第3章-紫外吸收光谱基本原理课件

第三章第三章 紫外紫外-可见吸收光谱法可见吸收光谱法v概概 述述v紫外紫外 可见吸收光谱可见吸收光谱v紫外吸收光谱与分子结构的关系紫外吸收光谱与分子结构的关系v紫外分光光度计紫外分光光度计v紫外吸收光谱的应用紫外吸收光谱的应用2024/7/15第一节第一节 概述概述v研研究究物物质质在在紫紫外外、可可见见光光区区的的分分子子吸吸收收光光谱谱的的分析方法称为紫外分析方法称为紫外-可见分光光度法。可见分光光度法。v紫紫外外-可可见见分分光光光光度度法法是是利利用用某某些些物物质质的的分分子子吸吸收收200 200 800 800 nmnm光光谱谱区区的的辐辐射射来来进进行行分分析析测测定的方法。定的方法。v这这种种分分子子吸吸收收光光谱谱产产生生于于价价电电子子和和分分子子轨轨道道上上的的电电子子在在电电子子能能级级间间的的跃跃迁迁，广广泛泛用用于于无无机机和和有机物质的定性和定量测定。有机物质的定性和定量测定。2024/7/15紫外光谱法的特点（1）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。主要应用于共轭体系（共轭烯烃和不饱和羰主要应用于共轭体系（共轭烯烃和不饱和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。基化合物）及芳香族化合物的分析。（2）由于电子能级改变的同时，往往伴随有振）由于电子能级改变的同时，往往伴随有振动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，但峰形较宽。一般来说，利用紫外吸收光谱但峰形较宽。一般来说，利用紫外吸收光谱进行定性分析信号较少。进行定性分析信号较少。（3）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，灵敏度高，检出限低。灵敏度高，检出限低。2024/7/15吸收曲线 将不同波长的光透过某一固定浓度和将不同波长的光透过某一固定浓度和厚度的待测溶液，测量每一波长下待测溶厚度的待测溶液，测量每一波长下待测溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后液对光的吸收程度（即吸光度），然后以以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，作图，可得一曲线。这曲线描述了可得一曲线。这曲线描述了物质对不同波物质对不同波长的吸收能力，称长的吸收能力，称吸收曲线或吸收光谱。吸收曲线或吸收光谱。L不同波长的光不同波长的光第二节第二节 紫外紫外可见吸收光谱可见吸收光谱2024/7/15图3-1紫外可见吸收光谱示意图末端吸收末端吸收最强峰最强峰肩峰肩峰峰谷峰谷次强峰次强峰 max min A2024/7/156 max min A 2.对于同一待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；对于同一待测溶液，浓度愈大，吸光度也愈大；3.对对于于同同一一物物质质，不不论论浓浓度度大大小小如如何何，最最大大吸吸收收峰峰所所对对应应的的波波长长(最最大大吸吸收收波波长长 maxmax)不不变变。并并且且曲曲线线的的形形状状也也完完全全相同。相同。分析吸收曲线分析吸收曲线分析吸收曲线分析吸收曲线可以看到：可以看到：可以看到：可以看到：1.1.同一浓度的同一浓度的同一浓度的同一浓度的待测溶液对不待测溶液对不待测溶液对不待测溶液对不同波长的光有同波长的光有同波长的光有同波长的光有不同的吸光度不同的吸光度不同的吸光度不同的吸光度;2024/7/151.吸收峰的形状及所在位置吸收峰的形状及所在位置 定性、定结构的依据定性、定结构的依据2.吸收峰的强度吸收峰的强度定量的依据定量的依据 A=lgI0/I=cL ：摩尔吸收系数摩尔吸收系数 单位：单位：L.cm-1.mol-1 A A单色光单色光I0IL2024/7/15 在在数值上等于数值上等于1mol/L的吸光物质在的吸光物质在1cm光程中的光程中的吸光度，吸光度，=A/cL，与入射光波长、溶液的性质与入射光波长、溶液的性质及温度有关。及温度有关。（1）吸光物质在特定波长和溶剂中的一个特吸光物质在特定波长和溶剂中的一个特 征常数征常数，定性的主要依据。，定性的主要依据。