紫外-可见光谱分析.ppt

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吸收波长为150~250nm,大部分在远紫外区
跃迁的吸收系数较低比较小,一般在100-3000 L /
mol·cm
H3C-O-H
例:甲醇的吸收峰,除 →* 跃迁外,还有n→*跃迁
( 吸收波长在183nm, =150 L·mol-1·cm-1 )
n→ *跃迁
所需能量小; 多发生在含杂原子的双键化合物:-C=O、-C=N、-C=S、-N=N,即分子中含有孤对电子和键同时存在时,才发生n→ *跃迁; 吸收波长为200~400nm,一般在近紫外区;吸收系数较低
简单的生色团由双键或叁键体系组成,如 C=C、 -CCC=O、-NO2、C=S、偶氮基 –N=N-、腈基 -CN
生色团 CC
CC
CO
COOH COOR
CS NN
max
max(nm) (l/moL.cm)
175
8000
190
9000
280
源自文库
20
190
2000
160
204
41
205
50
500
10
240
9000
O
H3C-CH=CH-CH2-C-CH3
适当的立体排列,羰基氧的孤对电子和 双键的π电子发生作用,有: n 的 R 带,向长波移动
O
C
π轨道与杂原子的P轨道
••S••
交盖,出现跨环效应
3. 溶剂的影响
改变溶剂的极性会引起吸收带max 发生变化,因此在测
定UV-Vis光谱时,要注明所用溶剂。
溶剂极性对异丙叉丙酮的两种跃迁吸收峰的影响

165nm 217nm ₂

, max
当有5个以上共轭双键时,吸收带已落在可见光区
取代基
取代基含孤对电子,如-NH2、-OH、-Cl,可使分子红 移;取代基为斥电子基,如-R,-OCOR,则使分子蓝
移。
pH值
苯 酚 在 酸 性 或 中 性 水 溶 液 中 , 有 210.5nm 及 270nm两个吸收带;而在碱性溶液中,则分别红移
n
HC O H
分子轨道可以认为是两个原子轨道线 性组合而生成的两个分子轨道。能量低 的为成键轨道,能量高的为反键轨道。
两个原子的s轨道“头碰头”结合组成的 分子轨道为 成键轨道和*反键轨道。 同理,两个原子的p轨道“肩并肩”重叠组 成的分子轨道称成键轨道 * 反键轨道。
键电子云重叠比键电子重叠少,键能弱,跃迁所需的能量低。
第三章
紫外-可见分光光度法
(Ultraviolet and visible spectrophotometry; UV-vis)
研究物质在紫外-可见光区(200-800nm)分子 吸收光谱的分析方法。
本章提要:
第一节 第二节 第三节
紫外-可见分光光度法的基本原理 紫外-可见分光光度计 紫外-可见分光光度分析方法
苯 ( *)
184 204 254
苯酚
(—OH为助色团)
270
/nm
红移或蓝移(Redshift or blueshift):
有机化合物的吸收谱带常常因发生共轭作用、引入助 色团或改变溶剂, 使最大吸收波长λmax和吸收强度发生 变化:
max向长波方向移动称为红移,向短波方向移动称为 蓝移 (或紫移)。
二、无机化合物的吸收光谱
无机化合物的UV-Vis光谱吸收光谱主要有: 电荷迁移跃迁及配位场跃迁
配位场跃迁( d一d、 f 一f 跃迁)
在配体存在下过渡金属元素5个能量相等的d 轨道和镧系、 锕系7个能量相等的的 f 轨道裂分,吸收辐射后,低能态的d 电子或f电子可以跃迁到高能态的d或f轨道上去。 绝大多数过渡金属离子都具有未充满的 d 轨道,按照晶体场 理论,当它们在溶液中与水或其它配体生成配合物时,受配 体配位场的影响,原来能量相同的 d轨道发生能级分裂,产 生 d-d 电子跃迁。 必须在配体的配位场作用下才可能产生, 所以称为配位场跃迁;
340
10
240
跃迁类型
*
* n * n * * n *
n * n *
n * n *
助色团(Auxochromous group) :
含有孤对电子的杂原子饱和基团(如-OH、-OR、 -NH2、-NHR、-SH、-SR、-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—*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)并提高吸收强度的一些官 能团,称之为助色团。
n<p
n
n
p
非极性溶剂中 极性溶剂中
n >p
n p
非极性溶剂中 极性溶剂中
溶剂的极性除了影响吸收峰的位置,还影响吸收光谱 的精细结构:
N HC
N
CH 对称四嗪
N
极性溶剂使精细结构消失
蒸汽中
环己烷
水中
4. 体系pH的影响
pH影响吸光物质的存在形态,产生不同的吸收光谱. 如苯酚,在酸性或中性水溶液中,有210.5nm及270nm 两个吸收带;而在碱性溶液中,则分别红移到235nm和
四、吸收带及其与分子结构的关系
1. R带—— n→ * 2. K带—— → * 3. B带—— 4. E带—— 5. 电荷转移吸收—— 6. 配位场吸收——
吸收峰在紫外/可见光谱中的位置
6种主要吸收带在紫外-可见吸收光谱中的位置 log
*电荷转移
5
4

