波譜解析及其聯(lián)用技術(shù)波譜解析及其聯(lián)用技術(shù)紫外吸收光譜紫外吸收光譜波譜分析的原理一定頻率的電磁波與物質(zhì)內(nèi)部的分子、電子或原子核等相互作用，物質(zhì)吸收電磁波的能量，發(fā)生能級(jí)躍遷。由于被吸收的電磁波的頻率（或波長(zhǎng)）取決于高低能級(jí)之間的能級(jí)差，所以通過(guò)測(cè)量被吸收的電磁波的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，可以得到物質(zhì)的特征波譜；這些特征波譜反映了被測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，可以用來(lái)作定性分析；又因?yàn)槲諒?qiáng)度與物質(zhì)的含量有關(guān)，所以還可用于定量分析。總而言之，利用物質(zhì)對(duì)電磁波的選擇性吸收對(duì)其進(jìn)行分析的方法統(tǒng)稱(chēng)為波譜分析。

波譜分析的原理一定頻率的電磁波與物質(zhì)內(nèi)部的分子、電子或原子核波譜分析的原理圖示hν光=ΔE分低能級(jí)高能級(jí)物質(zhì)吸收一定頻率的電磁波，內(nèi)部發(fā)生能級(jí)躍遷。發(fā)生躍遷所需要的能量等于planck常數(shù)乘以吸收光的頻率。波譜分析的原理圖示hν光=ΔE分低能級(jí)高能級(jí)物質(zhì)吸收一定頻電磁波的基本知識(shí)回顧：1.電磁波具有波粒二象性：波動(dòng)性和粒子性粒子性：表現(xiàn)在電磁波的能量等于具有能量的微粒（即光子）的頻率乘于planck常數(shù)：E＝h=hc/

波動(dòng)性：即它具有類(lèi)似機(jī)械波的特性，用波長(zhǎng)和頻率來(lái)描述，就是它的波長(zhǎng)、頻率和光速之間存在特定的關(guān)系：

·＝c

電磁波的基本知識(shí)回顧：1.電磁波具有波粒二象性：波動(dòng)性和粒子第二章-紫外吸收光譜課件物質(zhì)內(nèi)部存在多種形式的微觀運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都有許多可能的狀態(tài)，不同狀態(tài)能量不同，即屬于不同的能級(jí)。分子的能級(jí)有三種：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。同一電子能級(jí)中有若干個(gè)振動(dòng)能級(jí)，在同一振動(dòng)能級(jí)中又有若干個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。相鄰兩個(gè)電子能級(jí)之間的能量差ΔEe

一般在1～20eV，所對(duì)應(yīng)電磁波的波長(zhǎng)為1000-50nm，處于紫外可見(jiàn)光區(qū)域，換言之，用紫外或可見(jiàn)光照射物質(zhì)可以引起分子內(nèi)部電子能級(jí)的躍遷。紫外光譜實(shí)際上就是紫外光與分子中電子能級(jí)相互作用產(chǎn)生的吸收光譜，所以又被稱(chēng)為電子光譜。物質(zhì)內(nèi)部存在多種形式的微觀運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都有許多可能的狀態(tài)，分子中的能級(jí)圖示分子中的能級(jí)圖示1,2,4,5-四唑的紫外光譜(a)室溫，氣相；幾乎沒(méi)有干擾，可以看到伴隨振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種能級(jí)躍遷產(chǎn)生的精細(xì)結(jié)構(gòu)。(b)77K，異戊烷；(c)室溫，環(huán)己烷；由于是非極性溶劑，干擾小，可以看到伴隨振動(dòng)能級(jí)躍遷的信息。(d)室溫,水，吸收帶很寬，包含了多種躍遷信息，但各信息沒(méi)有分開(kāi)。1,2,4,5-四唑的紫外光譜(a)室溫，氣相；幾乎沒(méi)有干擾分子吸收光譜的表示方法有兩種：透過(guò)率和吸光度。透過(guò)率等于透過(guò)光強(qiáng)度除以入射光強(qiáng)度，吸光度是透過(guò)率的倒數(shù)取常用對(duì)數(shù)。常用吸光度來(lái)描述吸收光譜。分子吸收光譜的表示方法有兩種：透過(guò)率和吸光度。透過(guò)率等于透過(guò)紫外光譜的基本原理有機(jī)化合物的共價(jià)鍵分兩種：σ鍵和π鍵，它們的成鍵軌道用σ和π表示，反鍵用σ*和π*表示。氧硫等雜原子上還有未成鍵的孤對(duì)電子，稱(chēng)為n

