第四章

紫外-可見

分光光度法

Ultraviolet-Visablespectroscopy

第一節(jié)、概述

1.光的基本性質(zhì)；2.光的互補(bǔ)關(guān)系3.朗伯-比爾定律；4.光度分析法；（1）目視比色法；（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線法；（3）標(biāo)準(zhǔn)加入法；4.1概述

分光光度分析法是以物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收為基礎(chǔ)的分析方法。根據(jù)物質(zhì)所吸收光的波長(zhǎng)范圍不同，分光光度分析法又有紫外、可見及紅外分光光度法。4.1.1方法的特點(diǎn)

1.靈敏度高；2.應(yīng)用廣泛；3.操作簡(jiǎn)便、迅速、儀器設(shè)備不太

復(fù)雜；顏色的產(chǎn)生4.1.2分光光度法的基本原理4.1.3電磁波和能量

光的波長(zhǎng)λ(cm)、頻率(Hz)，它們與光速c的關(guān)系是：4.1.4光的基本性質(zhì)單個(gè)光子的能量E與上述三要素的關(guān)系是：E－光子的能量，J；h－普朗克常數(shù)（6.625×10－34J·s）4.1.5溶液顏色與光吸收的關(guān)系

光波是一種電磁波。電磁波包括無線電波、微波。紅外光、可見光、紫外光、x射線等。如果按照其頻率或波長(zhǎng)的的大小排列，可見光只是電磁波中一個(gè)很小的波段。見表12-1能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫互補(bǔ)色光。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補(bǔ)色。4.1.6光的互補(bǔ)關(guān)系KMnO4的顏色及吸收光譜

最大吸收波長(zhǎng)4.1.7溶液的吸光定律

透光率（透射比）透光率定義：T取值為0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光ItLambert–BeerLaw:K：吸光系數(shù)入射光波長(zhǎng)物質(zhì)的性質(zhì)溫度吸收定律與吸收光譜的關(guān)系A(chǔ)C吸光定律A或吸收光譜AC

max

例1.有一單色光通過厚度為1cm的有色溶液,其強(qiáng)度減弱20%。若通過5cm厚度的相同溶液,其強(qiáng)度減弱百分之幾?

解：

lgT1

c1

─────=───,lgT25c1

lgT2=5lgT1=5×lg0.80=-0.485

T2=32.7%,即減弱67.3%

4.1.8朗伯一比爾定律

如果溶液濃度和液層厚度都是可變的，就要同時(shí)考慮溶液濃度c和液層厚度b對(duì)吸光度的影響。為此，將朗伯和比耳公式和合并，得到即通常所稱的朗伯一比爾定律。

4.1.8吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)

在朗伯-比耳公式，k值決定于c，b所用的單位，它與入射光的波長(zhǎng)及溶液的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)濃度c以g·L-1、液層厚度b以cm表示時(shí)，常數(shù)k是以a表示，此時(shí)稱為吸光系數(shù)，單位為L(zhǎng)·g-1·cm-1。朗伯－比耳公式可表示為:A＝abc若b以cm為單位，c以mol·L-1為單位時(shí)，則將k稱為摩爾吸光系數(shù)，以符號(hào)ε表示，其單位為L(zhǎng)·mol-1cm-1。ε的物理意義表達(dá)了當(dāng)吸光物質(zhì)的濃度為1mol·L-1，液層厚度為1cm時(shí)溶液的吸光度。在這種條件下上式可改寫為:A=εbc4.1.9光度分析的方法和儀器4.1.9.1光度分析的方法（1）目視比色法

用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法。將一系列不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑和其他試劑，并控制其他實(shí)驗(yàn)條件相同，最后稀釋至同樣體積，配成一套顏色逐漸加深的標(biāo)準(zhǔn)色階。將一定量的被測(cè)溶液置于另一比色管中，在同樣條件下進(jìn)行顯色，并稀釋至同樣體積，從管口垂直向下（有時(shí)由側(cè)面）觀察顏色。（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線法

根據(jù)朗伯－比耳定律，保持液層厚度，入射光波長(zhǎng)和其它測(cè)量條件也不變，則在一定濃度范圍內(nèi)，所測(cè)得吸光度與溶液中待測(cè)物質(zhì)的濃度成正比。

