紫外吸收光谱1.pdf

《紫外吸收光谱1.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《紫外吸收光谱1.pdf（20页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第九章紫外吸收光谱1. 试简述产生吸收光谱的原因. 基本要点： 1. 分子吸收光谱； 2. 有机化合物的紫外吸收光谱； 3. 无机化合物的紫外吸收光谱； 4. 溶剂对紫外吸收光谱的影响 ; 5. 紫外吸收光谱的应用等 . 利用紫外吸收光谱进行定量分析的由来已久，公元60年古希腊已知道利用 五味子浸液来估计醋中铁的含量。 这一古老的方法由于最初是运用人的眼睛来进 行检测，所以叫比色法。 20世纪30年代产生了第一台光电比色计，40年代出现的 BakmanUV 分光光度计 , 促进了新的分光光度计的发展。随着计算机的发展，紫 外分光光度计已向着微型化自动化在线和多组分同时测定等方向发展。 第一节分

2、子吸收光谱 Molecular Absorption Spectroscopy 一、分子内部的运动及分子能级 前面讲的 AAS和 AES都属与原子光谱，是由原子中电子能级跃迁所产生的。 原子光谱是由一条一条的彼此分离的谱线组成的线状光谱。 分子光谱比原子光谱要复杂得多。这是由于在分子中， 除了有电子相对于原 子核的运动外， 还有组成分子的各原子在其平衡位置附近的振动，以及分子本身 绕其重心的转动。 如果考虑三种运动形式之间的相互作用，则分子总的能量可以 认为是这三种运动能量之和。即 E Ee+ Ev+ Er 式中 Ee为电子能量 ，E v为振动能量， Er转动能量。这三种不同形式的运动都对 应

3、一定的能级， 即：分子中除了电子能级外， 还有振动能级和转动能级这三种能 级都是量子化的、 不连续的。正如原子有能级图一样， 分子也有其特征的能级图。 简单双原子分子的能级图如图9-1所示。 A 和 B 表示电子能级，间距最大；每个 电子能级上又有许许多多的振动能级，用V=0,1,2,等表示A 能级上个振 动能级，V=0,1,2,等表示B能级上各振动能级； 每个振动能级上又有许许 多多的转动能级，用j =0,1,2,等表示A 能级上 V=0各转动能级， j = 0,1,2,等表示A能级上 V=1各振动能级等等。 且 Ee Ev Er 二、能级跃迁与分子吸收光谱的类型 通常情况下， 分子处于较低

4、的能量状态， 即基态。分子吸收能量具有量子化 特征，即分子只能吸收等于二个能级之差的能量。如果外界给分子提供能量 （如 光能） ，分子就可能吸收能量引起能级跃迁，而由基态跃迁到激发态能级。 E=E1-E2=h=hc/ 由于三种能级跃迁所需要的能量不同，所以需要不同的波长范围的电磁辐射使其 跃迁，即在不同的光学区域产生吸收光谱。 1转动能级跃迁与远红外光谱 转动能级间的能量差 E r约为：0.025 0.003eV。假如是 0.01 eV ，可计算 出： =hc/ E =6.62410 -34 2.99810 8/0.01 1.610-19 =1.2410 -5 m=12400nm=124m 可

5、见，转动能级跃迁产生吸收光谱位于远红外区（50 300m） , 称远红外光谱或分子 转动光谱。 2. 振动能级： 振动能级间的能量差 E v约为： 0.025eV。假如是 0.1 eV，可计算出： =hc/ E =6.62410 -34 2.99810 8/0.1 1.610-19 =1.2410 -5 m=12400nm=12.4 m 可见，振动能级跃迁产生的吸收光谱位于红外区(0.78 50m)，称红外光谱或分 子振动光谱。 振动能级跃迁时不可避免地会产生转动能级间的跃迁。即振动光谱中总包含 有转动能级间跃迁，因而产生光谱也叫振动- 转动光谱。 3电子能级 电子能级的能量差 E e : 2

