紫外吸收和荧光光谱的计算
物质的吸收光谱与荧光光谱测定方法
物质的吸收光谱与荧光光谱测定方法为了了解物质的性质和结构，科学家们需要使用不同的方法进行分析和检测。
在生物化学研究中，吸收光谱和荧光光谱是两种常用的测定方法。
本文将介绍这两种方法及其在研究中的应用。
一、吸收光谱吸收光谱是指物质对入射光吸收的强度变化规律的记录。
物质吸收光谱与其分子中的某些基团有关，可以用来判断分子的化学结构。
吸收光谱通常在紫外或可见光范围内测量。
对于有色的溶液或溶液中含有吸收剂的物质，可通过吸光度法进行测定。
吸光度（A）是指单位厚度、单位物质的样品溶液对波长为λ的光线的吸收能力。
一般情况下，吸光度与浓度成正比，可以用于定量测定样品中物质的含量。
例如，在生命科学研究中，DNA和蛋白质等生物分子可以通过吸收光谱测定其浓度，同时还可以了解它们的结构和性质。
二、荧光光谱荧光是指物质在受到激发后，发出能量较低的光的现象。
荧光光谱是指荧光强度随受激波长变化的记录。
与吸收光谱相比，荧光光谱可以提供更多的关于分子的信息，例如其分子结构、化学成分、分子量、分子大小和分子内部的环境等。
荧光常常用于分析分子之间的相互作用。
通过测量荧光强度和发射波长的变化，可以研究分子之间的相互作用、结构变化和分子的运动。
例如，荧光蛋白是生物学中重要的工具，通过荧光光谱可以了解蛋白质结构和分子动力学信息。
三、应用举例1. 脂质分析脂质是生物体内重要的分子之一，涉及生物能量代谢和信号传递等多个领域。
吸收光谱和荧光光谱被广泛应用于脂质分析。
以近年来广受欢迎的脂质体为例，吸收光谱和荧光光谱可以用于研究其内部结构和性质。
通过测量荧光强度和发射波长的变化，可以了解脂质体内脂质分子的疏水性和结构变化；通过吸收光谱测量，可以了解脂质体中膜蛋白的含量和结构。
2. 蛋白质研究蛋白质是生命活动中不可或缺的分子，其结构和功能对人类健康具有重要意义。
吸收光谱和荧光光谱在蛋白质研究中也有广泛应用。
以光谱法测定蛋白质的稳定性为例，通过检测溶液中的吸收光谱和荧光光谱，可以判断蛋白质的结构变化和稳定性降解程度。
第二章紫外吸收与荧光光谱全解
对甲苯乙酮
的紫外光谱图
数据表示法: 以谱带的最大吸收波长 λmax 和 εmax （lgεmax）值表示。 如：CH3I λmax 258nm（ ε 387）
2.1.4
UV常用术语
生色基：能在某一段光波内产生吸收的基团， 称为这 一段波长的生色团或生色基。 （ C=C、C≡C、C=O、COOH、COOR、 COR、CONH2、NO2、－N=N－） 助色基： 当具有非键电子的原子或基团连在双键 或共轭体系上时，会形成非键电子与电子的共轭 (p- 共轭)，从而使电子的活动范围增大，吸收向 长波方向位移，颜色加深，这种效应称为助色效 应。能产生助色效应的原子或原子团称为助色基。
富兰克——康顿（Frank-Condon）原理 在电子能级跃迁过程中，电子的状 态虽然有所改变，但是，分子中原子核 的变化来不及在如此短暂的时间内跟上， 所以可以认为此过程中核间距是保持不 变的，称为“垂直跃迁”，垂直跃迁几 率最大。该原理称为富兰克—康顿 （Fran>210 > 210 > 210 > 210 > 210 > 210 > 220 > 230 > 235 > 200 > 200
溶剂
甘油
氯仿 四氯化碳 乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸正丁酯 苯 甲苯 吡啶 丙酮 二硫化碳
使用波长 范围/nm > 230 > 245 > 265 > 260 > 260 > 260 > 280 > 285 > 303 > 330 > 375
I A log cl Io
A:吸光度，: 摩尔吸光系数, c: 溶液的摩尔浓度， l: 样品池长度 I0、I分别为入射光、透射光的强度
紫外可见吸收光谱及荧光光谱分析
紫外可见吸收光谱及荧光光谱分析公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]1. 简述荧光光谱法与紫外-可见光吸收光谱法的原理及两种方法的异同点。
①荧光光谱法原理：原子荧光光谱法(AFS)是原子光谱法中的一个重要分支，是介于原子发射(AES)和原子吸收(AAS)之间的光谱分析技术，它的基本原理就是：固态、液态样品在消化液中经过高温加热，发生氧化还原、分解等反应后样品转化为清亮液态，将含分析元素的酸性溶液在预还原剂的作用下，转化成特定价态，还原剂KBH4反应产生氢化物和氢气，在载气(氩气)的推动下氢化物和氢气被引入原子化器(石英炉)中并原子化。