（2）值愈大，方法的灵敏度愈高。值愈大，方法的灵敏度愈高。10 104 4 强吸收强吸收强吸收强吸收 =10=103 310104 4 较强吸收较强吸收较强吸收较强吸收 =10=102 210103 3 中吸收中吸收中吸收中吸收 10 210甘油甘油 230乙醇乙醇 210氯仿氯仿 245甲醇甲醇 210四氯化碳四氯化碳 265异丙醇异丙醇 210乙酸甲酯乙酸甲酯 260正正丁醇丁醇 210乙酸乙酯乙酸乙酯 26096%硫酸硫酸 210乙酸正丁酯乙酸正丁酯 260乙醚乙醚 220苯苯 280二氧六环二氧六环 230甲苯甲苯 285二氯二氯甲烷甲烷 235吡啶吡啶 303己烷己烷 200丙酮丙酮 330环环己烷己烷 200二二硫化碳硫化碳 3752024/7/15二、无机化合物的紫外二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的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。跃迁和配位场跃迁。（一）电荷迁移跃迁（一）电荷迁移跃迁无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。移吸收光谱。在配合物的中心离子和配位体中，当一个在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。2024/7/15 不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成不少过渡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，均可产生电荷迁移的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。跃迁。此外，一些具有此外，一些具有d d1010电子结构的过渡元素形成的卤电子结构的过渡元素形成的卤化物及硫化物，如化物及硫化物，如AgBrAgBr、HgSHgS等，也是由于这类跃迁等，也是由于这类跃迁而产生颜色。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。给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。例如例如:SCN:SCN-电子亲和力比电子亲和力比ClCl-小小,Fe,Fe3+3+-SCN-SCN-络合物络合物的最大吸收波长大于的最大吸收波长大于FeFe3+3+-ClCl-络合物络合物,前者在可见光前者在可见光区区,后者在紫外区。后者在紫外区。2024/7/15（二）配位场跃迁（二）配位场跃迁 配位场跃迁包括配位场跃迁包括dddd 跃迁和跃迁和ffff 跃迁。元素周跃迁。元素周期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有期表中第四、五周期的过渡金属元素分别含有3d3d和和4d4d轨道，镧系和锕系元素分别含有轨道，镧系和锕系元素分别含有4f4f和和5f5f轨道。在轨道。在配体的存在下，过渡元素五个能量相等的配体的存在下，过渡元素五个能量相等的d d轨道和镧轨道和镧系元素七个能量相等的系元素七个能量相等的f f轨道分别分裂成几组能量不轨道分别分裂成几组能量不等的等的d d轨道和轨道和f f轨道。当它们的离子吸收光能后，低轨道。当它们的离子吸收光能后，低能态的能态的d d电子或电子或f f电子可以分别跃迁至高能态的电子可以分别跃迁至高能态的d d或或f f轨道，这两类跃迁分别称为轨道，这两类跃迁分别称为dddd 跃迁和跃迁和ffff 跃迁。跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能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。发生，因此又称为配位场跃迁。2024/7/15 配位体的配位场越强，配位体的配位场越强，d轨道分裂能就越大轨道分裂能就越大,吸收吸收峰波长就越短。峰波长就越短。例如，例如，H2O的配位场强度小于的配位场强度小于NH3的配位场强度，所以的配位场强度，所以Cu2+的水合离子呈浅蓝色的水合离子呈浅蓝色,吸收吸收峰峰794nm处，而它的氨合离子呈深蓝色，吸收峰在处，而它的氨合离子呈深蓝色，吸收峰在663nm处。