紫外光谱分析实验(波谱分析技术).
紫外光谱分析PPT课件
图2.27 1，3丁二烯分子轨道能级示意图
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30
2 超共轭效应
当烷基与共轭体系相连时，可以使波长产生少量红 移。
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31
3 溶剂效应
（1）n→π*跃迁所产生的吸收峰随溶剂极性的增加 而向短波长方向移动。因为具有孤对电子对的分子 能与极性溶剂发生氢键缔合，其作用强度以极性较 强的基态大于极性较弱的激发态，致使基态能级的 能量下降较大，而激发态能级的能量下降较小（如 图2.28a），故两个能级间的能量差值增加。实现 n→π*跃迁需要的能量也相应增加，故使吸收峰向 短波长方向位移。
2021
16
共轭多烯的紫外吸收计算
共轭多烯的K带吸收位置λmax ，可利用伍德沃德 （Woodward）规则来进行推测，这个定则以丁二烯的作为 基本数据。
（i） 共轭双烯基本值
217
4个环残基取代
+5×4
计算值
237nm（238nm）
（ii） 非骈环双烯基本值 4个环残基或烷基取代 环外双键 计算值
吸收能量的次序为：
σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*
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6
图2.24 电子跃迁所处的波长范围
2021
7
2 一些基本概念
（1）发色团 分子中能吸收紫外光或可见光的结构系 统叫做发色团或色基。象C=C、C=O、C≡C等都 是发色团。发色团的结构不同，电子跃迁类型也不 同。
（2）助色团 有些原子或基团，本身不能吸收波长大 于200nm的光波，但它与一定的发色团相连时， 则可使发色团所产生的吸收峰向长波长方向移动。 并使吸收强度增加，这样的原子或基团叫做助色团。
2021
14
（2）简单的不饱和化合物
波谱分析第6章 紫外可见光谱(1)
图 分子轨道的能级和电子跃迁类型
s*
*
E
n
s
跃迁能量大小：
σ→σ* > n →σ* > π→π* > n→π*
仅在远紫外区可能观察到它们的吸收峰。
杂原子非键轨道中的电子向σ*轨道的跃迁，一般在 200 nm左右。
电子由成键轨道向*轨道的跃迁。如具有一个孤 立键的乙烯，跃迁的吸收光谱约在165 nm。分子中 如有两个或多个键处于共轭的关系，则这种谱带将 随共轭体系的增大而向长波方向移动。
max
254nm
270nm
红移和蓝移 增色效应与减色效应
最大吸收波长(λmax)；在峰旁边一个小 的曲折称为肩峰；在吸收曲线的波长最 短一端，吸收相当大但不成峰形的部分 称为末端吸收。整个吸收光谱的形状是
鉴定化合物的标志。
吸收带分类
根据电子和轨道的种类，可以把吸收谱带分为四 类： K 吸收带、R 吸收带、B 吸收带和 E 吸收带。
图 (a) Frank-Condon原理示意图
(b) 紫外光谱的精细结构
6.1.2 电子跃迁选择定则(Selection rule)
跃迁必须遵守选择定则
理论上，允许的跃迁，跃迁几率大，吸收强度高( max大)；禁阻的跃迁，
跃迁几率小，吸收强度低或者观察不到。 实际上禁阻的跃迁也可以观察到，只是其强度要比允许跃迁要小得多。
紫外-可见光谱分析
6.1.1紫外-可见光谱的基本原理
紫外-可见吸收光谱（UV-VIS） 分子吸收10～800nm光谱区的电磁波而产生的吸收光谱。该数 量级能量的吸收，可导致分子的价电子由基态(S0)跃迁至高能 级的激发态(S1, S2, S3, …) 紫外-可见光区分为三个区域：
有机波谱分析--紫外-可见光谱法
②呈一宽峰，且有精细结构。 ③当苯环被烷基以外的基团取代或溶剂极性增大时，精细
结构将会减弱甚至消失。
（4）E 带：芳香族化合物的特征谱带。
Ethylene
●E1带：苯环中“乙烯键”的π→π*跃迁产生的吸收带。 λmax=180～200nm，远紫外区； εmax=5×104L·mol-1·cm-1，强吸收。（不常用）
3.互变异构
4.氢键效应 1）溶质分子间氢键
使n→*共轭受限，轨道能差增大，波长蓝移。
2）分子内氢键：能差减小，波长红移。
例如：邻硝基苯酚和间硝基苯酚
分子内氢键
max=278nm =6.6103
无分子内氢键
max=273nm =6.6103
邻硝基苯酚， 由于分子内氢键的形成，红移了5nm。
3）溶质与溶剂间形成的氢键（属于溶剂效应）
波谱范围：10~800nm
（1）远紫外光区10~200nm （2）近紫外光区200~400nm （3）可见区400~800nm.