特定的基态原子(一般为蒸气状态)吸收合适的特定频率的辐射，其中部分受激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光，检测器测定原子发出的荧光而实现对元素测定的痕量分析方法。
②紫外-可见光吸收光谱法的原理：紫外-可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收190-750nm的辐射来进行分析测定的方法，是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱。
在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、有形成双键的π电子、有未成键的孤对n电子。
当分子吸收一定能量的辐射能时，这些电子就会跃迁到较高的能级，此时电子所占的轨道称为反键轨道而这种电子跃迁同内部的结构有密切的关系。
在紫外吸收光谱中，电子的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*四种类型，各种跃迁类型所需要的能量依下列次序减小：σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*。
当某种物质受到光的照射时，物质分子就会与光发生碰撞，其结果是光子的能量传递到了分子上。
这样，处于稳定状态的基态分子就会跃迁到不稳定的高能态，即激发态：M（基态）+hv------M*（激发态）由于物质的能量是不连续的，即能量上一量子化的。
只有当入射光的能量（hv）与物质分子的激发态和基态的能量差相等时才能发生吸收：△E=E2-E1= hv=hc/λ而不同的物质分子因其结构的不同而具有不同的量子化能级，即△E 不同，故对光的吸收也不同。
紫外光谱基本原理 紫外吸收光谱 紫外光谱解析
水
氯仿 二氧六环 乙醚 己烷 环己烷
-8
+5 +5 +7 +11 +11
π→π* （计算值）与 （非极性溶剂测试值） + 校正值比较。
非测试值+ 校正值 ~ 计算值
计算值 校正值 ~ 非测试值
例如： (CH3)2C=CHCOCH3 计算值：215 + 12×2= 239nm , 校正值 11nm 甲醇测试值：237nm， 己烷测试值：230nm
π* π*
En
n π
Ep
n π 极性溶剂
非极性溶剂
仪器简介
非共轭有机化合物
的紫外吸收
* σ→σ
CH4 C2H6
125nm 135nm
n→σ*
CH3OH 174nm( 200),
CH3NH2 174nnm( 2200), 215nm( 600) 气态
C2H5SH 193nm( 1350), 225nm( 160 肩峰) CH3Cl 173nm(200) CH3Br 202nm( 264) CH3I 257nm( 378) CH2Cl2 220nm, CHCl3, 237nm CCl4 257nm
紫外吸收光谱
紫外光谱检测的波长范围
100 ~ 200 ~ 400 ~ 800nm
Vacuum UV
Ultraviolet
Visible
紫外光谱基本原理 仪器简介 非共轭有机化合物的紫外吸收 共轭有机化合物的紫外吸收 芳香族化合物的紫外吸收 空间结构对紫外吸收光谱的影响 紫外光谱解析及其应用
214+39+30 +55 +53 =323nm (320nm)
紫外光谱和荧光光谱
12
紫外-可见分光光度计
13
基本组成
光源 单色器 样品室 检测器 显示
一、光源
在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光 谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的 使用寿命。
14
波谱分析-UV
可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～ 2500nm。
紫外区：氢、氘灯。发射185～400 nm的连续光谱。
10
因为只有由π→π＊和n→π＊跃迁才能产生紫外可见 吸收，而这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和 基团，所以这类含有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—C≡N等 。 2、助色团（auxochrome)： 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 n—π共轭作用，增强生色团的生色能力
