第十一章 紫外-可见分光光度法-分析化学

2H++2CrO42-
– 由化学因素引起的偏离，有时可控制溶液条
偏离Beer定律的原因
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 34
• 光学因素：
– 非单色光； I I 10 ECL 0
I1 I 2 T I 01 I 02 10
I 01 10 E1CL I 02 10 E 2CL I 01 I 02 I 01 I 02 10 I 01 I 02
• 吸光系数两种表示方式之间的关系：
M = 10 ×
E
1% 1cm
例题
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 31
• 氯霉素（M为323.15）的水溶液在278nm 处有吸收峰，设用纯品配制100ml，含有 2.00mg的溶液，以1.00cm厚的吸收池在 278nm处测得透光率为24.3%。则：
吸收带及其与分子结构的关系
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 16
• R带 由n *跃迁引起的吸收带，是杂原 子的不饱和基团，如>C=O、-NO、-NO2、 -N=N-等这一类发色团的特征。 – 特点：
• 处于较长波长范围（~300nm）； • 是弱吸收， ε一般在100以内； • 溶剂极性增加，R带发生短移。
（hypsochromic shift），当化合物的结构改变
时或受溶剂影响使吸收峰向短波方向移动。
常用术语
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 15
• 增色效应和减色效应：由于化合物结构改 变或其它原因，使吸收强度增加称增色效 应或浓色效应（hyperchromic effect）； 使吸收强度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max值大于104的吸收峰称为强带； – 凡max小于102的吸收峰称为弱带。
第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 18
• B带 从benzenoid（苯的）得名。是芳香族化
合物的特征吸收带，在230～270nm处，重心 为256nm，ε为200左右。 • E带 也是芳香族化合物的特征吸收，认为是
由苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统的
* 跃迁所产生，分为E1和E2带。
常用术语
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 14
• 红移（red shift）：亦称长移（bathochromic
shift），由于化合物结构的改变，如发生共轭
作用，引入助色团以及溶剂改变等，使吸收
峰向长波方向移动。
• 蓝（紫）移（blue shift）：亦称短移
吸 收 度
4 1 2 3 1 2
以吸光度A（或透光
率T）为纵坐标所描
绘的曲线。
吸收光谱示意图 1.吸收峰 max 、2.谷 min 3.肩峰 sh 、4.末端吸收
波长
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 11
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 12
I n n lg lg e K E I0 S S n V C n CL S
I lg ECL I0 A lg T ECL
lg T ECL T 10 A 10 ECL
T透光率，A吸光度或吸收度
吸光系数E
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( E1 E 2 ) CL
E1CL
I 01 I 02 10 A lg T E1CL lg I 01 I 02
( E1 E 2 ) CL
偏离Beer定律的原因
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 35
lg T 0.614 E 307 C L 0.002 M 323.15 1% E1cm 307 9920 10 10
1% 1cm
吸收度的加和性
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 32
• 如果溶液中同时存在两种或两种以上吸 光物质，则溶液的吸光度将是各组分吸 光度的总和。 • 各组分的吸光度由各自的浓度与吸光系 数所决定。 A总=-lg(I/I0)=Aa+Ab+Ac+… = L（EaCa+EbCb+EcCc+…）
吸收带及其与分子结构的关系
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 17
• K带 从德文konjugation（共轭作用）
得名。相当于共轭双键中 迁所产生的吸收峰； • 特点： ε一般大于104，为强带。 * 跃
吸收带及其与分子结构的关系
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 21
其核心是对分子中电子共轭结构的影响。 • 位阻影响：由于立体位阻，妨碍共轭系统 的形成，使吸收峰短移。
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
Δ4-3酮λmax=214nm
O
Δ4-6酮λmax=244nm
O
影响吸收带的因素
第十一章 紫外-可见分光光度法
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 1
第十一章 紫外-可见分光光度法
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 2
• 定义：研究物质在紫外—可见光区分子吸收光 谱的分析方法称为紫外-可见分光光度法
（ultraviolet and visible spectrophotometry；UVvis）。 • 特点：灵敏度较高，一般可达10-4~10-6 g/ml。
第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 25
• 体系pH值的影响：
OH
OH + H
－
O
-
λmax210.5nm,270nm
λmax235nm,287nm
朗伯-比尔定律
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 26
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Lambert-Beer定律
I0 S L I
• 配位场跃迁 能 级