一般的紫外光谱是指近紫外区。
1、紫外光谱产生的条件
2、有机分子的化学键类型
★构成分子的化学键主要有 键、 键，还 有未成键孤
对电子构成的非键（n 键）。
★ 5种轨道分别是：
54
2）单环共轭烯烃(乙醇溶剂) ◆母体值： ①共轭二烯不在同一环内
217nm
②共轭二烯在同一环内
◆扩展共轭： ◆取代基增加值： 烷基 卤素 ◆环外双键
253nm
＋30nm
＋5nm ＋17nm ＋5nm
55
●注意： (1)母体值只是指共轭二烯母体本身的λ值,不包括C=C-C=C
紫外可见光谱 有机分析及波谱学
物质对电磁辐射的吸收性质用吸收曲线来描述。 溶液对单色光的吸收程度遵守Lambert-Beer定律：
A log I0 c l
Il
A为吸光度 I0为入射光强度 Il为透过光的光强度 ε为摩尔吸光系数 c为溶液浓度(mol/L) l为样品槽厚度
紫外光谱的表示方法
λmax
横坐标：波长λ(nm) 纵坐标：吸光系数ε
单重态(S)
1 1 22
代数和S=0， 自旋多重性(2S+1)=1
单重激发态(S1) 1 1
22
三重激发态(T1) 1 1
22
代数和S=1， 自旋多重性(2S+1)=3
第三激发态 第二激发态
第一激发态
激发态能量的释放
﹏﹏
第二激发态 第一激发态
S1>T1
荧光光谱λF>λUV
磷光光谱λP>λF>λUV
助色团：其本身是饱和基团(常含杂原子)， 它连到生色团上时，能使后者吸 收波长变长或(和)吸收强度增加， 如-OH、-NH2、Cl等。
紫外光谱中的的一些基本术语
蓝移(blue shift)(浅色位移) 吸收峰向短波长方向移动
红移(red shift)(深色位移) 吸收峰向长波长方向移动
减色效应 使吸收强度减小的效应
或 logε
4-己酮酸的紫外光谱图
ε的大小表示这个分子在吸收峰的波长可
以发生能量转移(电子从能位低的分子轨道跃 迁到能位高的分子轨道)的可能性。
ε值大于104： 完全允许的跃迁 ε值小于103： 跃迁几率较低 ε值小于几十：跃迁是禁阻的
5.1.6 紫外光谱中的的一些基本术语
生色团：产生紫外或可见吸收的不饱和基 团，如C=C、C=O、NO2等。
仪器分析-紫外可见光光谱分析
正己烷
258
n=4
1,3,5,7-辛四烯
环己烷
304
不共轭双键不发生红移。
C=O双键同C=C双键的共轭作用使n→*和→*跃迁的吸收峰都发生红移。
3）溶剂效应
01
02
03
04
05
极性溶剂使π-π*跃迁发生红移。
pH值
Note: 测UV-Vis应注明溶剂
pH增大，苯酚π-π*吸收带发生红移。
1
2
特点：灵敏度高，实际工作中常用。
1
常将M与某L（显色剂）生成具有电荷迁移的配合物，然后进行含量测定。
2
－* 跃迁 配体具有双键的金属络合物
3
2.3光的吸收定律
郎伯-比尔（Lambert-Beer ）定律 入射光强度 吸光强度 反光强度 透光强度 ＋ IS 散射光强度 均匀溶液，散射光小，可忽略
由于n—π共轭参与，使分子整体共轭效应增强。
取代基 苯环或烯烃（吸电子基）上的H被各种取代基取代，多发生红移。 空间异构
蓝移（紫移）：使化合物的吸收波长向短波方向移动效应。 影响蓝移因素： 1）溶剂效应 极性溶剂使n-π*跃迁发生蓝移 2）pH值 pH值减小，苯胺的π-π*吸收带蓝移n—π共轭参与少，使分子整体π共轭效应减少。
分子转动－转动能级(rotation)
分子整体能级 E=Ee+Ev+Er
01
03
02
04
05
分子从基态能级跃迁到激发态能级
当有一频率v , 如果辐射能量hv恰好等于该分子较高能级与较低能级的能量差时，即有：
激发态
基态
ΔE电=1-20eV ΔE振=0.05-1eV ΔE转 在分子能级跃迁所产生的能量变化，电子跃迁能量变化最大，它对应电磁辐射能量主要在区紫外—可见区。
有机化合物波谱解析 第一章 紫外光谱(UV)
第一节 基础知识
一、 电磁波的基本性质及分类
1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空 间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量。
2．电磁辐射的性质：具有波、粒二向性。
• 波动性：
c
，
104
（m
(cm
)
1（) 式（31-11）
• 粒子性： E h h c ( （式1-33）- 2）
光的波长越短（频率越高），其能量越大。
能级跃迁
能级跃迁
（1）转动能级间的能量差ΔEr：0.005～0.050eV，跃迁产
生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；
（2）振动能级的能量差ΔEv约为：0.05～１eV，跃迁产生