16
五、结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果 处理。
17
波谱分析-UV
有机化合物的紫外吸收光谱特征 一、非共轭有机化合物
1、饱和化合物
（1）烷烃 饱和烷烃C—C，C—H 只产生σ→σ* 跃迁， λmax ＜ 150 nm ，在近紫外区无吸收。因而饱和烷 烃可用作紫外吸收测定的溶剂。 如， CH4 λmax=125 nm； CH3CH3 λmax=135 nm
2015-5-6
25
HO
OH
O
O
O O
OH
-
O O-
H+
酸式型体只有一个
碱式型体整个分子是
C=O与苯环共轭，因
紫外吸收光谱法及分子荧光光谱
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
max（nm） 167 184 173 258 215
max 1480 150 200 365 600
K带红移：165250nm R 带红移: 290310nm
165nm p
R CO
Y
p
RK
R
n
p
p
p
p
np
n
p
p
cc
cO
cO
有机物吸收光谱与电子跃迁
（4）芳香烃及其杂环化合物 苯：
E1带180184nm； =47000 E2带200204 nm =7000
苯环上三个共扼双键的p→p* 跃迁特征吸收带；
H c
c
H
max=162nm
助色基团取代 p → p * （K带) 发生红移。
H
H
取 代 基 -S R -N R 2 -O R -C l C H 3 红 移 距 离 4 5 (n m ) 4 0 (n m ) 3 0 (n m ) 5 (n m ) 5 (n m )
有机物吸收光谱与电子跃迁
（2）共轭烯烃中的 p → p*
生色团与助色团
生色团： 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-CN等。 助色团：
紫外可见吸收与分子荧光光谱
R
C C
R=H, R'=CH3, λmax =272 nm, εmax=21000 空间阻碍使共轭体系破坏，λmax 蓝移， εmax 减小。
2 取代基的影响
H C H C H H
取代基 -SR 红移距离(nm) 45
-NR2 40
-OR 30
-Cl 5
-CH3 5
助色团取代， π→π*跃迁吸收带发生红移。
－COOR π→π*
5. 常用术语
1) 生色团
能吸收紫外、可见光的结构单元，是含有 非键轨道和π分子轨道的电子体系。
2) 助色团
是能使生色团吸收峰向长波方向位移并增强其 强度的官能团，是带有非键电子对的基团。
–OH, –NH2, –SH及卤族元素
3) 红移和蓝移 (或紫移)
红移：吸收峰的波长λmax向长波方向移动。 蓝移(紫移)：吸收峰的波长λmax向短波方向 移动。
两分子具有相同 的共轭基团
O=C–C =C
共轭基团相
同的不同分子， 紫外、可见吸 收光谱很相似。
异亚丙基丙酮
胆甾醇
不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相 似，λmax不变，浓度越大，吸光度越大；在 λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大。
2 Lambert-Beer定律
I0 Ia It Ir I0 Ia It
4 检测器
光电倍增管，二极管阵列检测器
二 紫外-可见分光光度计类型
1 单波长分光光度计
1) 单光束分光光度计
缺点
测量结果易受光源波动性 的影响，误差较大
2) 双光束分光光度计
可自动扫描吸收光谱；
自动消除光源强度变化带来的误差
2 双波长分光光度计
紫外吸收光谱-荧光光谱分析
表 某些α、β-不饱和醛酮的吸收光谱特征
二、跃迁类型
⑴N→V跃迁：由基态轨道跃迁到反键轨道，包括饱和碳氢 化合物中的σ→σ*跃迁，以及不饱和烯烃中的π→π*跃迁。
⑵N→Q跃迁：分子中未成键的n（p）电子激发到反键轨道 的跃迁，包括n→σ*跃迁及ｎ→π*跃迁。
⑶N→R跃迁：是σ键电子逐步激发到各个高能级，最后电离 成分子离子的跃迁（光致电离）。
11:16:27
一、电子能级和跃迁 从化学键性质考虑，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电子以及未共 享的或称为非键的n电子。有机物分子内各种电子的能级高 低次序如下图所示，σ*> π *>n> π >σ。标有*者为反键电子.