電子，它們處于非鍵軌道上。分子軌道知識(shí)回顧根據(jù)分子軌道理論，當(dāng)兩個(gè)原子結(jié)合成分子時(shí)，其軌道線性組合成兩個(gè)分子軌道，能量較低的叫成鍵軌道，高的叫反鍵軌道。電子通常在成鍵軌道上，吸收能量后可以激發(fā)躍遷到反鍵軌道上。能量順序?yàn)椋害?lt;π<n

<π*<

σ*紫外光譜的基本原理有機(jī)化合物的共價(jià)鍵分兩種：σ鍵和π電子躍遷的原理和過(guò)程反鍵軌道成鍵軌道非鍵軌道四種躍遷行為分別是電子由成鍵軌道向相應(yīng)的反鍵軌道躍遷，或非鍵軌道向反鍵軌道躍遷。

電子躍遷的原理和過(guò)程反鍵軌道成鍵軌道非鍵軌道四種躍遷行為分別σ→σ*

躍遷需要能量較高，相應(yīng)的吸收光波長(zhǎng)較短，在150～160nm的遠(yuǎn)紫外光區(qū)域，超出了一般紫外分光光度計(jì)檢測(cè)范圍，不予討論。π→π*

躍遷所需能量較小，吸收峰波長(zhǎng)較大。孤立雙鍵π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶位于160～180nm的遠(yuǎn)紫外區(qū)；但共軛雙鍵體系中，吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)進(jìn)入近紫外區(qū)。共軛體系越大，吸收帶波長(zhǎng)越長(zhǎng)。n→σ*

是雜原子上的未成鍵n電子向σ*反鍵軌道躍遷。躍遷所需能量較小，相應(yīng)吸收帶的波長(zhǎng)在200nm附近，受雜原子性質(zhì)的影響較大。n→π*躍遷所需能量最小，對(duì)應(yīng)的吸收帶位于270～300nm的近紫外區(qū)。σ→σ*躍遷需要能量較高，相應(yīng)的吸收光波長(zhǎng)較短，在150～紅移指取代基或溶劑效應(yīng)引起吸收帶向長(zhǎng)波方向的移動(dòng)；藍(lán)移或紫移：吸收帶向短波方向移動(dòng)。

紫外光譜的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)紅移指取代基或溶劑效應(yīng)引起吸收帶向長(zhǎng)波方向的移動(dòng)生色團(tuán)（chromophore）：在紫外及可見(jiàn)光區(qū)域能產(chǎn)生吸收帶的基團(tuán)。常見(jiàn)的有：>C＝C<、>C＝O、>C＝S、－C≡N、－NO2、－C6H5等(均為不飽和基團(tuán));助色團(tuán)（auxochrome）:本身在紫外或可見(jiàn)光區(qū)域不產(chǎn)生吸收帶，但與生色團(tuán)相連后，能使生色團(tuán)的吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的基團(tuán)。常見(jiàn)的有：－OH、－OR、－NH2、－NHR、－NR2、－SH、－Cl等(均含有飽和的雜原子)。生色團(tuán)（chromophore）：在紫外及可見(jiàn)光區(qū)域能產(chǎn)生吸紫外光譜的特點(diǎn)：吸收譜帶很少：電子能級(jí)之間的躍遷不能檢測(cè)譜帶很寬：這是因?yàn)殡娮幽芗?jí)躍遷的同時(shí)伴隨著多種振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。紫外光譜的表示方法：

我們通常用最大吸收波長(zhǎng)（max或最大）和最大吸收波長(zhǎng)處的摩爾吸光系數(shù)（max或最大）表示譜帶位置和吸收強(qiáng)度。文獻(xiàn)上常用max（max）

格式報(bào)道化合物的紫外特征。紫外光譜的特點(diǎn)：有機(jī)化合物的紫外光譜烷烴：只有σ→σ*躍遷，產(chǎn)生的吸收峰在遠(yuǎn)紫外區(qū)，超出了一般紫外分光光度計(jì)的檢測(cè)范圍。含雜原子的飽和化合物：有σ→σ*和n→σ*兩種躍遷。但大部分化合物的吸收帶仍處于遠(yuǎn)紫外區(qū)，只有部分含硫、氮以及鹵素原子的化合物在近紫外區(qū)有弱的吸收，所以用處不大。因?yàn)檫@兩類(lèi)化合物在紫外區(qū)域沒(méi)有吸收或吸收弱，所以一般用作紫外測(cè)定時(shí)的溶劑。1.飽和化合物有機(jī)化合物的紫外光譜烷烴：只有σ→σ*躍遷，產(chǎn)生的吸收峰在2.非共軛的不飽和化合物非共軛的烯烴和炔烴：