的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；
（3）电子能级的能量差ΔEe较大1～20eV。电子跃迁产生
仪器分析：测定复杂结构的化合物 样品用量少
• 四谱同时用或联用技术 • 四谱比较： • 灵敏度：MS＞UV＞IR＞1HNMR＞13CNMR
MS: 微克级
UV: ppb级
IR：毫克级（可微克级，FTIR）
1HNMR：0.5mg ｝可回收
13CNMR： 0.5mg
四谱的信息量比较：
1HNMR及13CNMR
• 广泛应用于石油化工，高分子化工，精细化工，环境分 析，生物化工，皮革化工，生物药品分析，新药品的结 构表征，天然有机，生物有机，金属有机化学，化学， 医学，生理病理
• 概论
波谱分析：UV，IR，NMR，MS（有机）----结构分析
四谱提供的信息：
质谱（MS）—— 分子量及部分结构信息 红外光谱（IR） —— 官能团种类 紫外—可见光谱（UV / Vis）—— 共轭结构 核磁共振谱（NMR）—— C-H骨架及所处化学环境
波谱分析_精品文档
波谱分析现代波谱分析现代波谱分析摘要：1、引言早在19世纪50年代，人们就开始应用目视比色法。
19世纪末就已经开始了红外和紫外光谱测定，进入20世纪，随着科学技术的发展，仪器性能大大提高，实验方法不断改进和革新，特别是计算机的应用，使波谱法得到了突飞猛进的发展。
近年来，新应用以及新方法不断涌现。
波谱分析主要是以光学理论为基础，以物质与光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之间的相互关系，进行物质分子几何异构、立体异构、构象异构和分子结构分析和鉴定的方法。
波谱法主要包括红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱，简称为四谱。
除此之外还包含有拉曼光谱、荧光光谱、旋光光谱和圆二色光谱、顺磁共振谱。
波谱法的种类也越来越多。
由于波谱分析法具有快速、灵敏、准确、重现性好等优点，使其应用范围广泛，涉及到化学、化工、材料科学、医学、生命科学、环保、食品安全等领域。
2、波谱分析进展从19世纪中期至现在，波谱分析经历了一个漫长的发展过程。
进入20世纪的计算机时代后，波谱分析得到了飞跃的发展，不断地完善和创新，在方法、原理、一起设备以及应用上都在突飞猛进。
2、1、四谱四谱是现代波谱分析中最主要也是最重要的四种基本分析方法。
四谱的发展直接决定了现代波谱的发展。
在经历了漫长的发展之后四谱的发展以及应用已渐成熟，也使波谱分析在化学分析中有了举足轻重的地位。
2、1、1、紫外-可见光谱现代波谱分析20世纪30年代，光电效应应用于光强度的控制产生第一台分光光度计并由于单色器材料的改进，是这种古老的分析方法由可见光区扩展到紫外光区和红外光区。
紫外光谱具有灵敏度和准确度高，应用广泛，对大部分有机物和很多金属及非金属及其化合物都能进行定性、定量分析，且仪器的价格便宜，操作简单、快速，易于普及推广，所以至今它仍是有机化合物结构鉴定的重要工具。
近年来，由于采用了先进的分光、检测及计算机技术，使仪器的性能得到极大的提高，加上各种方法的不断创新与改善，使紫外光谱法成为含发色团化合物的结构鉴定、定性和定量分析不可或缺的方法之一。
有机波谱分析方法
【分享】五大波谱解析步骤简述（一）紫外光谱解析UV应用时顾及吸收带的位置，强度和形状三个方面。
从吸收带（K带）位置可估计产生该吸收共轭体系的大小；从吸收带的强度有助于K带，B带和R带的识别；从吸收带的形状可帮助判断产生紫外吸收的基团，如某些芳香化合物，在峰形上可显示一定程度的精细结构。
一般紫外吸收光谱都比较简单，大多数化合物只有一、两个吸收带，因此解析较为容易。
可粗略归纳为以下几点：①如果化合物在220～800nm区间无吸收，表明该化合物是脂肪烃、脂环烃或它们的简单衍生物。
②如果在220～250nm间显示强吸收（ε近10000或更大），表明有R带吸收，即分子结构存在共轭双烯或α，β—不饱和醛、酮。
③如果在250～290nm间显示中等强度（ε为200～1000）的吸收带，且常显示不同程度精细结构，表明结构中有苯环或某些杂芳环的存在。
④如果在290nm附近有弱吸收带（ε<100），则表明分子结构中非共轭羰基。
⑤如果在300nm上有***度吸收，说明该化合物有较大的共轭体系；若***度吸收具有明显的精细结构，说明为稠环芳、稠环杂芳烃或其衍生物。
（二）红外光谱1. 解析红外光谱的三要素（位置、强度和峰形）在解析红外光谱时，要同时注意红外吸收峰的位置，强度和峰形。
吸收位置是红外吸收最重要的特点，但在鉴定化合物分子结构时，应将吸收峰的位置辅以吸收峰强度和峰形综合分析。