因此，配制一系列已知的具有不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別在選定波長(zhǎng)處測(cè)其吸光度A，然后以標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度c為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制出A－c關(guān)系曲線。如果符合光的吸收定律，則可獲得一條直線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或稱工作曲線。在相同條件下測(cè)量樣品溶液的吸光度，就可以從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品的濃度。Ac標(biāo)準(zhǔn)工作曲線R線性范圍線性范圍（3）標(biāo)準(zhǔn)加入法

所謂的標(biāo)準(zhǔn)加入法，即在一定濃度的試樣溶液測(cè)定吸光度A0后，加入合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測(cè)吸光度A1，或再加幾次標(biāo)準(zhǔn)溶液，得A2,A3…吸光度，計(jì)算或作圖外推求試樣濃度的方法。即：A0=kC樣；A1=k(C樣＋C標(biāo)）設(shè)試樣體積為V0;加入的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為V標(biāo)，則：A1=k(C樣V0+C標(biāo)V標(biāo))/(V0+V標(biāo)），聯(lián)解方程可求出C樣?；蛴肁對(duì)C標(biāo)作圖，外推求出C樣。朗伯(Lambert)

朗伯Lambert（1728-1777）出生地：Alsace，F(xiàn)rance

他發(fā)現(xiàn)新的幾何觀念：當(dāng)三角形面積逐漸減少時(shí)，它的角度和會(huì)逐漸增加。Lambert被大家所熟悉的是他在π上的研究。第一位提供嚴(yán)謹(jǐn)證法來說明π是無理數(shù)。在Hermite證明e之前，Lambert早已推測(cè)出e及π是超越數(shù)了。Lambert使得雙曲函數(shù)Hyper－bolicFunctions首度有系統(tǒng)的發(fā)展，而且在物理學(xué)上對(duì)光和熱的研究有許多創(chuàng)新。因此可知Lambert在數(shù)學(xué)、物理、天文均有重要的貢獻(xiàn)。

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第二節(jié)、紫外-可見分光光度計(jì)1.分光光度計(jì)；2.儀器結(jié)構(gòu)；3.儀器類型；4.檢測(cè)器；5.儀器校正；6.顯色反應(yīng)和顯色條件；7.測(cè)量誤差和測(cè)量條件；4.2分光光度計(jì)4.2.1分光光度計(jì)的基本構(gòu)造0.575光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示I0It參比樣品入射光I0透射光It請(qǐng)注意與定義比較未考慮吸收池和溶劑對(duì)光子的作用4.2.2分光光度計(jì)的類型4.14.2.2.1雙光束分光光度計(jì)比值光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器4.2.2.2單光束分光光度計(jì)0.575光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示雙波長(zhǎng)光度計(jì)光路示意圖雙光束光度計(jì)動(dòng)畫示意4.2.3光電轉(zhuǎn)換器（檢測(cè)器）I.定義光電轉(zhuǎn)換器是將光輻射轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電信號(hào)的器件。II.理想的光電轉(zhuǎn)換器要求靈敏度高；

S/N大；暗電流??；響應(yīng)快且在寬的波段內(nèi)響應(yīng)恒定;1.真空光電管90VDC直流放大陰極R-+光束e陽極絲（Ni）抽真空

陰極表面可涂漬不同光敏物質(zhì)：高靈敏(K,Cs,Sb其中二者)、紅光敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦響應(yīng)(Ga/As，響應(yīng)受波長(zhǎng)影響小)。產(chǎn)生的光電流約為硒光電池的1/10。優(yōu)點(diǎn)：阻抗大，電流易放大；響應(yīng)快；應(yīng)用廣。缺點(diǎn)：有微小暗電流（Darkcurrent，40K的放射線激發(fā)）。2.光電倍增管（photomultipliertube,

PMT）

1個(gè)光子產(chǎn)生106~107個(gè)電子共有9個(gè)打拿極(dynatron)所加直流電壓共為1090V放大倍數(shù)：2n~5n;n=10,103~107