处。一些常见配位体配位场强弱顺序为：一些常见配位体配位场强弱顺序为：IBrClOH2422SCN 吡啶吡啶NH3 乙二胺联吡啶邻二氮菲乙二胺联吡啶邻二氮菲NO2 CN2024/7/15(三三)金属离子影响下的配位体金属离子影响下的配位体 *跃迁跃迁 吸收光度法所使用的显色剂绝大多数都含有生吸收光度法所使用的显色剂绝大多数都含有生色团及助色团色团及助色团,其本身为有色化合物。当与金属离子其本身为有色化合物。当与金属离子配位时，作为配位体的显色剂，其共轭结构发生了配位时，作为配位体的显色剂，其共轭结构发生了变化，导致其吸收光谱变化，导致其吸收光谱蓝移或红移蓝移或红移。2024/7/15三、吸收带三、吸收带是指吸收峰在紫外是指吸收峰在紫外-可见光谱中的谱带位置。可可见光谱中的谱带位置。可分为分为4种类型：种类型：1.R吸收带吸收带n跃迁产生跃迁产生具有杂原子和双键的共轭基团。具有杂原子和双键的共轭基团。一般小于一般小于100，属于属于弱吸收弱吸收。2.K吸收带吸收带跃迁产生跃迁产生是共轭分子的特征吸收带，由此可判断化合物中是共轭分子的特征吸收带，由此可判断化合物中的共轭结构。的共轭结构。一般在一般在104以上，属于以上，属于强吸收强吸收。2024/7/153.B吸收带吸收带跃迁产生跃迁产生由苯环（由苯环（杂环杂环）产生的吸收带，在）产生的吸收带，在230270nm呈现一宽峰，且具有精细结构（在极呈现一宽峰，且具有精细结构（在极性溶剂中测定，或苯环上有取代基时消失）。性溶剂中测定，或苯环上有取代基时消失）。200200，弱吸收弱吸收。2024/7/154.E吸收带吸收带 跃迁产生跃迁产生苯环内三个乙烯基共轭发生的苯环内三个乙烯基共轭发生的跃迁产生。跃迁产生。可分为可分为E1和和E2二个吸收带。二个吸收带。E1带吸收峰约在带吸收峰约在180nm，观察不到。，观察不到。E2带吸收峰约在带吸收峰约在200nm，7000，强吸收，强吸收。当苯环上有生色团取代时，当苯环上有生色团取代时，E2带常与带常与K带合并，吸带合并，吸收峰红移。收峰红移。2024/7/15例如，苯乙酮例如，苯乙酮羰羰基基双双键键与与苯苯环环共共扼扼，E2带与带与K 带合并，红移；带合并，红移；取代基使取代基使B 带简化；带简化；氧上孤对电子：氧上孤对电子：R 带，弱带，弱CC H3On ;R带 ;K带2024/7/15四、各类有机化合物的紫外吸收光谱四、各类有机化合物的紫外吸收光谱（一）饱和烃及其取代衍生物（一）饱和烃及其取代衍生物 只含有只含有CH和和CC单键，只含有，只含有电子，子，跃迁迁类型型*，吸收在，吸收在远紫外区，紫外区，观测不不到。到。己己烷、环己己烷、庚、庚烷、异辛、异辛烷、甲醇、甲醇、乙醇等在乙醇等在200400 nm范范围无吸收，常用作无吸收，常用作溶溶剂。2024/7/15 （1 1）简单的碳）简单的碳-碳双键碳双键 可产生可产生*，*跃迁跃迁 乙烯乙烯*跃迁的跃迁的maxmax为为16165 nm5 nm，maxmax为为:1:110104 4 L Lmolmol-1-1cmcm1 1。(看不到看不到)助色基团取代，使助色基团取代，使K 带发生红移。带发生红移。（二）（二）不饱和烃及共轭烯烃不饱和烃及共轭烯烃 K带带：共轭非封闭体系的共轭非封闭体系的 p*跃迁跃迁2024/7/15165nm 217nm (HOMOLVMO)max无环、非稠环二烯母体：无环、非稠环二烯母体：max=217nm（2）共轭烯烃中的）共轭烯烃中的 *2024/7/15异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体：max=214nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：同环（非稠环或稠环）二烯母体：max=253nm(1)每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 +30(2)环外双键环外双键 +5(3)双键上取代基：双键上取代基：酰基（酰基（-OCOR）0卤素（卤素（-Cl，-Br）+5烷基（烷基（-R）+5烷氧基（烷氧基（-OR）+62024/7/15（三三）醛和酮（羰基化合物）醛和酮（羰基化合物）Y=H,R，三种跃迁：，三种跃迁：n *270 300nm，R 带带 1020 n *180 190nm *150 160nm，K 带带 R 带是醛、酮的特征吸收带。