每种有机化合物均显示若干吸收峰，对大量红外图谱中各吸收峰强度相互比较，归纳出各种官能团红外吸收强度的变化范围。
只有熟悉各官能团红外吸收的位置和强度处于一定范围时，才能准确推断出官能团的存在2 .确定官能团的方法对于任何有机化合物的红外光谱，均存在红外吸收的伸缩振动和多种弯曲振动。
因此，每一个化合物的官能团的红外光谱图在不同区域显示一组相关吸收峰。
只有当几处相关吸收峰得到确认时，才能确定该官能团的存在。
例1. 甲基（CH3）：2960cm-1和2870cm-1为伸缩振动，1460cm-1和1380cm-1为其弯曲振动。
波谱解析紫外光谱
电磁波根据波长λ分成的区段
X射线. 紫外.可见光. 红外. 微波. 无线电波
X 射线:0.1-1 nm; 紫 外:1-400 nm;
1-200nm远紫外，200-400nm近紫外 可见光: 400-800 nm; 红 外:800nm-400 μm; 微波和无线电波:400 μm以上
电磁波与有机光谱的对应关系
n →σ * • 无P- π共轭：n → σ * ;π → σ * ;π →π*;
σ → π* ; σ → σ *
3.6、电子跃迁选律
• 光谱选律：原子和分子与电磁波相互作 用，从一个能级跃迁到另一个能级要服 从一定的规律，这些规律叫光谱选律。
• 允许跃迁：能级的跃迁根据选律是可能 的。跃迁几率大，吸收强度大。
• σ轨道
• （4）.未成键电子构成的轨道时，该原子 未与对方作用。
• n轨道
图1-8 s-p轨道重叠形成的σ分子轨道
3.4.电子跃迁的类型: 1.σ → σ *; 2. n→ σ * ; 3.π →π*; 4. n→ π*; 5. σ → π* 6. π → σ*
E
* * n * n * * *
•
E平《E转《 E振《 E电子
•
S 电子能级
•
V 振动能级
•
J 转动能级
3. 电子跃迁的类型与吸收光谱:
• 3.1 紫外光谱主要研究的是价电子在不同的分子 轨道之间能级的跃迁，一个原子或分子吸收一定 的电磁辐射能量(ΔE)后，就由一种稳定的基态跃 迁到另一种高能态——激发态，它所吸收的电磁 辐射的能量应等于体系的能量增加值(ΔE)，由于 分子各能量状态是分立的，故ΔE也只能取某些分 立的值，从而只有特定能量的光子才能被分子吸 收，分子选择性吸收一定波长的光，使透过的光 谱中这些波长光的强度减弱或不呈现，从而产生 吸收光谱:
有机波谱分析 实验一紫外分光光度法表征共轭有机化合物
实验一、紫外分光光度法表征共轭有机化合物【实验目的】1. 掌握有机化合物的紫外光谱测定，通过最大吸收峰位及强度判断共轭体系的类型；2. 了解溶剂极性及体系PH值的大小对吸收光谱的影响；3. 熟悉紫外可见分光光度计的性能指标检查、工作原理及构造。
【实验原理】紫外—可见分光光度法是研究物质在紫外—可见区（200-800nm）分子吸收光谱的分析方法。
就其能级跃迁类型紫外—可见吸收光谱属于电子光谱，是由分子的外层电子跃迁产生的，主要适用于研究具有不饱和双键系统的分子。
紫外光谱与红外光谱不同，它的谱形简单，吸收峰宽且呈带状；而红外光谱吸收峰较尖且数目较多。
紫外光谱主要反映分子中不饱和基团的性质，而不是反映整个分子的结构；红外光谱则不仅能反映分子中功能基团的存在，而且与整个分子的结构有关。
因此从两张完全相同的红外光谱基本上可以确定它们是来自同一种化合物，而紫外光谱却相反。
如结构简单的异丙叉丙酮和结构复杂的甾体化合物睾丸酮，因两者都具有α，β-不饱和酮体系，所以紫外光谱很相似，但它们却是两个完全不同的化合物。
我们能够根据最大吸收峰位及强度判断共轭体系的类型。
紫外光谱不仅能识别分子中的不饱和系统，而且还可以测定不饱和化合物的含量。
定性分析主要根据吸收光谱图上的特征吸收，如最大吸收波长、强度和吸收系数，定量分析主要根据Beer定律，即物质在一定波长处的吸收度与浓度之间有线性关系。
【实验仪器和试剂】仪器：紫外可见分光光度计，分析天平，石英比色皿容量瓶，移液管，玻棒等。
试剂：阿司匹林、水杨酸、苯甲酸分别配成1mg/mL的标准溶液，作为储备液。
未知液：浓度约为（40~60ug/mL）。
乙醇，石油醚，蒸馏水， 0.1mol/L NaOH溶液，0.1mol/L HCl 溶液。
【实验步骤】1. 溶液的配制配制阿司匹林、水杨酸、苯甲酸1mg/mL的标准溶液100ml。
2. 石英比色皿配套性检查石英比色皿在波长220nm处盛蒸馏水，以在一号格的比色皿为参比，调节其透光率T 为100%，测量第二个比色皿的的透光率，透光率的偏差小于0.5%的比色皿可以陪套使用。
有机波谱解析-第二章 紫外光谱
有机波谱解析
4. 溶剂的选择