它們只有孤立π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶，其波長(zhǎng)仍落在遠(yuǎn)紫外區(qū)，所以在此不予討論。含不飽和雜原子的化合物：

這類(lèi)化合物主要是含羰基，硝基等基團(tuán)的化合物。它們含有σ，π，n三種電子，可以產(chǎn)生σ→σ*、n→σ*、π→π*、n→π*四種躍遷。但僅n→π*躍遷的吸收帶在近紫外區(qū)。這種吸收帶又稱(chēng)為R帶。其特征是吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)，吸收強(qiáng)度弱。2.非共軛的不飽和化合物非共軛的烯烴和炔烴：3.含共軛體系的脂肪族化合物這類(lèi)化合物是紫外光譜研究重點(diǎn)。它們具有由共軛π→π*躍遷產(chǎn)生的強(qiáng)吸收帶（又稱(chēng)作K帶）。估算這類(lèi)化合物的吸收帶波長(zhǎng)有幾種常用的經(jīng)驗(yàn)公式。3.含共軛體系的脂肪族化合物這類(lèi)化合物是紫外光譜研究重點(diǎn)。使用經(jīng)驗(yàn)公式的要點(diǎn)：以母體結(jié)構(gòu)吸收波長(zhǎng)為基本值；注意：不同類(lèi)型的母體，吸收波長(zhǎng)基本值不同；將結(jié)構(gòu)改變部分對(duì)吸收波長(zhǎng)的貢獻(xiàn)一一加上。使用經(jīng)驗(yàn)公式的要點(diǎn)：以母體結(jié)構(gòu)吸收波長(zhǎng)為基本值；

母體基本值C=C-C=C217nm共軛雙鍵增加2個(gè)2×30環(huán)內(nèi)雙鍵1個(gè)36烷基取代5個(gè)5×5（綠色標(biāo)記）環(huán)外雙鍵3個(gè)3×5（紫色標(biāo)記）

RCO2-取代1個(gè)0

λmax計(jì)算值353nm（實(shí)測(cè)值353nm）共軛烯烴（p.69）母體基本值C=C-C=C217nm共軛烯烴解：基本值O=C-C=C215nm烷基取代β位2個(gè)2×12（綠色標(biāo)記）

環(huán)外雙鍵1個(gè)5（紫色標(biāo)記）計(jì)算值λmax244nm

實(shí)測(cè)值245nm（在乙醇中的）注意:(1)交叉共軛;(2)選擇有較多取代基的體系,－不飽和羰基化合物(p.70）解：基本值O=C-C=C215nm,－不溶劑極性對(duì)異丙叉丙酮吸收帶的影響吸收帶 在不同溶劑中λmax/nm 吸收帶

正己烷 氯仿甲醇 水移動(dòng)規(guī)律

K帶 230 238237243 紅移

R帶 329 315309305 藍(lán)移溶劑極性對(duì)異丙叉丙酮吸收帶的影響吸收帶 在不同溶劑中λmax芳香族化合物也是紫外光譜研究的重點(diǎn)；有三個(gè)吸收譜帶：E1帶、E2帶和B

帶，波長(zhǎng)依次增加。如苯的三個(gè)吸收帶分別為184nm(ε6×104)，204nm(ε7900)和256nm(ε200）。B帶在氣相或非極性溶劑中呈現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)，是芳香族化合物的重要特征。助色團(tuán)與芳環(huán)相連或共軛體系增大，三個(gè)吸收帶的波長(zhǎng)均紅移。部分化合物的可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算(p.73表2-9)芳香族化合物也是紫外光譜研究的重點(diǎn)；第二章-紫外吸收光譜課件乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：K帶強(qiáng)；苯的E2帶與K帶合并，紅移；取代基使B帶簡(jiǎn)化；氧上的孤對(duì)電子：R帶，躍遷禁阻，弱；CCH3On→p*

;

R帶p

→p*

;