带是醛、酮的特征吸收带。K 带红移，带红移，R 带篮移；带篮移；R 带带 max=205 nm；10100 Y=-NH2,-OH,-OR 等助色基团等助色基团2024/7/15 n 165nm n 不饱和醛酮不饱和醛酮羰基双键与乙烯基双键共轭羰基双键与乙烯基双键共轭C|CCO羰基双键羰基双键 R 带带(n*)红移：红移：290310nm 102,弱弱吸收。吸收。由于共轭效应，使乙烯基由于共轭效应，使乙烯基 *跃迁（跃迁（165nm）红移成为）红移成为K 带。带。K带：带：165250nm10104 4,强强吸收。吸收。利用这一特征识别利用这一特征识别 不饱和醛酮，不饱和醛酮，2024/7/15（四四）芳香族化合物芳香族化合物 (1)苯苯：三三个个共共轭轭双双键键的的 *跃迁特征吸收带：跃迁特征吸收带：E1带带180 184nm；=47000在远紫外区，意义不大；在远紫外区，意义不大；E2带带200 204 nm，=7900可观测，中强带；可观测，中强带；B带带230-270 nm，=204，*与与苯苯环环振振动动引引起起，有精细结构。有精细结构。2024/7/15(2)取代苯取代苯：取取代代基基影影响响苯苯原原有有的的三三个个吸吸收收带带，使使B带带简简单化，红移，强度增加。单化，红移，强度增加。max（nm）max苯苯254200甲苯甲苯261300间二甲苯间二甲苯2633001，3，5-三甲苯三甲苯266305六甲苯六甲苯2723002024/7/15(3)稠环芳香族化合物稠环芳香族化合物：最最大大特特征征：共共轭轭体体系系增增加加，使使吸吸收收波波长长红移红移，强度增加强度增加。2024/7/15第三节第三节 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计UV-2501PC 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计2024/7/15一、基本部件2024/7/15 1.1.光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光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、较长的谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。使用寿命。可见光区：可见光区：钨灯钨灯作为光源，其辐射波长范围在作为光源，其辐射波长范围在32032025002500 nmnm。紫外区：紫外区：氢、氘灯氢、氘灯，发射，发射185185400400nmnm的连续光谱。的连续光谱。2024/7/15 2.2.单色器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，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外装置，其主要功能：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。可见区域内任意可调。单色器主要组成部件单色器主要组成部件 入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；色散元件：将复合光分解成单色光；一般用光栅；色散元件：将复合光分解成单色光；一般用光栅；聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；焦至出射狭缝；出射狭缝出射狭缝。2024/7/15v单色器的核心部分是色散元件，起分光的作用。单色器的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、选择性及标准曲线的线性影响到测定的灵敏度、选择性及标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关系等。能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。光栅。v棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是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。