由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图 上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫外光 谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。 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。即所成溶液应具有良好的化学和光学稳定性。 （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。 （4）尽量和文献中所用的溶剂一致。 （5）溶剂挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜。
λmax（nm） 254 261 263 266 272
ε max 200 300 300 305 300
π → π*与苯环振动引起； 含取代基时， B带简化， 红移。
有机波谱解析 4、n→π＊跃迁
所需能量较n→σ* 跃迁小。 吸收波长为270～350nm，但跃迁禁阻ε值较小，通常在 100以内，一般在近紫外区或可见光区有吸收。 含杂原子的不饱和化合物(如羰基、C=N等)中均呈现
O 非极性
C
C
π 极性
非极性
n → π*跃迁：兰移； λ↓ ；ε↑
λmax(正己烷) λmax(氯仿)
π → π*跃迁：红移； λ↑；ε↓
λmax(甲醇) λmax(水)
π→π n→π
230 329
238 315
237 309
243 305
有机波谱解析
溶剂对芳香族化合物（B带）的影响
苯 酰 丙 酮 1 2 1：乙醚 2：水
有机波谱解析
3. 紫 外 光 谱 图
横坐标：波长或频率 纵坐标：吸光度（A) 或 透过率(T)
有机波谱解析 紫外光谱（图）的特点： 吸收谱带少； 吸收谱带宽； 通常以谱带吸收最强的波长表示谱带位置，称 为最大吸收波长（λmax) ，是分子的特征常数， 与分子电子结构相关，可推测化合物中生色团类 型和共轭大小； 吸收强度以最大吸收波长处的摩尔吸光系数 （εmax）表示，也是分子特征常数和鉴定化合物 的重要依据。
波谱分析紫外光谱
在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法，分子光谱主要有以下几种:
可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400800 nm ，主要用于有色物质的定量分析。
紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区） ，可用于结构鉴定和 定量分析。
紫外吸收带的强度
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为: 1×104L·mol-1·cm－1。
⑶ π→π＊跃迁
吸收强度标志着相应电子能级跃迁的几率，
遵从Lamder-Beer定律。 A:吸光度, : 消光系数, 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
紫外光谱表示法：
电子吸收光谱的表示法：
丙酮
2.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（纳米）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)、1-T(吸收率)、(吸收系数) 中的任何一个来表示。 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。
5、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。
样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。
3、 样品室
紫外分光光度计的校正
波长校正
波谱分析紫外
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)、1-T(吸收率)、(吸收系数) 中的任何一个来表示。
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。
对甲苯乙酮的紫外光谱图
6、医药研究 抗癌药物对 DNA 变性影响的研究 人血清与癌细胞关系的研究
2.7.5 紫外光谱解析实例
2.3.1 共轭体系的形成使吸收移向长波方向
共轭烯烃的π π*跃迁
均为强吸收带， ≥10000，
称为K带。
共轭体系越长，其最大吸收越移往长波方向， 且出现多条谱带。ຫໍສະໝຸດ 2.4芳香族化合物的紫外吸收
2.4.1 苯及其衍生物的紫外吸收
1.苯
苯环显示三个吸收带,都是起源于π π*跃迁.