6、0 1eV。假如是 5eV，可计算出： =hc/ E =6.62410 -34 2.99810 8/5 1.610-19 =2.4810 -7 m=248nm 可见，电子跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区(200780nm)，称紫外可 见光谱或分子的电子光谱。 电子能级跃迁时不可避免地会产生振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中 总包含有振动能级和转动能级间跃迁，因而产生的谱线呈现宽谱带。紫外可 见光谱实际上是电子 -振动- 转动光谱。 应该指出， 紫外光可分为近紫外光 （200 400 nm ）和真空紫外光 （60 200 nm） 。由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区（60 200 nm）均

7、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 可见分光光度法， 实际 上是指近紫外、可见分光光度法。 第二节 有机化合物的紫外吸收光谱 Organic Molecular Ultraviolet Absorption Spectroscopy 有机化合物此外吸收光谱 （电子光谱） 是由分子外层电子或价电子跃迁所产 生的。按分子轨道理论，有机化合物分子中有：成键 轨道，反键 * 轨道；成 键 轨道，反键 轨道（不饱和烃）；另外还有

8、非键轨道（杂原子存在） 。各 种轨道的能级不同，如图9-2所示。 相应的外层电子和价电子有三种： 电子、 电子和 n 电子。通常情况下，电 子处于低的能级（成键轨道和非键轨道） 。当用合适能量的紫外光照射分子时， 分子可能吸收光的能量，而又低能级跃迁到反键 * 轨道。在紫外可见光区，主要 有下列几种跃迁类型： . N V 跃迁：电子又成键轨道跃迁到反键轨道，包括 ；跃迁。 . N Q 跃迁：分子中未成键的n 电子跃迁到反键轨道，包括n ；n 跃迁。 . N R 跃迁： 电子逐级跃迁到各高能级，最后脱离分子，使分子成为分子 离子的跃迁。（光致电离） . 电荷迁移跃迁：当分子形成配合物或分子内的两

9、个大 体系相互接近时， 外来辐射照射后，电荷可以由一部分转移到另一部分， 而产生电荷转移吸收光谱。 可见，有机化合物一般主要有4种类型的跃迁：n 、 、 n 和 。各种跃迁所对应的能量大小为 n n 讨论 ： 跃迁所需能量最大。 电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃 迁饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区，吸收波长 200 nm ， 甲烷的 max 为125nm , 乙烷 max为135nm ，只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂 使用。 . n 跃迁所需能量较大 。吸收波长为 150250nm ，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

10、素等杂原 子)均呈现 n * 跃迁。 . 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， max一般在 10 4Lmol1cm1以上，属于强吸收。 1饱和烃 饱和烃类分子中只含有键，因此只能产生*跃迁，即电子从成键轨道 （）跃迁到反键轨道（*） ，所需能量最大。饱和烷烃的分子吸收光谱出现 在远紫外区， 吸收波长 10200nm ，已超出紫外、 可见分光光度计的测量范围， 只能被真空紫外分光光度计检测到（空气中的氧吸收波长 160nm 的紫外光）。 如甲烷的 max为125nm,乙烷 max为135nm 。这类物质在紫外光谱分析中常用 作溶剂。 当饱和烷烃的分子中的氢被氧、氮、

11、卤素、硫等杂原子取代时，因有n 电 子存在，而产生n 跃迁，所需能量减小。吸收波长向长波方向移动，这种 现象称之为红移。 例如， CH3Cl、CH3Br 和 CH3I 的 n* 跃迁分别出现在 173、204和258nm 处。又如，CH4跃迁范围 125135nm （*） ， CH3I 跃迁范围 150210nm （*） 和259nm （n ） ；CH 2I2吸收峰 292nm （n*） ；CHI3吸收峰 349nm （n*） 。 这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移， 显示了助色团的助色作用。而且说明，虽杂原子半径增加，n*跃迁向长波方 向移动。 直接用烷烃和

12、卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是 它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱（2001000nm ）的良好溶剂。 2不饱和脂肪烃 在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有键，它们可以产生*和 *两种跃迁。*跃迁的能量小于*跃迁。例如，在乙烯分子中， *跃迁最大吸收波长为180nm。这种含有不饱和键的基团称为生色团。See Table 9-3 。 在不饱和烃类分子中， 当有两个以上的双键共轭形成大键时，随着共轭系 统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强 原因：轭系效应使单键具有双键的性质（加强） ，双键具有单键的性质（削弱） ， 即平均化。电子易激发 。 例