最大108~109光電流：10-8~10-3A響應(yīng)時(shí)間：10-9s光電倍增管示意圖124689753光束石英套陽極屏蔽柵極,Grill900Vdc90V123456789陽極陰極石英封讀出裝置R缺點(diǎn)：熱發(fā)射強(qiáng)，因此暗電流大。不得置于強(qiáng)光(如日光)下，否則可永久損壞PMT！優(yōu)點(diǎn)：高靈敏度；響應(yīng)快；適于弱光測(cè)定，甚至對(duì)單一光子均可響應(yīng)。4.2.4分光光度計(jì)的校正1.波長(zhǎng)校正

可采用輻射光源法校正。常用氫燈(486.13,656.28nm)、氘燈(486.00,656.10nm)或石英低壓汞燈(253.65,435.88,546.07nm)校正。2.吸光度校正

以重鉻酸鉀水溶液的吸收曲線為標(biāo)準(zhǔn)值校正。將0.0303克重鉻酸鉀溶于1升的0.05mol/l氫氧化鉀中，以1cm吸收池，25°C測(cè)定吸收光譜。4.2.5顯色反應(yīng)和顯色條件4.2.5.1分光光度法對(duì)顯色反應(yīng)的要求

在光度分析法中，使被測(cè)物質(zhì)在試劑（顯色劑）的作用下形成有色化合物的反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)。對(duì)于顯色反應(yīng)，一般必須滿足下列要求：(1)選擇性好;(2)靈敏度高;(3)顯色產(chǎn)物應(yīng)具有固定的組成，符合一定的化學(xué)式;(4)顯色產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該穩(wěn)定;(5)顯色產(chǎn)物與顯色劑之間的顏色差別要大;4.2.5.2顯色條件

1.顯色劑的用量

被測(cè)物質(zhì)與顯色劑的反應(yīng)可用下列一般式表示：

M十R＝MR

（被測(cè)物）（顯色劑）（有色配合物）

為了使顯色反應(yīng)盡可能完全，一般應(yīng)加入過量的顯色劑。如果配合物穩(wěn)定度高，而且在一定條件下能保持穩(wěn)定，顯色劑不必大量過量。在分析實(shí)踐中，由于待測(cè)物質(zhì)的濃度未知，稍過量的顯色劑是必要的。

2.溶液的酸度(1)酸度對(duì)顯色劑濃度的影響

所用的顯色劑不少是有機(jī)弱酸（以HR表示），酸度提高則平衡傾向于生成HR，使R的實(shí)際濃度降低，不利于顯色反應(yīng)的進(jìn)行。因此。顯色時(shí)溶液的酸度不能高于某一限度。此外，在不同的酸度下，R的濃度不同，有時(shí)可引起有色配合物配位數(shù)的改變。(2）酸度對(duì)被測(cè)離子形態(tài)的影響

當(dāng)被測(cè)離子是容易水解的金屬離子時(shí)，若酸度低于某一限度，被測(cè)離子形成羥基配合物、多核羥基配合物、堿式鹽或氫氧化物沉淀，不利于光度分析。

（3）對(duì)顯色劑顏色的影響

許多有機(jī)顯色劑具有酸堿指示劑的性質(zhì)，隨著pH的改變，顯出不同的顏色，在選擇酸度時(shí)必須考慮這種情況。3．顯色時(shí)間有些顯色反應(yīng)能瞬間完成，且有色化合物的顏色很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變；有些顯色反應(yīng)雖能迅速完成，但由于空氣的氧化、光的照射或其他原因使有色化合物的顏色逐漸減退；有些顯色反應(yīng)需要一定時(shí)間才能完成。4．顯色溫度

（1）對(duì)顯色反應(yīng)速度的影響。反應(yīng)速度常隨溫度的升高而加快。

（2）由于溫度的升高可能導(dǎo)致某些有色配合物發(fā)生分解或氧化還原反應(yīng)，因而會(huì)使有色配合物破壞而不利于光度測(cè)定。

4.2.6儀器測(cè)量誤差和測(cè)量條件

4.2.6.1儀器測(cè)量誤差

如果測(cè)量時(shí)透光率讀數(shù)的絕對(duì)誤差是ΔT，對(duì)于同一臺(tái)儀器，它基本上是常數(shù)。但由于吸光度與透光率之間是負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系，在不同A值時(shí)，同樣的ΔT的讀數(shù)誤差所引起的吸光度的絕對(duì)誤差ΔA是不同的。A值越大，由ΔT引起的ΔA也越大。