11:16:27
图 电子能级及电子跃迁示意图
可
见
吸
收
光
谱
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
E0
0
分子红外吸收光谱
分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图
分子光谱： 连续光谱 带光谱
分子在吸收过程中发生电子能级跃迁的同时伴随振动能 级和转动能级的能量变化。一般原子对电磁辐射的吸收只涉 及原子核外电子能量的变化，是一些分离的特征锐线，而分 子的吸收光谱是由成千上万条彼此靠得很紧的谱线组成，看 起来是一条连续的吸收带.
第六章 紫外光谱与荧光光谱
吸 光 系 数
n=3
n=5
波长
2、超共轭效应
当烷基与共轭体系相连时， σ 电子与共轭体系的p电子
云产生一定程度的重叠，扩大了共轭范围，使跃迁能量
降低，吸收红移。
max（nm） 苯 甲苯 间二甲苯
1，3，5-三甲苯
max 200 300 300 305 300
举例:
如乙烯基、羰基、硝基、偶氮基—N＝N—、 乙炔基、腈基、苯等。
O HC
O C CH3
2、助色团：
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n—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。
在近紫外或可见光区有吸收，其特点是在 270~350nm ，吸
光系数较小在100以内，为弱带，该跃迁为禁阻跃迁。 如：甲基乙烯基丙酮： λmax为324nm
小结： 紫外光谱一般指近紫外区，即 200-400nm，那 么就只能观察 p p *和 n p *跃迁。也就是说紫外 光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。
5、肩峰：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。
吸 光 系 数
波长
六、紫外光谱的表示法
紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。
横坐标表示吸收光的波长，用nm为 单位。 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以 用A(吸光度)、T(透射比或透光率或 透过率) T = I / I0。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。 曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰 的位置，纵坐标为它的吸收强度。
第二章+紫外吸收光谱
物质吸收紫外/可见光引起电子能级间的 跃迁而产生的吸收光谱叫紫外/可见光谱。
2.1 紫外吸收光谱的基本概念和原理
一、紫外与可见光波波长范围：
远紫外光区
近紫外光区
可见光区
10 nm 190 nm
400 nm
800 nm
波长10-190 nm范围内的为远紫外区（真空紫外区）
波长190-400 nm范围内的为近紫外区(石英紫外区 )
芳香族化合物的π→π*跃迁。
B带波长230~ 270 nm, 中心在 254 nm, ε ≈204 E带把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键π →π* 跃迁引
起的吸收带
2. 2 各类有机化合物的紫外吸收
一、饱和化合物
饱和烷烃 σ→σ*跃迁，λmax〈190 nm 饱和卤代烃、醇、胺等。
化合物 n→σ* εmax
3、选择定则
（1）电子自旋允许跃迁 电子在跃迁过程中，要求自旋方向保持不变。
S0 S1，S0 S2，T1 T2 跃迁允许 S0 T1，S0 T2 禁阻跃迁
（2）对称性允许 允许跃迁要求电子只能在对称性不同性的不同能级间 进行。
g u：σ σ π π 跃迁允许
g g， u u ： n π禁阻跃迁
三、紫外光谱的产生和电子跃迁的类型
253 nm
1个延长双键 30
3个环外双键 3 ×5
5个取代基 5×5
323 nm
实测值 320nm
253 + 3 ×5 + 5×5 =293 nm 实测值285nm
2、α,β-不饱和醛、酮最大λmax的计算
注：
（1）环上羰基不作为环外双键。 （2）有两个可供选用的α，β-不饱和羰基母体时，应 优先选择具有波长较长的作母体。例：
紫外分光光度法和荧光分析法..