max= 184 nm ( = 60000） max= 204 nm ( = 7900） max= 255 nm ( = 250）
• （1）化合物在 220 - 800nm 内无紫外吸收，说明该化合 物是脂肪烃、脂环烃或它们的简单衍生物（氯化物、醇、 醚、羧酸等），甚至可能是非共轭的烯。
• （2）220-250nm内显示强的吸收（近10000或更大）， 这表明K带的存在，即存在共轭的两个不饱和键（共轭二烯 或、 不饱和醛、酮）
2.1.2 有机分子电子跃迁类型
可以跃迁的电子有：电子, 电子和n电子。 跃迁的类型有： *, n *, *, n *。各类电子跃迁的能量大小见下图：
既然一般的紫外光谱是指近紫外区，即 200-400nm， 那么就只能观察 *和 n *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。
波谱分析实验2015.11
实验一 苯甲酸解离常数的测定一、目的要求通过测定苯甲酸在不同pH 条件下的吸光度，求出苯甲酸的离解常数，并掌握紫外光谱法测定弱酸解离常数的方法及光度法在研究离子平衡中的应用。
二、基本原理利用分光光度法可以精确地测定弱酸或弱碱的离解常数。
如果一个化合物其紫外吸收光谱随其溶液的pH 值，即溶液中氢离子浓度不同而不同，则可以利用紫外光谱测定其解离常数。
设弱酸HB 按下式解离：-++⇔+B O H O H HB 32它的解离常数HB B O H a K ααα-+⋅=3 (式1)式中HB α、+O H 3α、-B α分别表示平衡时HB ，H 3O +，B -的活度，在稀溶液中可以用浓度C 代替活度，因此HB B O H a C C C K -+⋅=3(式2)等式两边取负对数，则式（2）可写成)log(-+=B HB a C C pH pK (式3) 为了测定离解常数K a ，需要测出溶液的pH 值及C HB 与C B -的比值。
pH 值可以用加入缓冲液的方法加以控制或用pH 计进行测量。
平衡体系中C HB 和C B -可以用分光光度法测定，但是HB 和B -必须在紫外光区或可见光区有吸收，而且他们的吸收带应有明显的差别。
为了通过测量溶液的吸光度求出C HB 与C B -需要配制3个不同pH 的HB 溶液，即足够强的酸性溶液，足够强的碱性溶液和pH 接近HB 的pK a 值的溶液，在一定波长下分别测量3个溶液的吸光度。
在酸性溶液中由于同离子效应的影响，HB 离解极少，测得的吸光度A 可以看成是HB 的吸光度A HB 。
在碱性溶液中HB 几乎全部解离，因而测得的吸光度A 可以看成是B -的吸光度A B -，而当溶液的pH 在pK a 附近时，HB 与B -共存，平衡时其吸光度为：（吸收液层厚度都为1cm ）--+=B B H B H B C C A εε(式4)式中HB ε、-B ε分别为HB 、B -的摩尔吸光系数 HB C 、-B C 分别为平衡时HB 、B -的浓度在酸性溶液中测得的吸光度为：0C A H B H B ε= (式5)在碱性溶液中测得的吸光度为：0C A B B --=ε (式6)式中C 0为HB 的起始浓度且-+=B H B C C C 0(式7)将式7代入式4中可求得C HB 和C B -为 ----=B HB B HBC A C εεε0 ----=B HB HB B A C C εεε0 两式相除得： AC C A C C HB B B HB --=--00εε （式8） 式8中0C B -ε与0C HB ε分别用A B -与A HB 代替，得：AA A A C C HB B B HB --=-- （式9） 将上式代入式3中，可得pKa 的计算公式：)log(A A A A pH pK HB B a --+=-（式10）根据式（10），只需测定酸性溶液中HB 的吸光度，碱性溶液中B -的吸光度以及溶液的pH 值接近pK a 时平衡混合物的吸光度，就可以计算出HB 的离解常数pK a 。
实验1、紫外可见光谱实验报告
一、实验目的1、学会使用UV-2550型紫外-可见光分光光度计。
2、掌握紫外—可见分光光度计的定量分析方法。
3、学会利用紫外可见光谱技术进行有机化合物特征和定量分析的方法。
二、实验原理基于物质对200-800nm光谱区辐射的吸收特性建立起来的分析测定方法称为紫外—可见吸收光谱法或紫外—可见分光光度法。
紫外—可见吸收光谱是由分子外层电子能级跃迁产生，同时伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁，因此吸收光谱具有带宽。
紫外—可见吸收光谱的定量分析采用朗伯-比尔定律，被测物质的紫外吸收的峰强与其浓度成正比，即：其中A是吸光度，I、I0分别为透过样品后光的强度和测试光的强度，ε为摩尔吸光系数，b为样品厚度，c为浓度。