K帶乙酰苯紫外光譜圖羰基雙鍵與苯環(huán)共扼：CCH3On→p*;第二章-紫外吸收光譜課件紫外光譜的應(yīng)用（1）在定性分析中的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)分析中主要提供有機(jī)物共軛體系大小及與共軛體系有關(guān)的骨架?？捎帽容^法與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照，推出結(jié)構(gòu)。具有相同結(jié)構(gòu)的兩種物質(zhì)，在相同條件下測(cè)得的紫外光譜完全相同，但相反的情況并非一定成立。紫外光譜的應(yīng)用（1）在定性分析中的應(yīng)用有機(jī)物紫外吸收與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一般規(guī)律：220～250nm有強(qiáng)吸收帶(εmax約為104)K帶：表明存在兩個(gè)雙鍵的共軛體系，如共軛二烯烴或α,β-不飽和酮;300nm以上有高強(qiáng)吸收帶說(shuō)明有更大的共軛體系存在。270～350nm有低強(qiáng)度吸收帶（εmax為10～100）R帶:表明分子中有帶n電子的生色團(tuán)。若同時(shí)200nm附近無(wú)其他強(qiáng)吸收帶，說(shuō)明該生色團(tuán)是孤立的。有機(jī)物紫外吸收與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一般規(guī)律：220～250nm有強(qiáng)250～300nm處有中等強(qiáng)度吸收帶（εmax約103）并且有時(shí)呈現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)，且在200nm附近有強(qiáng)吸收帶，說(shuō)明分子中含有苯環(huán)或雜芳環(huán)。根據(jù)吸收帶位置和經(jīng)驗(yàn)公式可以估計(jì)芳環(huán)上的助色團(tuán)或生色團(tuán)種類(lèi)。如果譜圖呈現(xiàn)出多個(gè)吸收帶，λmax較大，甚至延伸到可見(jiàn)光區(qū)域，則表明有長(zhǎng)共軛鏈；若譜帶有精細(xì)結(jié)構(gòu)則是稠環(huán)芳烴或它們的衍生物。若210nm以上檢測(cè)不到吸收譜帶，則被測(cè)物為飽和化合物，如烷烴、環(huán)烷烴、醇、醚等，也可能是含有孤立碳碳不飽和鍵的烯、炔烴或飽和的羧酸及酯。250～300nm處有中等強(qiáng)度吸收帶（εmax約103）并且利用紫外光譜確定結(jié)構(gòu)的例子（p75）λmax228nmλmax為298nmλmax227nmλmax254nm利用紫外光譜確定結(jié)構(gòu)的例子（p75）λmax228nm2.4.2紫外光譜在定量分析中的應(yīng)用紫外光譜是最簡(jiǎn)便的微量定量方法之一。紫外光譜定量分析的依據(jù)是朗伯-比爾定律和吸光度加和性。朗伯－比爾定律：A＝ε·c·l

2.4.2紫外光譜在定量分析中的應(yīng)用紫外光譜是最簡(jiǎn)便的微直接比較法

配制已知濃度（CS）的標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)得吸光度值（AS）；同時(shí)測(cè)定試樣溶液的吸光度值（AX）AS＝ε·cS

·lAX＝ε·cX

·l

CX/CS＝AX/AS工作曲線法

配制一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測(cè)得相應(yīng)的吸光度值，繪制吸光度對(duì)濃度的關(guān)系曲線，即工作曲線。然后根據(jù)試樣溶液的吸光度值找出對(duì)應(yīng)的濃度。定量分析方法（常用）直接比較法配制已知濃度（CS）的標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)得吸光度值（分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖光源：紫外光譜儀用氫燈和氘燈（200-400nm）；紅外光譜儀用硅碳棒（205-25m）。分光系統(tǒng)和樣品池材料：紫外用對(duì)紫外光不吸收的石英制作，紅外用對(duì)紅外光不吸收的玻璃制作。分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖光源：紫外光譜儀用氫燈和氘燈單波長(zhǎng)單光束分光光度法（上）單波長(zhǎng)雙光束分光光度法（中）雙波長(zhǎng)分光光度法（下）單波長(zhǎng)單光束分光光度法（上）單光束分光光度計(jì)從光源到檢測(cè)器只有一個(gè)測(cè)量光束；參比和試樣交替送入光路；要求光源和檢測(cè)器的供電電壓有高的穩(wěn)定性；能量損失較低，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。單光束分光光度計(jì)從光源到檢測(cè)器只有一個(gè)測(cè)量光束；雙光束分光光度計(jì)單色光被分成兩束，交替斷續(xù)分別通過(guò)參比和試樣；檢測(cè)器檢測(cè)到的是透過(guò)試樣溶液和參比溶液的光強(qiáng)度之比；克服了因光源不穩(wěn)定引起的誤差。雙光束分光光度計(jì)單色光被分成兩束，交替斷續(xù)分別通過(guò)參比和試樣217（母體）+5（環(huán)外雙鍵1個(gè)）+3×5（烷基取代3個(gè)）+6（OR取代1個(gè)）=243217（母體）+30