波长紫外可见分光光度计
主要应用
1、药物的杂质检查
利用药物与杂质对光的选择性吸收性质的差异，若药物在杂质的 最大吸收波长处没有吸收，则可在此波长处测样品溶液的吸收度，通 过控制样品溶液吸收度来控制杂质的量。 例：地蒽酚中二羟基蒽醌的检查 二羟基蒽醌的三氯甲烷溶液 在432nm处有最大吸收，而 地蒽酚在该处几乎无吸收。
双波长分光光度法
不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两
束单色光(λ1和λ2)；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1 作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收 较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、 选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提 高。 ΔＡ＝A λ2 －A λ1 ＝（ελ2 －ελ1 ) b c 两波长处测得的吸光度差值ΔＡ与待测组分浓度 成正比 （例子：课本366页）
在溶液中，当荧光物质 的浓度较低时,其荧光强 度与该物质的浓度通常 有良好的正比关系,即
IF=KC
光照 分子基态 辐射跃迁 荧光 激发态
若光源是：
由荧光波长可确定物质分子 可见-紫外光源 分子荧光分析法 具有结构 由荧光强度可测物质的含量 原子特征光谱作光源 原子荧光分析 X射线作光源 X射线荧光分析
其他
卡尔曼滤波法
偏最小二乘法 小波变换
三波长分光光度法
系数倍率法
……
原理 与紫外-可见法异同点
应用
原理
荧光 — 分子吸收电磁波后，从其最低激发 态重新发射紫外线或可见光的现象 利用某些物质被一定波长的光照射后所产 生的，能够反映该物质特性的荧光来进行 定性定量的分析方法——荧光分析法。
导数分光光度法
导数分光光度法在多组分同时测定、浑浊样品分析、
紫外吸收及荧光光谱法
正庚烷
异辛烷 异辛烷 乙醇 水 乙醇 异辛烷
178
279 290 204 214 339 280
10000
13 17 41 60 5 22
→ *
n → * n → * n → * n → * n → * n → *
---NH2
--NHR ---SH ---SR ---Cl ---Br
CH3NH2
C2H5NHC2H5 CH3SH CH3SCH3 CH3Cl CH3CH2CH2Br
-正己烷 乙醇 乙醇 正己烷 正己烷
173
195 195 210,229 173 208
213
2800 1400 1020,140 200 300
表3.5 常用紫外—可见测定的溶剂
溶剂 水 乙醇 甲醇 使用波长范围 /nm >210 > 210 > 210 溶剂 甘油 氯仿 四氯化碳 使用波长范围/nm > 230 > 245 > 265
异丙醇 正丁醇 96%硫酸 乙醚 二氧六环 二氯甲烷 己烷 环己烷
> 210 > 210 > 210 > 220 > 230 > 235 > 200 > 200
第三章 紫外吸收及荧光光谱法
（Ultraviolet Absorption Spectroscopy）
太阳极紫外辐射
概
述
紫 外—可 见吸 收 光 谱
紫外吸收光谱与分子结构的关系
紫 外 分 光 光 度 计 紫 外 吸 收 光 谱的 应 用
通过研究物质分子对紫外光的吸收情况进行定性、 定量和结构的方法分析。
紫外与荧光实验讲义
实验一绘制吸收光谱及测定摩尔吸光系数一.实验目的通过紫外吸收光谱的绘制和摩尔吸光系数的测定，掌握Agilent8453 UV-V is的使用方法。
学习导数光谱计算方法及特点。
二.实验原理1．本实验用Agilent8453型分光光度计绘制氨基酸（苯丙氨酸，色氨酸）的紫外吸收光谱，找出它的吸收峰波长并计算摩尔吸光系数。
紫外分光光度法是利用物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，波长范围为200-400nm的紫外光谱。
