*
E
E
π
共轭系统的能级示意图 及共轭多烯的紫外吸收
超共轭效应影响
O CH2=CH C CH3
219
O CH3 CH=CH C CH3
224
烷基与共轭体系相连时,可以使波长产生少量红移(5nm)
B带:近紫外区弱吸收, 结构精细 ——芳环的特征吸收带
4.E吸收带(ethylenic band,乙烯型谱带)
把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键*跃迁引起的吸收带。
E吸收带可分为:E1带;E2带。E1带,吸收波长在 远紫外区;E2带,在近紫外区边缘,经助色基的红 移,进入近紫外区。此时的E2带,也称为K带。
n—π*跃迁蓝移
1-己烷 2-95%乙醇 3-水
轨道极性: n >π* >π
π*
π*
Δ En π
Δ Ep
Δ En n
非极性溶剂
Δ Ep
非极性溶剂
极性溶剂
极性溶剂
极性增大使π—π*红移,n—π*跃迁蓝移,精细结 构消失,吸收峰减少,并使吸收曲线趋于平滑。
溶剂效应对丙酮紫外吸收的影响 n—π*跃迁蓝移
酮式λmax
<
-COH=CH-CO烯醇式λmax
在酮式异构体中,两个羰基并未共轭, * 跃
迁需要较高的能量;而烯醇式异构体中,存在双键与
羰基的共轭, * 跃迁能量较低;吸收波长较长。
H3C
O C
O H2 CC
OEt 酮式:λmax=204 nm
H3C
OH H
CC
O C
OEt 烯醇式:λmax=243 nm
由于玻璃可吸收紫外光,紫外区须采用石英池
2. 价电子(分子轨道)的类型: 物质分子的价电子有电子、电子、n电子,
以甲醛分子为例: 电子、电子、n电子
H C = O: H
紫外光谱产生于价电子在分子轨道上 的电子能级间的跃迁,含价电子类型不同 的化合物产生电子跃迁的类型不同。
3. 电子跃迁的类型 最常见的电子跃迁:* * n* n* 跃迁所需能量大小顺序:* > n* > * > n*
A lg(1/ T ) lg I 0 εbc It
T= It / I0
A ~λ作图,或ε ~λ作图;或T ~λ作图。
5. 紫外光谱的表示方法
应用紫外光谱仪,使紫外光依次照射一定浓 度的样品溶液,分别测得消光系数a或ε。
以摩尔消光系数ε或Iogε为纵坐标。以波 长(单位nm)为横坐标作图得紫外光谱吸收曲线 ,即紫外光谱图。如下图:
ε =12300 Iogε =4.09
一般 ε> 5000为强吸收
强带
= 1000~5000为中吸收
< 1000为弱吸收
弱带
影响摩尔吸光系数ε的因素: 分子偶极矩变化、跃迁几率。电子跃迁类型
n* 跃迁,吸收强度很弱: < 100 。禁阻跃迁。
n 轨道与 轨道在空间取向不同。由于 n 轨道 的电子与 π 电子集中在不同的空间区域,尽管 n*的跃迁需要的能量较低,其跃迁的几率却是比 较小的。表现在摩尔吸光系数ε值较小。
增色效应:使吸收带的吸收强度增加。 减色效应:使吸收带的吸收强度降低。
在紫外光谱图中常常见到有R、K、B、E等 字样,这是表示不同的吸收带,分别称为R吸收 带,K吸收带,B吸收带和E吸收带
1.K吸收带(取自德文,Konjuierte,共轭 谱带)为* 跃迁引起的吸收带,其特点为吸 收峰很强,εmax > 10000。共轭双键增加, λmax向长波方向移动,εmax也随之增加。
曲线形状相似λmax不变。而对于
不同物质,它们的吸收曲线形状和
λmax则不同。
③吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物 质定性分析的依据之一。
④不同浓度的同一种物质,在某一
定波长下吸光度 A 有差异,在 λmax处吸光度A 的差异最大。此
特性可作为物质定量分析的依据。
⑤在λmax处吸光度随浓度变化的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构象影响
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