根據(jù)朗伯－比耳定律,由ΔA引起的被測(cè)物質(zhì)濃度的誤差Δc為

ΔA＝k′Δc

再根據(jù)吸收公式微分，可得：儀器測(cè)量誤差ΔT引起的濃度測(cè)量的相對(duì)誤差為：設(shè)ΔT＝0.01，計(jì)算不同T值與Δc/c的關(guān)系，可得到下圖：lnT=-1lgT=-0.434

T=0.368這時(shí)誤差最小4.2.6.2測(cè)量條件的選擇

除選擇適宜的顯色條件外，還應(yīng)當(dāng)選擇合適的測(cè)量條件。主要的測(cè)量條件包括入射光波長(zhǎng)、吸光度范圍和空白溶液等。下面將分別討論。1．選擇入射光波長(zhǎng)入射光的波長(zhǎng)對(duì)測(cè)定結(jié)果的靈敏度和準(zhǔn)確度都有很大的影響。選擇時(shí)，應(yīng)先繪制有色溶液的光吸收曲線。然后選用該溶液的最大吸收波長(zhǎng)來進(jìn)行測(cè)量。如果試液中某種組分在同樣的波長(zhǎng)也有吸收，則對(duì)測(cè)定有干擾，這時(shí)，可選另一靈敏度稍低．但能避免干擾的入射光波長(zhǎng)。

4.2

2．控制吸光度的范圍由儀器測(cè)量誤差的討論中可知，為了使測(cè)定結(jié)果獲得較高的準(zhǔn)確度，應(yīng)該控制溶液的吸光度在一定的范圍內(nèi)，一般要求是0.20～0.80。

3．選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤簠⒈热芤河址Q空白溶液。在光度分析法中，利用參比溶液調(diào)節(jié)儀器的吸光度零點(diǎn)、消除顯色溶液中其他有色物質(zhì)的干擾，抵消比色皿壁及溶液對(duì)入射光的反射和吸收的影響等。第四章

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第三節(jié)、紫外吸收光譜分析法1.分子吸收光譜與電子躍遷；2.有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與紫外信息；3.常用術(shù)語；4.Woodward和Scott

規(guī)則；5.分光光度法的應(yīng)用；4.3紫外吸收光譜分析法波長(zhǎng)10～400nm為紫外光；10～200nm為遠(yuǎn)紫外光；200～400nm為近紫外光。4.3.1分子吸收光譜與電子躍遷

有機(jī)化合物的紫外—可見吸收光譜，是其分子中外層價(jià)電子躍遷的結(jié)果（三種）σ電子、π電子、n電子。外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序?yàn)閚→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

一.有機(jī)化合物的電子光譜１.躍遷類型CCCCσσ*σ→σ*

σ→π*PxPyPzPxPyPzCCCCππ*π→π*

π→σ*

n→π*n→σ*ππ*σ*σnA.σ→σ*

躍遷主要發(fā)生在真空紫外區(qū)。B.π→π*

躍遷吸收的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，孤立的躍遷一般在200nm左右C.n→π*

躍遷一般在近紫外區(qū)（200-400nm），吸光強(qiáng)度較小。D.n→σ*

躍遷吸收波長(zhǎng)仍然在（150-250nm）因此在紫外區(qū)不易觀察到這類躍遷。

4.3.2有機(jī)化合物紫外—可見光譜4.3.3有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與紫外信息的關(guān)系（1）200-400nm無吸收峰。飽和化合物，單烯。（2）270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮n→π*躍遷產(chǎn)生的R

帶。（3）250-300nm有中等強(qiáng)度的吸收峰（ε=200-2000），芳環(huán)的特征吸收（具有精細(xì)解構(gòu)的B帶）。（4）200-250nm有強(qiáng)吸收峰（ε104），表明含有一個(gè)共軛體系（K）帶。共軛二烯：K帶（230nm）；不飽和醛酮：K帶230nm，R帶310-330nm260nm,300nm,330nm有強(qiáng)吸收峰，3,4,5個(gè)雙鍵共軛體系。4.3.4紫外吸收光譜中常用的術(shù)語生色團(tuán)：