各种分子都有其特征的吸收光谱，即吸光度与摩尔吸光系数随波长的变化而变化的规律。
吸收光谱的形状与物质的特征有关，以此进行定性分析。
为了清楚地描述各种物质对紫外区域电磁辐射的选择性吸收的情况，往往需绘制吸收光谱曲线，即吸光度对波长的曲线。
在吸收光谱曲线上可以找到最大吸收峰波长。
根据比尔定律：A = ε b c式中A—吸光度ε—摩尔吸光系数b—液槽厚度，单位：厘米c—摩尔浓度，单位：mol/l摩尔吸光系数可按下式计算：ε=A b c实验测得的吸收光谱及摩尔吸光系数与仪器及其狭缝宽度有关。
因此实验结果须注明所用仪器的型号及缝宽条件。
2．导数分光光度法：利用紫外-可见分光光度计软件系统带有的数学处理功能，对吸收光谱进行处理，可以获得导数光谱。
利用导数光谱进行分光光度测定，称为导数分光光度法。
通常可以获得1-4阶导数光谱。
在各阶导数光谱中，吸光度对波长的微分值与溶液中组分的浓度c保持线性关系：ssd Acdλ∝。
其中s为导数的阶数。
因此，可以利用导数光谱进行定量测定。
导数光谱可用于放大图谱间差别，定性分析中分辨重叠谱带，而且还可以减少定量分析中来自散射、基体、及其它吸收物的干扰影响。
由于导数光谱灵敏度高，因此对于试样纯度检验，多组分混合物的测定，消除共存杂质的干扰和背景吸收，测定混合式样都具有特殊的优越性。
三.实验仪器和试剂1.Agilent8453 UV-Vis分光光度计;2.移液枪(德国BRAND公司生产);3.25ml容量瓶，50ml容量瓶10支;4.氨基酸储备液：色氨酸0.400 g/l，苯丙氨酸2.00 g/l;5.去离子水四.实验步骤1.波长测定（1）用氨基酸储备液及去离子水在50ml容量瓶中配置氨基酸溶液，色氨酸浓度为50mg/l, 苯丙氨酸720mg/l；（2）分别取上述溶液，用1cm石英比色皿，以水作参比溶液，在波长范围为190nm——450nm间测定他们的吸收光谱。
紫外吸收和荧光光谱的计算
实验报告一、实验目的1.掌握紫外吸收的基本原理；2.熟悉溶液中的计算方法；3.学会如何看MO 。
二、实验原理1. 溶剂效应的理论方法我们对溶剂效应的静态模拟，关心的是溶剂效应的两个方面：一是溶剂分子反应中心有键的作用，包括配位键和氢键等，这种作用属于短程作用，另一个是 极性溶剂的偶极距和溶质分子偶极距之间的静电相互作用，这个属于远程作用，当然溶剂和溶质之间的色散力作用也是重要的远程作用，特别是对于非极性溶剂而言，但是色散力的描述是量子化学模拟的一个难题。
高斯计算时，考虑溶剂效应，可以采用三种策略：① 超分子方法对于短程作用十分重要的体系，直接考虑溶剂分子和反应中心的作用。
② 连续介质模型对于没有短程作用的体系，把溶剂效应看成是溶质分子分布在具有均一性质 的连续介质当中，也称为反应场。
③ 超分子-连续介质方法短程作用的超分子方法和远程作用的连续介质模型结合起来的方法渐渐 为人们所青睐。
这种方法得到的结果更为可靠，因为它综合考虑的溶剂的短程作用和远程作用。
短程作用的模拟，很直观的直接采用 QM 的方法研究溶剂分子作用了的活性 中心，考虑这种成键对反应区域和反应过渡态结构和能量的影响。
远程作用 需要做一些物理上的近似处理（也就是一定的物理模型）。
连续介质模型有 很多，作为常用的是 PCM (极化连续介质模型)。
在连续的介质中腾出空穴以容纳溶 质，会导致体系能量升高，这部分的能量称为 cavity formation energy 。
空穴中的溶质和溶剂的作用，主要是范德华力的作用 (不包括静电作用)。
这部分能量称为分散-排斥能，一般为负值 (能量降低)。
溶质分子的电荷分布会通过静电作用使连续介质(溶剂)产生极 化，而溶剂的极化作用反过来又会影响到溶质分子的电荷分布。
这就是静电 的相互作用，使体系能量降低。
三项能量的加和得到了溶剂化自由能前两项的能量与空穴表面积接近成正比关系，在 PCM 模型中，这两项能量由表面积结合一些与原子 特性相关的半经验参数计算而得。