紫外吸收光谱是由于分子中的电子跃迁产生的。
按分子轨道理论，在有机化合物分子中这种吸收光谱取决于分子中成键电子的种类、电子分布情况，根据其性质不同可分为3种电子：（1）形成单键的σ电子；（2）形成不饱和键的π电子；（3）氧、氮、硫、卤素等杂原子上的未成键的n电子。
图1. 基团中的σ，π，n成键电子当它们吸收一定能量ΔE后，将跃迁到较高的能级，占据反键轨道。
分子内部结构与这种特定的跃迁是有着密切关系的，使得分子轨道分为成键σ轨道、反键σ*轨道、成键π轨道、反键π* 轨道和n轨道，其能量由低到高的顺序为：σ<π<n<π*<σ*。
图2.分子轨道中的能量跃迁示意图仪器原理是光源发出光谱，经单色器分光，然后单色光通过样品池，达到检测器，把光信号转变成电信号，再经过信号放大、模/数转换，数据传输给计算机，由计算机软件处理。
三、仪器与溶液准备1、UV-2550型紫外—可见分光光度计2、1cm石英比色皿一套3、UVprobe电脑软件4、配置好的10μg/mL、15μg/mL、20μg/mL以及未知浓度的甲基紫溶液，甲基红溶液5、仪器的基本构成：紫外可见分光光度计的基本结构如下：将实验数据用excel作图可得到水杨酸和水杨醛的紫外可见分光波谱图，分别如图3和图4.图3 实验1水杨酸的紫外可见分光波谱图图4 实验2 水杨醛的紫外可见分光波谱图图5 实验3 未知溶液的紫外可见分光波谱图水杨酸X 245 0.86137 水杨醛Y 284 0.5928321.634m g/mL。
木质素的紫外光谱分析
• 当把二阶导数光谱应用于木质素模型化合 物、磨木木质素、木质素磺酸盐时，可以 观察到比普通紫外吸收光谱更细致的谱图， 并且，可以非常准确地测得样品的最大吸 收波长。
• 化学改性会对木质素的紫外吸收有一定影 响。一般地说，凡是向木质素侧链上引入 不饱和结构的改性反应，或者是向芳香环 引入取代基的反应，都可能使最大吸收峰 发生红移。反之，凡是封闭酚羟基或者是 减少发色基团的反应，都会使最大吸收峰 发生蓝移。这些规律可以用于帮助人们判 断木质素发生了何种改性反应。
选择性吸收吸收曲线与最大吸收波长max用不同波长的单色光照射测吸光度关于吸收曲线的讨论uv谱图的作用及解析uv与irnmr不同它不能用来鉴别具体的官能团而主要是uv主要反映共轭体系和芳香族化合物的结构特征
木质素的紫外光谱分析
紫外吸收光谱的原理
• 紫外光谱的产生是由于有机分子在入射光 的作用下，发生了价电子的跃迁，使分子 中的价电子由基态E0跃迁到激发态E1。
• 分子的结构不同，跃迁电子的能级差不同， 从而分子UV吸收的λmax不同；另外，发生 各种电子跃迁的机率也不同，反映在紫外 吸收上为εmax不同。 • 因而可根据λmax和εmax了解一些分子结构的 信息。
• 波长范围：100~800 nm. • (1) 远紫外光区: 100~200nm • (2) 近紫外光区: 200~400nm • (3)可见光区:400~800nm • 普通紫外区对有机物结构分析的用处最大。共轭体系以 及芳香族化合物在此区域内有吸收，是紫外光谱讨论的 主要对象。 • 可见光区与普通紫外区基本上没有太大的差别，只是光 源不同，普通紫外区用氢灯，可见光区用钨丝灯。
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4．有机化合物分子结构的推断
顺反异构体的判别：
当有机化合物分子空间构型不同时，空间位阻也不
同，其紫外吸收光谱也不一样。通常反式异构体的吸收 峰波长比顺式异构体的吸收峰波长要长，吸收强度要大。 利用这种判别，可以鉴别顺反异构体。
1,2-苯乙烯 （顺式）
1,2-苯乙烯 （反式）
溶剂效应
溶剂效应，即某些物质的紫外吸收光谱特性，与所采用溶剂的极性有
ε—吸光系数；b—吸收池液体厚度；c—溶液浓度
标准曲线法：
如果液体厚度保持不变，即b一定，入射光波长和其他 条件也保持不变，则在一定浓度范围内，所测得的吸光度与 待测物质的浓度成正比。配制一系列浓度的标准溶液，在 λmax处分别测定吸光度。以标准溶液的浓度为横座标，相
应的吸光度A为纵座标，绘出标准曲线，如图所示。
标准曲线
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.01 0.02 0.03
A
如果测出未知浓度样品 的吸光度值，就可以从 标准曲线中上查出样品 的浓度。
c
0.04 0.05 0.06与溶剂的选择: 紫外光谱法所测定的样品通常 是液态物质。由于吸光度和浓度之 间的线性关系，即朗伯—比耳定律 （A=εbc），只有在稀溶液下才成 立。所以，对待测物质的浓度就要 有所要求，要控制A＜1 。另外， 由于溶剂效应，即某些物质的紫外 吸收光谱特性，与所采用溶剂的极 性有密切的关系，溶剂的极性不同， 同一化合物的紫外吸收光谱形状、 吸收峰位置不一样。在测试前，要 正确选择溶剂。