13、 如， C2H4（ 孤 立单 键 ）max=171nm, max=1.55310 4 ； CH2=CH-CH=CH2max=217nm,max=2.110 4 。See Table 9-4 。在共轭体系中， *跃迁产生的吸收带又称为K（Konjugation）带。 K 带 （*）的特点：强度大，max?10 4；位置一般在 217280nm ； max 和 max的大小共轭链的长短及取代基的位置有关。 根据 K 带是否出现，可判断分子中共轭体系的存在的情况。在紫外光谱分 析中有重要应用。 乙酰苯紫外光谱图（ See Power Point ） ：羰基双键与苯环共扼：K 带强；苯 的 E2带与

14、K 带合并，红移；取代基使B 带简化；氧上的孤对电子： R带，n* 跃迁，跃迁禁阻，弱。 3芳香烃 Fig. 9-5为苯的紫外光谱图（乙醇溶剂） 。苯有三个吸收带，它们都是由* 跃迁引起的。 E1带出现在 185nm （MAX = 47，000） ， E2带出现在 204nm （MAX = 79，00 ） ， 强吸收带。 它们是由苯环结构中， 三个乙烯的环状共轭系统的跃迁所产生的，是 芳香族化合的特征吸收。 B 带出现在 255nm （MAX = 200） 。这是由*跃迁的振动重叠引起的。在 气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B 谱带有许多的精细结构，这是由 于振动跃迁在基态电子跃迁上的叠

15、加而引起的。在极性溶剂中， 这些精细结构消 失。 当苯环上有取代基时， 苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较 大的是 E2带和 B 谱带。 当苯环与生色团连结时，有B 和 K 两种吸收带，有时还有R吸收带，其中 R吸收带的波长最长。 稠环芳烃，如萘、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带， 但是与苯本身相比较， 这三个吸收带均发生红移， 且强度增加。 随着苯环数目的增多， 吸收波长红移越 多，吸收强度也相应增加。 当芳环上的 -CH 基团被氮原子取代后， 则相应的氮杂环化合物 （如吡啶、 喹 啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似， 即吡啶与苯相似， 喹啉与萘相似。 此外，由于引入含有 n

16、电子的 N 原子的，这类杂环化合物还可能产生n*吸收 带。 3羰基化合物 羰基化合物含有C=O 基团。C=O 基团主要可产生*、 n* 、 n* 三个吸收带，n*吸收带又称R 带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸 及羧酸的衍生物， 如酯、酰胺等， 都含有羰基。 由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸 的衍生物在结构上的差异，因此它们n*吸收带的光区稍有不同。 羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n*吸收带，但是，羧酸及羧酸的衍生物的 羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR 等，由 于这些助色团上的n 电子与羰基双键的电子产生 n共轭，导致 *轨道的能级 有所提高，但这种共轭作用

17、并不能改变n 轨道的能级，因此实现n* 跃迁所 需的能量变大，使n*吸收带蓝移至 210nm左右。 第三节无机化合物的紫外吸收光谱 Inorganic Molecular Ultraviolet Absorption Spectroscopy 产生无机化合物紫外、 可见吸收光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类： 电 荷迁移跃迁和配位场跃迁。 一电荷转移跃迁：吸收谱带200400nm 许多无机配合物有电荷迁移跃迁所产生的电荷迁移吸收光谱。 电荷迁移跃迁：指络合物吸收了可见- 紫外光后，电子从中心离子的某一轨 道跃迁到配位体的某一轨道， 或从配位体的某一轨道跃迁到与中心离子的某一轨 道。所产生的吸收

18、光谱称为 电荷迁移吸收光谱 。 （相当于内氧化还原反应） 。一般 可表示为： M n+-Lb- M (n+1)+ -L (b+1)- (h) Fe 3+-SCN- 2+ Fe 2+-SCN2+ （这就是配合物max=490nm为血红色原因） 金属配合物的电荷转移吸收光谱，有三种类型： 1. 电子从配体到金属离子 :相当于金属的还原； 2. 电子从金属离子到配体； 产生这种跃迁的必要条件是金属离子容易被氧化（处于低氧化态），配位体 具有空的反键轨道，可接受从金属离子转来的电子，如吡啶、2，2 -联吡啶， 1，10-二氮杂菲及其衍生物等，这类试剂易与可氧化性的 Ti(III)、 Fe(II)、 V