第四、五周期过 渡金属的3d和4d 轨道 配体作用 能级跃迁
能 镧系和锕系金属 级 的4f和5f轨道
能级跃迁
波长位于可见光区， εmax<102
2.紫外可见吸收光谱中的常用术语
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 10
吸收光谱又称 吸收曲线，是以波长 （nm）为横坐标，
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 22
H C C
C C H H
H
λmax=208（10500） 顺式二苯乙烯
λmax=295.5（29000） 反式二苯乙烯
影响吸收带的因素
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 23
• 跨环效应：n π跃迁，使吸收带长移；
nm左右，强吸收，ε>104；
各跃迁的特点：
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 7
• n
π*跃迁：（含有杂原子不饱和基团）
跃迁所需能量小，吸收峰在近紫外区 （200～400nm），弱吸收， ε 为10～100； • n *跃迁：（含-OH、-NH3、-X、-S） 跃迁所需能量较小，吸收峰在200nm左右；
第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 28
• 物理意义是：吸光物质在单位浓度及单 位厚度时的吸光度。在给定单色光、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E
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 29
• 特点： – 不同物质对同一波长的单色光，可有 不同吸光系数。 – 同种物质在不同波长处有不同吸光系 数。 – 吸光系数愈大，表明该物质的吸光能 力愈强，灵敏度愈高，所以吸光系数 是定性和定量依据。
吸光系数E
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 30
• 摩尔吸光系数 是指在一定波长时，溶液浓 度为1mol/L，厚度为1cm的吸光度，用或 EM标记。 • 百分吸光系数或称比吸光系数 是指在一定 波长时，溶液浓度为1%（g/100ml），厚度 % 为1cm的吸光度，用表示 E11cm 。
偏离Beer定律的原因
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 33
• 化学因素：
– 缔合、离解与溶剂间的作用
• 亚甲蓝水溶液单体的吸收峰为660nm 亚甲蓝水溶液二聚体的吸收峰为610nm • 重铬酸钾的离解，使实际稀释倍数较理论 值大。
Cr2O72-+H2O 件设法减免。
*、
*及电荷迁移跃迁产生。
• 无机化合物的吸收光谱主要由电荷迁移跃迁和 配位场跃迁产生。
各跃迁的特点：
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 6
•
*跃迁： （饱和烃）
跃迁所需能量较大，吸收峰在远紫 外区，一般都<150nm； • π π*跃迁：（双键） 跃迁所需能量较小，吸收峰在200
第十二章 紫外-可见分光光度法
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 3
• 应用：
– 鉴别不同官能团和化学结构不同的化合物； – 单一组分的测定，多种混合组分不经分离进 行同时测定。 – 与其他分析方法配合，用以推断有机化合物 的分子结构。
第一节 紫外-可见分光光度法的 基本原理和概念
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 4
一、跃迁类型
能 量
* *
反键 反键
n
未成键 成键

成键
分子中价电子及能级跃迁示意图
紫外和可见光范围的跃迁类型
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 5
• 有机化合物的吸收光谱主要由 *、n * 、 n
各跃迁的特点：
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 8
• 电荷迁移跃迁
R1 N R2
电子接 电子给 予体 受体
hv
R1 + N R2
波长取决于电 子给予体和电 子接受体相应 电子轨道的能 量差， εmax>104
各跃迁的特点：
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 9
O
.. S ..
λmax=238nm,εmax=2535
C
影响吸收带的因素
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 24
• 溶剂效应：
– 溶剂的极性增大，使 * 跃迁吸收峰长移； – 溶剂的极性增大，使n * 跃迁吸收峰短移。
影响吸收带的因素
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• E1带的吸收峰在180nm，ε为4.7×104；
• E2带的吸收峰在200nm，ε为7000。
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 19
六种主要吸收带 在光谱区中的位置和强度
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 20
影响吸收带的因素
常用术语
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 13
• 生色团（chromophore）：有机化合物分子 结构中含有 *或n *跃迁的基团，如 C=C、C=O、-N=N-、-NO2、-C=S等，能 在紫外可见光范围内产生吸收的原子团。
• 助色团（auxochrome）：助色团是指含有 非键电子的杂原子饱和基团，如-OH、NH2、-OR、-SH、-SR、-Cl、-Br、-I等。 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。
dn
ds=kdn
ds/s=kdn/s
-dIx/Ix=kdn/s
n kdn dIx I 0 Ix 0 S I
光通过截面积S厚度L的 吸光介质
Lambert-Beer定律
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第 十 一 章 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 27
I kn ln I0 S V S L