将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于所以玻璃棱镜只能用于3503503200 nm3200 nm的波长范围，的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从范围较宽，可从1851854000nm4000nm，即可用于紫外、可，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。见和近红外三个光域。2024/7/15v光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可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。具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。它具有它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠而缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。产生干扰。v入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中入射、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小直接影响单色光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。光强。2024/7/153.3.样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。（比色皿）和相应的池架附件。在紫外区须采用在紫外区须采用石英池石英池，可见可见区一般用玻璃池。区一般用玻璃池。4.4.检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。有光电池、光电管或光电倍增管。5.5.结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理仪器自动控制和结果处理2024/7/15二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型1.1.单光束单光束简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。检测器具有很高的稳定性。2.2.双光束双光束自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。结构分析。仪器复杂，价格较高。2024/7/15单色器 同步旋转镜单色器单色器参比参比样品样品检测器检测器显示器显示器斩光器斩光器光源光源（二）双光束分光光度计 参比样品光源2024/7/153.3.双波长双波长 将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光(1 1、2 2)快速交替通过同一快速交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。1 12 2 nmnm，两波长同时扫描即可获得导数光谱。，两波长同时扫描即可获得导数光谱。2024/7/15单色器单色器吸收池接收器1122图图3.7 3.7 双波长分光光度计原理图双波长分光光度计原理图2024/7/15第四节第四节 紫外吸收光谱的应用紫外吸收光谱的应用一一、紫紫外外吸吸收收光光谱谱法法在在有有机机定定性性分分析析中中的应用的应用 紫紫外外吸吸收收光光谱谱最最主主要要的的应应用用是是在在有有机机化化合合物物的的定定性性、定定量量分分析析方方面面，例例如如化化合合物物的的鉴鉴定定、结结构构分分析析和和纯纯度度检检查查等等，在药物、天然化合物中应用较多。在药物、天然化合物中应用较多。2024/7/15（一）化合物的鉴定（一）化合物的鉴定有机化合物的鉴定，一般采用光谱比较法。有机化合物的鉴定，一般采用光谱比较法。即将即将未知纯化合物的吸收光谱特征，如吸收峰的数目、未知纯化合物的吸收光谱特征，如吸收峰的数目、位置、相对强度以及吸收峰的形状（极大、极小位置、相对强度以及吸收峰的形状（极大、极小和拐点），与已知纯化合物的吸收光谱进行比较。