19、(II) 、 Cu(I) 等结合，生成有色配合物，反应过程中，电子从主要定域在金 属离子的 d 轨道，转移到配位体的 轨道上。 3. 电子从金属到金属 配合物中含有两种不同氧化态的金属时，电子可在其间转移， 这类配合物有 很深的颜色，如普鲁士蓝 KFeFe(CN)6, 硅 （磷、砷）钼蓝 H8SiMo2O5(Mo2O7)5 等。 过度金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离 子，均可产生电荷迁移跃迁。 如，Fe 2+-1 ，10邻二氮菲及 Cu+-1 ，10邻二氮菲配合物。 又如， Fe 3+OH- Fe 2+HO (h ) 此外，一些具有d 10电子结构的过度元素形成的卤

20、化物及硫化物，如 AgBr、 HgS等，也是由于这类跃迁而产生颜色。 电荷迁移吸收光谱出现的波长位置， 取决于电子给予体和电子接受体相应电 子轨道的能量差。 若中心离子的氧化能力越强，或配位体的还原能力越强， 则发 生跃迁时需要的能量越小，吸收光波长红移。 电荷迁移吸收光谱的 一般在 10 3104之间，其波长通常处于紫外区。 二、 配位场跃迁 配位场跃迁包括d - d 跃迁和 f - f 跃迁。元素周期表中第四、五周期 的过度金属元素分别含有3d和4d 轨道，镧系和锕系元素分别含有4f 和5f 轨道。 在配体的存在下， 过度元素五个能量相等的d 轨道和镧系元素七个能量相等的f 轨道分别分裂成

21、几组能量不等的d 轨道和 f 轨道。 当它们的离子吸收光能后， 低能态的 d 电子或 f 电子可以分别跃迁至高能态 的 d 或 f 轨道，这两类跃迁分别称为 d - d 跃迁和 f - f 跃迁。由于这两类跃 迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。 图9-6（See Power Point ）是Co(NH3)5X n+的吸收光谱，其中 d - d 跃迁属 配位场跃迁。 配位场跃迁吸收光谱的 一般在 10 -1 10 2之间，其波长通常处于可见区。 较小， 所以在定量分析上用途不大， 但可用于研究无机化合物的结构及键合理论。 第四节溶剂对紫外吸收光谱的影响 Effects

22、of Solvent on Spectra 溶剂对紫外 可见光谱的影响较为复杂。溶剂对紫外-可见吸收光谱的影响 有两个方面： 1有些溶剂特别是极性溶剂可能会影响溶质的最大吸收波长 改变溶剂的极性， 可能会使吸收带的最大吸收波长发生变化。原因是溶剂和 溶质之间常形成氢键，或溶剂的偶极是溶质的极性增强，引起n * 跃迁及 * 跃迁的吸收带迁移。 (See Power Point) 例1. 对亚异丙酮 (异丙叉丙酮 )紫外吸收光谱 下表(Table 9-5)为溶剂对亚异丙酮 (异丙叉丙酮 )紫外吸收光谱的影响。 正己烷 CHCl 3 CH3OH H2O * max/nm 230 238 237 24

23、3 n *max/nm 329 315 309 305 由上表可以看出， 当溶剂的极性增大时，由n * 跃迁产生的吸收带发生 蓝移，而由* 跃迁产生的吸收带发生红移。因此，在测定紫外、 可见吸收光 谱时，应注明在何种溶剂中测定。 例2. 苯酰丙酮 (See Power Point) 非极性 极性，n *跃迁：兰移；，； *跃迁：红移；。 2溶剂的极性溶剂可能会影响溶质吸收带的强度及形状 溶剂的极性溶剂不仅会影响溶质的吸收波长，而且会影响溶质吸收带的强度 及形状。 Fig.9-7 是苯酚在庚烷和乙醇中的紫外图谱。 图9.5 苯酚在庚烷和乙醇中的紫外图谱：1庚烷； 2. 乙醇 苯酚 B带的精细结构