n *
3
n

2
配位场跃迁
1
10 100 200 300 400 500 600 700 800 /nm
287nm.
六、 Lambert-Beer定律
(一) Lambert-Beer定律 Lambert-Beer定律是吸收光度法的基本定律;说明物质
对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度和厚度间关系的定律。 Beer定律说明吸光度与浓度的关系,Lambert定律说明吸光度 与厚度的关系。
光束在每单位时间内所传输的能量或光子数是光的功率 (辐射功率),可用符号P表示。在光度法中,习惯上用光强这 一名词代替光功率,并以符号I代表。
增色与减色效应
吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象
分别称为增色效应或减色效应。
强带与弱带
εmax>104 εmax<102
促使分子发生红移或蓝移的因素有哪些呢?
共轭效应:电子共轭体系增大,波长红移、吸收增强
如CH2=CH2的-*跃迁,max=165~200nm;而1,3-丁二烯,max=217nm
配体配位场越强,d 轨道分裂能越大,吸收波长越短。
吸收系数 max 较小 (102),很少用于定量分析;多用于研究
配合物结构及其键合理论。
d 轨道电子云分
布及在配场下的 分裂示意图
无配场 八面体场
四面体场
平面四面形场
例如: H2O 配位场 < NH3 配位场
Cu 2+ — 水合离子
794 nm
所需能量最大; 电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁, 吸收光谱处于远紫外区,多为饱和烃。
甲烷 乙烷
125 nm 135 nm
n * 跃迁
所需能量较大,但小于 *跃迁;含有未共用电子对 (n电子)原子的饱和化合物都可发生,如含杂原子的分子: -NH2、-OH、-S、-X中的未成键的n电子
分子中n电子的能级基本上保持原来原子状态的能级,称为非键 轨道。比成键轨道所处能级高,比反键轨道能级低。
当分子外层电子吸收紫外可见辐射后,处 于低能级的价电子就会跃迁到较高能级。
主要有四种跃迁,所需能量E大小顺序为
: n→ * < → * < n→ * < → *
*
*
EK
Rn
E,B
* 跃迁
max 较大 (104以上),可用于定量分析。
三、紫外-可见吸收光谱常用概念
物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + h → M *
基态
激发态
E1 (△E)
E2
M +热 M + 荧光或磷光
E = E2 - E1 = h
量子化,选择性吸收 吸收曲线(吸收光谱):是以(nm)为横坐标,以吸 光度为纵坐标所描绘的曲线。
max(正己烷)
* 230
max(氯仿)
238
max(甲醇)
237
max(水)
243
n* 329
315
309
305
→ *跃迁:红移; ;
n → *跃迁:兰移; ; 位移原因:极性溶剂对 n 、和 *轨道的溶剂极化作用不 同所引起的。极性: n >* >
极性最大,溶剂化最 强,能量下降最多
极性最小,溶剂化最 弱,能量下降最少
间二甲苯
263
300
1,3,5-三甲苯 266
305
六甲苯
272
300
五、影响吸收带的因素 1. 位阻影响
H C
H C
H C
C H
顺反异构:
顺式: max =280nm; max =10500 反式: max =295nm; max =29000
2. 跨环效应
在、不饱和酮当中,双键与酮基无共轭体系(n, , )
ds=kdn
光子通过断层时,被吸收的几率是:
ds kdn ss
因而使投射于此断层的光强Ix被减弱了dIx,所以:
例:乙烯π→π*跃迁的max =165nm, =1x104 L·mol-1·cm-1 丁二烯的π→π*跃迁的max =217nm, =2.1x104 L·mol-1·cm-1
有机化合物的紫外-可见吸收光谱分析多以 * 和 n *这两类跃迁为基础
* 比 n * 跃迁几率大100-1000 倍 *跃迁吸收强, > 104 n * 跃迁吸收弱, 500
l
质点浓度 c
dl
假设一束平行单色光通过一个含有吸光物质的物体,截面积 为s,厚度为l,见图。物体中含有n个吸光质点(原子、离子或分 子)。光通过此物体后,一些光子被吸收,光强从I0降低至I。
l
质点浓度 c
dl
如物体中一个极薄的断层中所含吸光质点数为dn,这些能捕获光子 的质点可以看作截面s上被占去一部分不让光子通过的面积ds,即:
在max处吸光度随浓度变化的幅度最大,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。
生色团(Chromogenesis group): 分子中含有非键或键的电子体系,能吸收外来辐射
时并引起n-* 和-*跃迁,可产生此类跃迁或吸收的
结构单元,称为生色团。
H C
H
H C
H
C= C 生色团
吸收曲线与最大吸收波长 max可用不同波长的单色
光照射,测吸光度得到——扫描
同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大
处称为吸收峰,所对应的波长称为最大吸收波长max
峰 肩
末端吸收 谷
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。 不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似λmax不变。而 对于不同物质,它们的吸收曲线形状和λmax则不同。
苯:
E1带:180184nm; =47000 E2带:200204 nm =7000
苯环上三个共扼双键的 → *跃迁特征吸收带;
B带:230-270 nm(精细结构) =200
→ *与孤立苯环振动引起(苯蒸气);含取代基时, B带 简化,红移。
max(nm) max