钨灯 氘灯、钨灯 光源转换 氘灯 滤光片 入射狭缝 出口狭缝 反射镜 反射 透过
半透镜 工作站 反射镜 参比池 反射镜 半透镜 反射镜 样品池 检 测 器
分光光栅
实验目的：
1．了解苯的各吸收带待征； 2．利用紫外光谱进行化合物纯度检验； 3．了解溶剂对紫外吸收的影响；
波谱分析技术
紫外光谱分析实验
指导教师：徐龙权
光谱分析
• 原子光谱
1.原子吸收光谱 2.原子发射光谱
• 分子光谱 1.红外光谱 2.紫外光谱 3.荧光光谱
原子光谱与分子光谱主要区别
• 原子光谱图
原子光谱与分子光谱主要区别
• 分子光谱图
1.5 1 A 0.0 190.0 400 NM 600 700.0
有时消失而出现一个宽峰。苯酚的精细结构在非极性溶剂庚烷中清晰
可见，而在极性溶剂乙醇中则完全消失而呈现一宽峰。因此，在溶解 度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。另外，溶剂本身有一定的吸
收带，如果和溶质的吸收带有重叠，将妨碍溶质吸收带的观察。
紫外分光光度计的构造原理
任何一种分光光度计，基本上都是由五部分组成。即光 源、单色器、样品吸收池、检测器、记录系统。
密切的关系，溶剂的极性不同，同一化合物的紫外吸收光谱形状、吸
收峰位置不一样。在测试前，要正确选择溶剂。即记录吸收波长时， 应注明所用溶剂，在把一种未知物的吸收光谱与已知化合物吸收光谱
进行比较时，要使用相同溶剂。
溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收强度和精细结构。例如B 吸收带的精细结构在非极性溶剂中较清楚，但在极性溶剂中则较弱，
用紫外光谱法鉴定未知样品时，若有标准样品，则把试样
和标准样品用相同的溶剂，配制成相同浓度的溶液，分别测 量吸收光谱，如果两者为同一化合物，则吸收光谱应完全一 致。若无标准样品，可与文献上的标准谱图进行比较。 在实际测定中，我们还常常利用紫外吸收峰的波长和强度 进行定性分析。
3．定量分析
应用紫外光谱法进行定量分析的方法很多，如标准曲线 法、标准加入法、 对照法、 吸光系数法、混和物的定量、 双波长分光光度法。但最常用最简单的方法就是“标准曲线 法”。根据光的吸收定率： A=εbc
紫外光谱
• 紫外吸收光谱法是有机分析中一种常用的方法，具有仪器 设备简单、操作方便、灵敏度高的特点，已广泛应用于有 机化合物的定性、定量和结构鉴定。
• 由于紫外吸收光谱的吸收峰通常很宽，峰的数目也很少，
因此在结构分析方面不具有十分专一性。通常是根据最大
吸收峰的位置及强度判断其共轭体系的类型及在结构相似
交，原点与交点的距离，即为所求试样在溶液中的浓度cx。
• 标准加入法外推曲线
A3 A2 A1 Ax
c x -2C 0 -C 0
0
C0
2C 0
3C 0
4C 0
4．有机化合物分子结构的推断
共轭体系的确定: 通过测定有机化合物的紫外光谱，可以确定分子中有无 共轭体系及共轭的程度。如果一种化合物在210nm以上无吸 收，可以认为不含共轭体系。在210～250nm区域有较强吸 收带，则可能有两个共轭双键。随着共轭体系的增加，最大 吸收波长红移，吸收强度增大。
A
4 3 2 1 0
c
A
4 3 2 1 0
c
• 标准加入法：
实际测定中，也是利用作图法，一般取四份相同体积的 试样，从第二份起开始分别加入不同量待测物质的标准溶 液，然后定容到一定体积。设试样中待测物质的深度为cx， 加入标准溶液后的深度分别为cx+c0、 cx+2c0、 cx+4c0，分 别测得其吸光度分别为Ax、 A1、 A2、 A3，以A对加入标 准的浓度做外推曲线。显然，相应的截距所反映的吸收值 正是待测物质所引起的效应，把曲线外延使之与横坐标相
4．有机化合物分子结构的推断
互变异构体的判别: 某些有机化合物在溶液中存在互变异构体，利用它们紫外吸收光谱 的特点，可以进行判别。例如，乙酰基乙酸乙酯存在酮式和烯醇式两种 异构体。如图：
O H3C C H2 C
酮式
O C OC 2H5 H3C
OH C H C
O C OC 2H5
烯醇式
酮式异构体孤立羰基，不存在共轭体系，在近紫外区无强的吸收，只是 在吸收波长272nm处有弱吸收，由n→π*跃迁引起；烯醇式异构体具有共 轭体系，故在近紫外有较强的吸收，吸收峰波长在243纳为。
的情况下，区分共轭方式不同的异构体。
紫外光谱电子跃迁
E hv
hc
1．化合物中微量杂质检查
利用紫外光谱法可以方便地检查出某些化合物中的微量 杂质。例如，在环己烷中含有微量杂质，由于环己烷在
190~1100nm范围内无明显吸收峰。如果在这个范围内有吸
收，则可判定环已烷不纯。
2．未知样品的鉴定