24、在庚烷中清晰可见，但在苯酚在乙醇中则完全消失，而 呈现一个宽峰。 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。 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： 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 有良好的化学和光化学稳定性。 在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。 溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。 各种溶剂的使用最低波长

25、极限见Table 9-6(P278) 第三节紫外- 可见分光光度计 一、组成部件(See Power Point) 分光光度计按使用的波长范围可分为：紫外分光光度计（200 400nm ） 、可 见分光光度计（ 400 800nm）和紫外 -可见分光光度计（ 200 1000nm，现在多 用） 。紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸 收池、检测器和信号指示系统。 1光源 对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域内能够发射连续辐射，有 足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。 分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类。 热辐

26、射光源用于可见光区， 如钨丝灯和卤钨灯； 气体放电光源用于紫外光区， 如氢灯和氘灯。 钨灯和碘钨灯可使用的范围在340 2500nm。这类光源的辐射能 量与施加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电压4次方成正比。 光电流与灯丝电压的n次方（ n 1）成正比。因此必须严格控制灯丝电压，仪器 必须配有稳压装置。 在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。它们可在 160 375 nm范围内产生连续 光源。氘灯的灯管内充有氢的同位素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源， 其光谱分布与氢灯类似，但光强度比相同功率的氢灯要大35倍。 2单色器 单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功

27、能： 产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。(See Power Point) 单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、 色散元件、 聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。其核心部分是色散元件， 起分光 的作用。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度、 选择性及校准曲线的线性关系等。 能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。 棱镜有玻璃和石英两种材料。 它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜 时有不同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光， 所以玻璃棱 镜只能用于 350 3200 nm的波长范围，即只能用于可见光域内。石英

28、棱镜可使 用的波长范围较宽， 可从185 4000nm，即可用于紫外、 可见和近红外三个光域。 光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫外、可见及红外光域， 而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。 它具有色散波长范围 宽、分辨本领高、 成本低、 便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠 而产生干扰。 入射、出射狭缝， 透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决定单色器性 能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色光纯度， 但过小的狭缝又会减弱光强。 3吸收池 (See Power Point) 吸收池用于盛放分析试样， 一般有石英和玻璃材料两种。 石英池适用于可见 光区及紫外光区，

29、 玻璃吸收池只能用于可见光区。为减少光的损失，吸收池的光 学面必须完全垂直于光束方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸 收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度 等对分析结果都有影响。 4检测器 (See Power Point) 检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置。 常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。 硒光电池对光的敏感范围为300800nm，其中又以 500 600nm最为灵敏。 这种光电池的特点是能产生可直接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出 现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中。 光电管在紫外 -可

30、见分光光度计上应用较为广泛。 光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏度比一般的光电管要 高200倍，因此可使用较窄的单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨 能力。 5信号指示系统 它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用的信号指示装置 有直读检流计、 电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的 分光光度计装配有微处理机， 一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可 进行数据处理。 二、紫外 -可见分光光度计的类型 紫外-可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型，即单光束分光光 度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。 1单光束分光光度计 经单色器

31、分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光 度的测定。 这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易， 适用于常规 分析。 (See Power Point) 2双光束分光光度计 经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，一束通过参比池， 一束 通过样品池。 光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比， 经对 数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。(See Power Point) 双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通 过参比池和样品池，还能自动消除光源强度变化所引起的误差。 3双波长分光光度计 由同一光源发出的光被分成

32、两束，分别经过两个单色器， 得到两束不同波长 （ 1和2）的单色光；利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池， 然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度 差值 A（A=A 1-A2） 。对于多组分混合物、 混浊试样（如生物组织液） 分析， 以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法， 往往 能提高方法的灵敏度和选择性。 利用双波长分光光度计， 能获得导数光谱。(See Power Point) 通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便地转化为单波长工作方 式。如果能在1和2处分别记录吸光度随时间变化的曲线，还能进行化学反应动 力学