和拐点），与已知纯化合物的吸收光谱进行比较。为了便于比较，吸收光谱常以为了便于比较，吸收光谱常以 lgAlgA对对作图，作图，此此时朗伯时朗伯比尔定律可写成比尔定律可写成 lgAlgA=lgk+lg(bclgk+lg(bc)2024/7/15 公公式式右右边边只只有有k k随随波波长长变变化化。因因此此，即即使使浓浓度度c c和和吸吸收收池池厚厚度度b b不不同同，也也只只使使吸吸收收曲曲线线上上下下移移动动，并并不不影影响响形形状状。若若未未知知化化合合物物和和纯纯已已知知化化合合物物的的吸吸收光谱非常一致，则可认为就是同一种化合物。收光谱非常一致，则可认为就是同一种化合物。但但是是，由由于于大大多多数数有有机机化化合合物物的的紫紫外外可可见见光光谱谱比比较较简简单单，谱谱带带宽宽且且缺缺乏乏精精细细结结构构，特特征征性性不不明明显显，而而且且很很多多生生色色团团的的吸吸收收峰峰几几乎乎不不受受分分子子中中其其它它非非吸吸收收基基团团的的影影响响，因因此此，仅仅依依靠靠紫紫外外光光谱谱数数据据来来鉴鉴定定未未知知化化合合物物具具有有较较大大的的局局限限性性，必必须须与与其其他他方方法法如如红红外外光光谱谱法法、核核磁磁共共振振波波谱谱法法等等相相配配合合，才才能能对未知化合物进行准确的鉴定。对未知化合物进行准确的鉴定。2024/7/15紫外可见的局限性：紫外可见的局限性：（1）简单，特征不强）简单，特征不强（2）有机化合物多数官能团在紫外可见）有机化合物多数官能团在紫外可见区无吸收或微弱区无吸收或微弱（3）局限于不饱和有机物）局限于不饱和有机物（4）辅助手段）辅助手段（5）更多地应用于定量分析）更多地应用于定量分析2024/7/15（二）结构分析（二）结构分析紫紫外外吸吸收收光光谱谱虽虽然然不不能能对对一一种种化化合合物物作作出出准准确确鉴鉴定定，但但对对化化合合物物中中官官能能团团和和共共轭轭体体系系的的推推测测与与确确定却是非常有效的。一般有以下规律：定却是非常有效的。一般有以下规律：（1 1）在在220220280nm280nm范范围围内内无无吸吸收收，可可推推断断化化合合物物不不含含苯苯环环、共共轭轭双双键键、醛醛基基、酮酮基基、溴溴和和碘碘（饱饱和和脂肪族溴化物在脂肪族溴化物在220220210 nm210 nm有吸收）。有吸收）。2024/7/15（2 2）在在210210250nm250nm有有强强吸吸收收，表表示示含含有有共共轭轭双双键键，如如在在260nm260nm、300nm300nm、330nm330nm左左右右有有高高强强度度吸吸收收峰峰，则化合物含有则化合物含有3 35 5个共轭个共轭键。键。（3 3）在在270270300nm300nm区区域域内内存存在在一一个个随随溶溶剂剂极极性性增增大而向短波方向移动的弱吸收带，表明有羟基存在。大而向短波方向移动的弱吸收带，表明有羟基存在。（4 4）在在约约260nm260nm处处有有具具有有振振动动精精细细结结构构的的弱弱吸吸收收带带则说明有苯环存在。则说明有苯环存在。（5 5）如如化化合合物物有有许许多多吸吸收收峰峰，甚甚至至延延伸伸到到可可见见光光区，则可能为多环芳烃。区，则可能为多环芳烃。2024/7/15 紫紫外外可可见见吸吸收收光光谱谱也也可可以以用用来来作作同同分分异异构构体体的的判别判别。例如，下面两种化和物：。例如，下面两种化和物：()()用用化化学学方方法法只只能能测测出出它它们们各各含含有有两两个个羰羰基基，但但二二者者的的紫紫外外光光谱谱却却有有很很大大差差别别。化化合合物物()在在270nm处处有有最最大大吸吸收收，吸吸收收峰峰位位置置与与丙丙酮酮相相同同而而强强度度差差不不多多是是丙丙酮酮的的两两倍倍。化化合合物物()由由于于两两个个碳碳氧氧双双键键共共轭轭，吸吸收峰出现在收峰出现在400nm左右。左右。2024/7/15例如，在顺式肉桂酸和反式肉桂酸中，顺式空间例如，在顺式肉桂酸和反式肉桂酸中，顺式空间位阻大，苯环与侧链双键共平面性差，不易产生共轭；位阻大，苯环与侧链双键共平面性差，不易产生共轭；反式空间位阻小，双键与苯环在同一平面上，容易产反式空间位阻小，双键与苯环在同一平面上，容易产生共轭。因此，反式的最大吸收波长生共轭。