254
200
甲苯
261
300
Cu 2+ — 氨合离子
663 nm
电荷迁移跃迁
辐射下,分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到 配位体L的轨道,或按相反方向转移,所产生的吸收光谱称 为电荷迁移光谱。
Mn+—Lb- h M(n-1) +—L(b+1) [Fe3+CNS-]2+ h [Fe2+CNS]2+
电子接受体 电子给予体
分子内氧化还原反应;不少过渡金属离子与含生色团反 应的试剂所生成的配合物可产生电荷迁移跃迁, Fe2+与邻 菲罗啉配合物的紫外吸收光谱属于此。
到235nm和 287nm(p- 共轭).
溶剂效应
由n-*跃迁产生的吸收峰,随溶剂极性增加,非键电
子形成 H 键的能力增加,使基态能量的降低大于反键 轨道与极性溶剂相互作用所降低的能量,因而跃迁所
需能量变大,发生蓝移;由-*跃迁产生的吸收峰,
随溶剂极性增加,激发态比基态能量有更多的下降, 发生红移。
第一节 紫外-可见分光光度法的基本原理
一、有机化合物的吸收光谱
UV-Vis光谱是分子中的价电子在分子轨道之间的 跃迁而产生(包括振动和转动能级的跃迁)。有机化 合物中有几种性质不同的价电子,有机化合物的UVVis光谱吸收光谱是三种电子跃迁的结果:
电子、电子、n电子跃迁
根据分子轨道理论,分子中的电子轨道有 n、和 三种
O
H3C-C-CH3
例:丙酮有280nm左右的n→ *跃迁吸收峰( =10~30 L·mol-1·cm-1 )
→ *跃迁
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
含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁 C=C C=C ; N=N ; C=O
属于强吸收,max >104L·mol-1·cm-1, 具有共轭双键的化合物 → *跃迁所需能量降低
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