33、研究。 三、分光光度计的校正 通常在实验室工作中， 验收新仪器或实验室使用过一段时间后都要进行波长 校正和吸光度校正。 建议采用下述的较为简便和实用的方法来进行校正：镨铷玻璃或钬玻璃都 有若干特征的吸收峰，可用来校正分光光度计的波长标尺，前者用于可见光区， 后者则对紫外和可见光区都适用。也可用K2CrO4标准溶液来校正吸光度标度。 第五节紫外吸收光谱的应用 Applications of Ultraviolet Molecular Absorption Spectrometry 紫外可见分光光度法是一种广泛应用的定量分析方法，也是对物质进行定 性分析和结构分析的一种手段，同时还可以测定某些化合

34、物的物理化学参数，例 如摩尔质量、配合物的配合比和稳定常数、以及酸、碱的离解常数等。 一、 定性分析 就其定性分析而言， 紫外可见分光光度法在无机元素的定性分析应用方面 是比较少的， 无机元素的定性分析主要用原子发射光谱法或化学分析法；而主要 的应用是有机和化合物的定性分析和结构分析。 定性分析的光谱依据是： 吸收光谱的形状、 吸收峰的数目和位置及相应的摩 尔吸光系数，而最大吸收波长及相应的是定性分析的最主要参数。 在有机化合物的定性分析鉴定及结构分析方面，由于有些有机化合物在紫外 区没有吸收带， 有些仅有简单而宽的吸收带，光谱信息较少， 特征性不强； 另一 方面，紫外可见光谱反映的基本上是分

35、子中生色团和助色团的特性（而且不少 简单官能团在近紫外及可见光区没有吸收或吸收很弱）， 而不是整个分子的特性， 例如，甲苯和乙苯的紫外光谱实际上是一样的。因此，单根据一个化合物的紫外 光谱不能完全确定其分子结构，这种方法的应用有较大的局限性。但是它适用于 不饱和有机化合物， 尤其是共轭体系的鉴定， 以此推断未知物的骨架结构。 此外， 它可配合红外光谱法、 核磁共振波谱法和质谱法等常用的结构分析法进行定量鉴 定和结构分析，是不失为一种有用的辅助方法。 一般定性分析方法有如下两种： 1. 比较吸收光谱曲线法 吸收光谱的形状、 吸收峰的数目和位置及相应的摩尔吸光系数，是定性分析 的光谱依据，而最大吸

36、收波长及相应的是定性分析的最主要参数。比 较法有标准物质比较法和标准谱图比较法两种。 . 标准物质比较法 利用标准物质比较， 在相同的测量条件下， 测定和比较未知物与已知标准物 的吸收光谱曲线，如果两者的光谱完全一致， 则可以初步认为它们是同一化合物。 为了能使分析更准确可靠，要注意如下几点： a. 尽量保持光谱的精细结构。为此，应采用与吸收物质作用力小的非极性溶 剂，且采用窄的光谱通带； b. 吸收光谱采用 lg A对 作图。这样如果未知物与标准物的浓度不同，则曲 线只是沿 lg A轴平移，而不是象A 曲线那样以 b 的比例移动，更便于比较 分析。 c. 往往还需要用其它方法进行证实，如红外

37、光谱等。 . 标准谱图比较法 利用标准谱图或光谱数据比较。常用的标准谱图有以下表中的四种： 1 Sadtler Standard Spectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978. 萨特勒标 准图谱库，共收集了 46000种化合物的紫外光谱。 2 R.A.Friedel and M.Orchin, “Ultrav iolet and Visible Absorption Spectra of Aromatic Compounds”,Wiley,New York, 1951. 本书收集了 597种 芳香化合物的紫外光谱。 3 Kenzo Hirayama：“Hand

38、book of Ultraviolet and Visible Absorption Spectra a of Organic Compounds.”,New York,Plenum,1967 。 4 “Organic Electronic Spectral Data”。 . 计算不饱和有机化合物最大吸收波长的经验规则 有伍德沃德（ Woodward ）规则和斯科特（ Scott ）规则。 当采用其它物理或化学方法推测未知化合物有几种可能结构后，可用经验规 则计算它们最大吸收波长， 然后再与实测值进行比较， 以确认物质的结构。 伍德 沃德规则。它是计算共轭二烯、多烯烃及共轭烯酮类化合物 * 跃