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实验报告化学测量与计算实验Ⅱ实验名称：紫外吸收和荧光光谱的计算学生姓名：学号：院（系）：年级：级指导教师：实验日期：2017.03.27 交报告日期：2017.04.10一、实验目的1.掌握紫外吸收的基本原理；2.熟悉溶液中的计算方法；3.学会如何看MO 。
二、实验原理1. 溶剂效应的理论方法我们对溶剂效应的静态模拟，关心的是溶剂效应的两个方面：一是溶剂分子反应中心有键的作用，包括配位键和氢键等，这种作用属于短程作用，另一个是 极性溶剂的偶极距和溶质分子偶极距之间的静电相互作用，这个属于远程作用，当然溶剂和溶质之间的色散力作用也是重要的远程作用，特别是对于非极性溶剂而言，但是色散力的描述是量子化学模拟的一个难题。
高斯计算时，考虑溶剂效应，可以采用三种策略：① 超分子方法对于短程作用十分重要的体系，直接考虑溶剂分子和反应中心的作用。
② 连续介质模型对于没有短程作用的体系，把溶剂效应看成是溶质分子分布在具有均一性质 的连续介质当中，也称为反应场。
③ 超分子-连续介质方法短程作用的超分子方法和远程作用的连续介质模型结合起来的方法渐渐 为人们所青睐。
这种方法得到的结果更为可靠，因为它综合考虑的溶剂的短程作用和远程作用。
短程作用的模拟，很直观的直接采用 QM 的方法研究溶剂分子作用了的活性 中心，考虑这种成键对反应区域和反应过渡态结构和能量的影响。
远程作用 需要做一些物理上的近似处理（也就是一定的物理模型）。
连续介质模型有 很多，作为常用的是 PCM (极化连续介质模型)。
在连续的介质中腾出空穴以容纳溶 质，会导致体系能量升高，这部分的能量称为 cavity formation energy 。
空穴中的溶质和溶剂的作用，主要是德华力的作用 (不包括静电作用)。
这部分能量称为分散-排斥能，一般为负值 (能量降低)。
溶质分子的电荷分布会通过静电作用使连续介质(溶剂)产生极 化，而溶剂的极化作用反过来又会影响到溶质分子的电荷分布。
这就是静电 的相互作用，使体系能量降低。
三项能量的加和得到了溶剂化自由能前两项的能量与空穴表面积接近成正比关系，在 PCM 模型中，这两项能量由表面积结合一些与原子 特性相关的半经验参数计算而得。
2.溶剂化能溶剂化能是溶剂分子与溶解于其中的离子，在相互作用形成络合物的溶剂化作用过程中放出的能量。
该能量用于破坏电解质分子的晶格，使之在溶剂中能够自动溶解而成为自由离子。
（静电能） （氢键能） （孔穴能） （色散-排斥能） aQ V F 2)1(d 21 :2s s el εερϕ-==∆⎰溶剂化能)11)(21(Cl H s s a a +-=εε3.紫外吸收光谱许多有机分子中的价电子跃迁，须吸收波长在围的光，恰好落在紫外-可见光区域。
因此，紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，也可以称它为电子光谱。
4.荧光光谱荧光激发光谱：让不同波长的激发光激发荧光物质使之发生荧光，而让荧光以固定的发射波长照射到检测器上，然后以激发光波长为横坐标，以荧光强度为纵坐标所绘制的图，即为荧光激发光谱。
荧光发射光谱的形状与激发光的波长无关。
荧光发射光谱：使激发光的波长和强度保持不变，而让荧光物质所发出的荧光通过发射单色器照射于检测器上，亦即进行扫描，以荧光波长为横坐标，以荧光强度为纵坐标作图，即为荧光光谱，又称荧光发射光谱。
三、实验步骤1.打开电脑当中的G09W 软件，新建任务。
2.建设任务，进行计算方法（route section）、标题、分子所带电荷及自旋多重度、分子坐标的输入，然后保存为输入文件。
3.使用CHEMCRAFT软件将几何构型画出，使用此软件获得该分子的坐标。
4.选择RUN 并保存输出文件的位置。
5.等待计算完成后，打开输出文件，分析所得到的数据。
6.可以使用CHEMCRAFT软件读取OUT文件，获得相关数据。