因此，反式的最大吸收波长max=295 nm（max=7000），），而顺式的最大吸收波长而顺式的最大吸收波长max=280 nm（max=13500）采采用用紫紫外外光光谱谱法法，还还可可以以测测定定某某些些化化合合物物的的互互变变异异构构现现象象。例例如如，乙乙酰酰乙乙酸酸乙乙酯酯有有酮酮式式和和烯烯醇醇式式间的互变异构：间的互变异构：2024/7/15二、催化动力学光度法二、催化动力学光度法 所所谓谓动动力力学学分分析析法法是是指指通通过过测测量量反反应应速速率率来来进进行行定定量量分分析析的的方方法法。催催化化反反应应速速率率在在一一定定范范围围内内与与催催化化剂剂浓浓度度成成比比例例关关系系，因因而而以以光光度度法法或或其其它它方方法法检测催化反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。检测催化反应速率就可以实现对催化剂浓度的测定。D+E=F+G催化剂 在在催催化化动动力力学学光光度度法法分分析析中中，既既可可以以催催化化显显色色反反应应作作指指示示反反应应，又又可可以以催催化化褪褪色色反反应应作作指指示示反反应应，对于反应：对于反应：2024/7/15（1）若若产产物物F为为有有色色化化合合物物，通通过过检检测测反反应应过过程程中中F组分的吸光度以确定反应速率，组分的吸光度以确定反应速率，t时刻时刻F组分的吸光度，由朗伯组分的吸光度，由朗伯比尔定律得：比尔定律得：当当反反应应物物E、D大大量量过过量量，在在检检测测过过程程中中浓浓度度变变化化可可以以忽忽略的情况下略的情况下CDCE与与Ka合并为合并为Kb，上式可简化为，上式可简化为2024/7/15(2)若若反反应应物物D为为有有色色化化合合物物，通通过过检检测测反反应应过过程程中中D组分的吸光度以确定反应速度，组分的吸光度以确定反应速度，当当E组分大量过量时，组分大量过量时，CE可视为常数，与可视为常数，与Kc合并为合并为Kd则则以以D组分在组分在0时刻的吸光度时刻的吸光度A0和和t时刻的吸光度时刻的吸光度A来表示来表示2024/7/15常常用用的的催催化化动动力力学学光光度度法法有有固固定定吸吸光光度度法法、固固定时间法和斜率法定时间法和斜率法,其中固定时间法最为简单。其中固定时间法最为简单。从从以以上上公公式式可可知知：当当t t固固定定不不变变时时，A A（显显色色法法）或或lg(Alg(A0 0/A/A）（褪褪色色法法）与与催催化化剂剂浓浓度度成成正正比比，因因此此可依据此原理制作标准曲线进行分析。可依据此原理制作标准曲线进行分析。催催化化动动力力学学光光度度法法具具有有极极高高的的测测定定灵灵敏敏度度，检检出出限限一一般般为为1010-10-101010-8-8g gmlml-1-1,有有时时可可低低至至1010-12-12g gmlml-1-1。但但影影响响该该法法测测定定准准确确度度的的因因素素较较多多，操操作作要要求求严严格格，测量精度较差。测量精度较差。2024/7/15三、定量分析三、定量分析用用已已知知的的标标准准样样品品配配制制成成一一系系列列不不同同浓浓度度的的溶溶液液，在在一一定定的的实实验验条条件件和和合合适适的的波波长长下下，分分别别测测定定其其吸吸光光度度，然然后后以以吸吸光光度度相相对对于于物物质质的的浓浓度度作作图图，得得一一吸吸光光度度与与浓浓度度的的校校正正曲曲线线图图。理理想想的的校校正正曲曲线线应应为为通通过过原原点点的的直直线线，利利用用该该线线性性关关系系，就就能能求求得得待测组份中该物质的含量。待测组份中该物质的含量。对对于于双双组组分分的的测测定定可可以以采采用用解解联联立立方方程程的的方方法法分别计算其含量。分别计算其含量。2024/7/15（一）解联立方程组的方法（一）解联立方程组的方法 图3.11 吸光度与浓度的校正曲线图2024/7/15（二）双波长分光光度法（二）双波长分光光度法 1、等吸收波长法等吸收波长法 当混合组份的吸收曲线是如图所示的当混合组份的吸收曲线是如图所示的情况时，除用解二元一次方程组的方法测定外，还可采用等情况时，除用解二元一次方程组的方法测定外，还可采用等吸收波长法。吸收波长法。为为了了消消除除干干扰扰组组份份的的吸吸收收，一一般般采采用用作作图图法法确确定定干干扰扰组组份份的的等等吸吸收收波波长长。图图中中是是混混合合试试样样中中A、B两两组组份份的的吸吸收收曲曲线线，其其中中A是是干干扰扰组组份份，B是是待待测测组组份份。