39、迁最大吸 收波长的经验规则， 参阅参考书 1 4 。计算时，先从未知物的母体对照表得 到一个最大吸收的基数，然后对连接在母体中 电子体系 ( 即共轭体系 ) 上的各 种取代基以及其他结构因素按上所列的数值加以修正，得到该化合物的最大吸收 波长 max。 二、有机化合物分子结构的推断 紫外可见分光光度法可以进行化合物某些基因的判别、共轭体系及构型、 构象的判断。 1. 推测化合物所含的官能团 有机物的不少基团 ( 生色团 ) ，如羰基、苯环、硝基、共轭体系等，都有其特 征的紫外或可见吸收带， 紫外可见分光光度法在判别这些基团时，有时是十分 有用的。 例1如果一个化合物在 220800nm分为内无

40、吸收峰，它可能是酯肪族碳氢 化合物、胺、醇、羧酸、氯代烃和氟代烃，不含双键或共轭体系，没有醛、酮或 溴、碘等基团。 例2如果在 210250 nm 有强吸收峰（ 104） ，表明含有两个双键的共轭 体系（K带） 。如1,3 丁二烯，max为217nm ，max为21,000 ；共轭二烯： K带（ 230 nm ） ；不饱和醛酮： K带 230 nm 。 例3若260350nm区域有很强的吸收带，则可能有35个双键的共轭体系， 如癸五烯有五个共轭双键，max为335nm ，max为118,000。 R带 310330 nm 例4若270350 nm有弱吸收峰（ =10100） ，而无其它吸收峰，

41、则说明只 含非共轭的，具有n 电子的生色团。 See P281 例5250300 nm 有中等强度的吸收峰（ =2002000） ，芳环的特征吸收 （具有精细解构的B带） 。(在184nm附近有强吸收带 (E1带) ，在204nm附近有中 强吸收带 (E2带) ，在260nm附近有弱吸收带且有精细结构(B 带) ，是苯环的特征 吸收，等等 ) 。 例6如在270300nm处有弱的吸收带，且随溶剂极性增大而发生蓝移，就 是羰基 n*跃迁所产生 R吸收带的有力证据。 可以从有关资料中查找某些基团的特征吸收带。 共轭体系会产生很强的K吸收带，通过绘制吸收光谱， 可以判断化合物是否 存在共轭体系或共轭

42、的程度。若在215250nm区域有强吸收带，则该化合物可 能有两至三个双键的共轭体系， 2. 异构体的判断 包括顺反异构及互变异构两种情况的判断。 . 顺反异构体的判断 生色团和助色团处在同一平面上时，才产生最大的共轭效应。 由于反式异构 体的空间位阻效应小， 分子的平面性能较好， 共轭效应强。 因此反式都大于顺式 异构体。 例如，肉桂酸的顺、反式的吸收如下： max280nm ，max =13500 max295nm ，max =27000 又如， 1,2- 二苯乙烯 顺式： max=280nm ；max=10500 （空间位阻，影响共平面） 反式： max=295 nm；max=27000

43、 共平面产生最大共轭效应，max大 同一化学式的多环二烯， 可能有两种异构体： 一种是顺式异构体； 另一种是异环 二烯，是反式异构体。 一般来说，异环二烯的吸收带强度总是比同环二烯来的大。 . 互变异构体的判断 某些有机化合物在溶液中可能有两种以上的互变异构体处于动态平衡中，这 种异构体的互变过程常伴随有双键的移动及共轭体系的变化，因此也产生吸收光 谱的变化。最常见的是某些含氧化合物的酮式与烯醇式异构体之间的互变。例如 乙酰乙酸乙酯就是和烯醇式两种互变异构体： 它们的吸收特性不同： 酮式异构体： * 跃迁：max=204nm ，max小；烯醇式异构体 （双键共轭）： * 跃迁：max=245n