四、实验容1.优化几何构型#p b3lyp/6-31G(d,p) opt freqscrf=(pcm,solvent=chloroform)2.用优化好的几何构型计算紫外光谱和输出MO#p b3lyp/6-31G(d,p) td(nstate=6) pop=full gfinput scrf=(pcm,solvent=chloroform)3.荧光光谱计算#p b3lyp/6-31G(d,p) td(nstate=3) opt scrf=(pcm,solvent=chloroform)五、实验结果1.乙烯分子 振动频率/cm-1振子强度 153.130.4146 148.610 132.550.0004 128.370 126.940 118.09紫外吸收光谱图： TD spectrumWavelength, nm175 170 165 160 155 150 145 140 135 130 125 120 115 110f0.50.480.460.440.420.40.380.360.340.320.30.280.260.240.220.20.180.160.140.120.10.080.060.040.02FMO 图：荧光光谱：Excited State 1: Singlet-B1U 5.9768 eV 207.44 nm f=0.3277<S**2>=0.0006 -> 14 -0.101338 -> 9 0.706428 <- 9 -0.122302.反式1-3丁二烯分子振动频率/cm-1振子强度213.72 0.7501172.59 0170.57 0.0004149.61 0148.29 0148.06 0.0003紫外吸收光谱：TD spectrumWavelength, nm240230220210200190180170160150140130120f0.90.850.80.750.70.650.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.05FMO图：荧光光谱：Excited State 1: Singlet-BU 4.7894 eV 258.87 nm f=0.8052<S**2>=0.00015 -> 16 0.7118815 <- 16 -0.120033.反式1,3,5-己三烯分子振动频率/cm-1振子强度268.96 1.161211.85 0180.82 0174.03 0173.87 0.0001169.3 0.0003紫外吸收光谱：TD spectrumWavelength, nm300290280270260250240230220210200190180170160150140130f1FMO图：荧光光谱：Excited State 1: Singlet-BU 3.8038 eV 325.95 nm f=1.2501 <S**2>=0.00022 -> 23 0.7143022 <- 23 -0.12243 4. 顺式-戊-3-烯-2-酮分子振动频率/cm-1振子强度340.01 0.0002220.27 0.3638177.85 0.0002172.27 0167.6 0.0018160.47 0.0454紫外吸收光谱：TD spectrumWavelength, nm340320300280260240220200180160f0.440.420.40.380.360.340.320.30.280.260.240.220.20.180.160.140.120.10.080.060.040.02Excited State 2: Singlet-A 5.6287 eV 220.27 nm f=0.3638 <S**2>=0.00022 -> 24 0.69864Excited State 6: Singlet-A 7.7265 eV 160.47 nm f=0.0454 <S**2>=0.00021 -> 24 0.64887FMO图：六、实验反思与总结1. 本次实验最后一个分子不需要进行荧光光谱的计算，因为G09W 软件计算运行得很慢，需要运行很长的时间，甚至有可能运算不出来结果。
2.本次实验的%mem值应至少大于600mb。