在在用用作作图图法法选选择择波波长长时时，可可将将测测定定波波长长2选选在在被被测测组组份份B的的吸吸收收峰峰处处（或或其其附附近近），而而参参比比波波长长1的的选选择择，应应考考虑虑能能消消除除干干扰扰物物质质的的吸吸收收，即即使使 A组组份份在在1的的吸吸光光度度等等于于它在它在2的吸光度的吸光度（A1=A2）。）。2024/7/15根根据据吸吸光光度度的的加加和和原原则则，混混合合物物在在1和和2处处的的吸吸光度分别为：光度分别为：21ABA图图3.12 A3.12 A、B B吸收曲线吸收曲线2024/7/15双波长分光光度计的输出信号是：双波长分光光度计的输出信号是：输出信号输出信号 A与干扰组份无关，它正比于与干扰组份无关，它正比于B组份的组份的浓度浓度c，这样就消除了干扰组份的影响。，这样就消除了干扰组份的影响。由于双波长分光光度计使用同一光源，即由于双波长分光光度计使用同一光源，即1及及2强度相等，根据强度相等，根据AA2=AA1，所以，所以2024/7/152、系系数数倍倍率率法法 当当干干扰扰组组份份A不不存存在在吸吸光光度度相相等等的的两两个个波波长时，采用上述方法不能测量长时，采用上述方法不能测量B组份的含量，组份的含量，如如图图所所示示（下下页页），此此时时，可可采采用用系系数数倍倍率率法法测测定定。设设A组组份在份在1和和2的吸光度分别为的吸光度分别为AA1和和AA2，则倍率系数则倍率系数K为为若使用若使用倍率系数仪倍率系数仪将将AA1的值扩大的值扩大K倍，则有倍，则有与等吸收波长法类似，与等吸收波长法类似，A组份的干扰被消除。这种方法也组份的干扰被消除。这种方法也可以用于测定含有三种组份的混合样品。可以用于测定含有三种组份的混合样品。2024/7/15图3.13 吸收曲线ABBA2024/7/153 3、双波长法测定混浊样品、双波长法测定混浊样品 在用双光束法测定混浊样品时，由于参比溶剂在用双光束法测定混浊样品时，由于参比溶剂不像样品那样混浊，因此测量时不能消除样品混浊不像样品那样混浊，因此测量时不能消除样品混浊产生的背景吸收。在双波长法测定中，若将产生的背景吸收。在双波长法测定中，若将2 2设在设在样品的吸收峰上，样品的吸收峰上，1 1设在样品无特征吸收的波长上，设在样品无特征吸收的波长上，此时此时1 1和和2 2处的背景吸收应相等。显然，处的背景吸收应相等。显然，2 2 上测上测得的是样品本身的吸收与背景吸收的总和，得的是样品本身的吸收与背景吸收的总和，1 1测得测得的是背景吸收，因此，用双波长法可以消除样品混的是背景吸收，因此，用双波长法可以消除样品混浊产生的背景吸收。由于消除背景后的样品吸收与浊产生的背景吸收。由于消除背景后的样品吸收与其浓度成正比，因此可对样品进行定量分析。其浓度成正比，因此可对样品进行定量分析。2024/7/15（三）导数分光光度法（三）导数分光光度法1）能够分辨两个或两个以上完全重叠或以）能够分辨两个或两个以上完全重叠或以很小波长差相重叠的吸收峰。当两个峰的很小波长差相重叠的吸收峰。当两个峰的峰高与峰高与半宽度的比值半宽度的比值不相同时，则可认为它们的尖锐程不相同时，则可认为它们的尖锐程度不同。图中两个尖锐程度不同的吸收峰度不同。图中两个尖锐程度不同的吸收峰1和峰和峰2在同一波长处相互重叠，叠加成吸收峰在同一波长处相互重叠，叠加成吸收峰3，从吸，从吸收峰收峰3的外形，很难辨别出它是由两个吸收峰叠的外形，很难辨别出它是由两个吸收峰叠加而成的，如果将其透光率曲线加而成的，如果将其透光率曲线4进行一次求导，进行一次求导，就得到如曲线就得到如曲线5所示的导数光谱线。在曲线的正所示的导数光谱线。在曲线的正负两个方向上，各出现两个导数光谱峰，从而很负两个方向上，各出现两个导数光谱峰，从而很容易地辨认出来。容易地辨认出来。2024/7/15图3.14 导数光谱（从透光率求得）2024/7/15（2）能能够够分分辨辨吸吸光光度度随随波波长长急急剧剧上上升升时时所所掩掩盖盖的的弱弱的的吸吸收收峰峰。通通常常，当当一一个个弱弱峰峰处处于于强强峰峰的的吸吸光光度度急急剧剧上上升升处处时时，检检出出很很困困难难。而而导导数数光光谱谱能能提提高高分分辨辨能能力力，一一般般经经过过数数次次求求导导后后，有有可可能能分分辨辨出出叠叠加加在在强峰肩部的弱峰。强峰肩部的弱峰。（3）能够确认宽阔吸收带的最大吸收波长。）能够确认宽阔吸收带的最大吸收波长。2024/7/15