44、m ，max=18000。 两种异构体的互变平衡与溶剂有密切关系。在像水这样的极性溶剂中， 由 于可能与 H2O形成氢键而降低能量以达到稳定状态，所以酮式异构体占优 势: 而像乙烷这样的非极性溶剂中，由于形成分子内的氢键， 且形成共轭体系， 使能 量降低以达到稳定状态，所以烯醇式异构体比率上升: 此外，紫外可见分光光度法还可以判断某些化合物的构象( 如取代基是平伏键 还是直立键 ) 及旋光异构体等。 三、 纯度检查 1如果一个化合物在紫外区没有吸收峰，而其中的杂质有较强的吸收，就可方 便的检该化合物中是否含有微量的杂质。 例1如检查甲醇或乙醇中是否含有杂质苯。苯在256nm处有 B吸收带，而

45、甲醇或乙醇在此波长附近几乎没有吸收。See Fig.9-9,9-10；P283。 例2检查四氯化碳中有无二硫化碳杂质。二硫化碳在318nm处有吸收峰。 2如果一个化合物在紫外可见区有较强的吸收带，有时可用摩尔吸收系数来检 查其纯度。 例3检查菲的纯度。在氯仿溶液中，菲在296nm处有强吸收（文献值 lg =4.10） 。如果测的样品溶液的lg 4.10 ，则说明含有杂质。 3工业上往往要把不干性油（双键不共轭）转变为干性油（双键共轭），可用紫 外光谱判断双键是否共轭。 饱和或双键不共轭 210nm ；两个共轭双键： 220nm ； 三个共轭双键： 270nm ；四个共轭双键： 310nm 。

46、四、定量分析 定量分析的依据：朗伯 - 比尔定律，同基础分析“分光光度分析法”部分。 应用广泛。 紫外可见分光光度法定量分析的方法常见到的有如下几种： 1单组分的定量分析 如果在一个试样中只要测定一种组分，且在选定的测量波长下， 试样中其它 组分对该组分不干扰， 这种单组分的定量分析较简单。一般有标准对照法和标准 曲线法两种。 标准对照法 在相同条件下， 平行测定试样溶液和某一浓度Cs（应与试液浓度接近） 的标 准溶液的吸光度 Ax和 As，则由 Cs可计算试样溶液中被测物质的浓度Cx： 标准对照法因使用单个标准，引起误差的偶然因素较多，故往往较不可靠。 标准曲线法 这是实际分析工作中最常用的

47、一种方法。配制一系列不同浓度的标准溶液， 以不含被测组分的空白溶液作参比，测定标准系列溶液的吸光度， 绘制吸光度 浓度曲线，称为校正曲线（也叫标准曲线或工作曲线）。在相同条件下测定试样 溶液的吸光度，从校正曲线上找出与之对应的未知组分的浓度。 此外，有时还可以采用标准加入法。 2. 多组分的定量分析 根据吸光度具有加和性的特点， 在同一试样中可以同时测定两个或两个以上 组分。假设要测定试样中的两个组分A、B，如果分别绘制A、B两纯物资的吸收 光谱，绘出三种情况，如图13.20所示。 (a) 情况表明两组分互不干扰，可以用测定单组分的方法分别在1、2测 定 A、B两组分； (b) 情况表明 A组

48、分对 B组分的测定有干扰，而B组分对 A组分的测定无干 扰，则可以在 1处单独测量 A组分，求得 A组分的浓度 CA。然后在 2处测量溶 液的吸光度及 A、B纯物质的和值，根据吸光度的加和性，即得 则可以求出 CB； . (c) 情况表明两组分彼此互相干扰，此时，在1、2处分别测定溶液的吸光 度及，而且同时测定 A、B纯物质的及。然后列出 联立方程 : 解得 CA、CB。显然，如果有 n 个组分的光谱互相干扰，就必须在n 个波长处分别 测定吸光度的加和值， 然后解 n 元一次方程以求出各组分的浓度。应该指出， 这 将是繁琐的数学处理， 且 n 越多，结果的准确性越差。 用计算机处理测定结果将 使运算大为方便。 3. 双波长分光光度法 当试样中两组分的吸收光谱较为严重时，用解联立方程的方法测定两组分的 含量可能误差较大， 这时可以用双波长分光光度法测定。它可以进行一组分在其 它组分干扰下， 测定该组分的含量， 也可以同时测定两组分的含量。