最有用的紫外—可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機(jī)物分子中含有不飽和基團(tuán)。這類含有π鍵的不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán)。簡(jiǎn)單的生色團(tuán)由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C三N等。助色團(tuán)：

有一些含有n電子的基團(tuán)(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，就會(huì)發(fā)生n—π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力(吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，且吸收強(qiáng)度增加)，這樣的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。紅移與藍(lán)移有機(jī)化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩL(zhǎng)λmax和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化:

λmax向長(zhǎng)波方向移動(dòng)稱為紅移，向短波方向移動(dòng)稱為藍(lán)移(或紫移)。吸收強(qiáng)度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。4.3.5定性判別紫外吸收波長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則

計(jì)算不飽和有機(jī)化合物最大吸收波長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：有伍德沃德（Woodward）規(guī)則和斯科特（Scott）規(guī)則。1.伍德沃德規(guī)則(P22表2.9-2.11講解)

它是計(jì)算共軛二烯、多烯烴及共軛烯酮類化合物π—π*躍遷最大吸收波長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。計(jì)算時(shí)，先從未知物的母體對(duì)照表得到一個(gè)最大吸收的基數(shù)，然后對(duì)連接在母體中π電子體系(即共軛體系)上的各種取代基以及其他結(jié)構(gòu)因素按上所列的數(shù)值加以修正，得到該化合物的最大吸收波長(zhǎng)。D.Woodward規(guī)則

計(jì)算共軛二烯、多烯烴、共軛烯酮類化合物的π→π*

最大吸收波長(zhǎng)的Woodward經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。共軛雙鍵λ=30nm

同環(huán)二烯λ=253nm

環(huán)外雙鍵λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

同環(huán)二烯λ=253nm共軛雙鍵λ=30nm環(huán)外雙鍵λ=5nm烷基取代基λ=3×5nm計(jì)算值：λmax

=303nm測(cè)定值：λmax

=306nm膽甾-2,4,6-三烯異環(huán)二烯λ=214nm

環(huán)外雙鍵λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

烷基取代基λ=5nm

異環(huán)二烯λ=214nm環(huán)外雙鍵λ=5nm烷基取代基λ=3×5nm計(jì)算值：λmax

=234nm測(cè)定值：λmax

=234nm吸收波長(zhǎng)計(jì)算4.4伍德沃德規(guī)則計(jì)算α，β不飽和羰基化合物見教材P26共軛不飽和醛酮π→π*

躍遷max值的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算參數(shù)：α位烷基取代基λ=10nm

α,β-烯酮λ=215nm同環(huán)二烯λ=39nm共軛雙鍵λ=30nm

環(huán)外雙鍵λ=5nmα位烷基取代基λ=10nmδ位烷基取代基λ=18nm計(jì)算值：λmax

=317nm測(cè)定值：λmax

=314nm計(jì)算共軛烯酮的Woodward經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。α,β-烯酮λ=215nm

共軛雙鍵λ=30nm

同環(huán)二烯λ=39nm

環(huán)外雙鍵λ=5nm

δ位烷基取代基λ=18nm

膽甾-2,4-二烯-6-酮

注：環(huán)上的羰基不作為環(huán)外雙鍵，共軛體系有兩個(gè)羰基，其中之一不做延長(zhǎng)雙鍵，僅作為取代基R計(jì)算2)共軛不飽和羧酸及其酯K帶max值的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算參數(shù)：共軛醛、酮有n→π*和π→π*躍遷，即具有兩個(gè)吸收峰，二者波長(zhǎng)范圍均在紫外區(qū)內(nèi)。K帶π→π*λmax=237nmε=104

R帶n→π*λmax=325nmε=102

Woodward’s規(guī)則應(yīng)用實(shí)例Aλmax=215+30+39+3×5+10+12+18+18=357nmBλmax=215+30+10+12+18+39=324nmWoodward’s規(guī)則應(yīng)用實(shí)例Aλmax=215+30+39+18+18+18=338nmBλmax=215+30+5+18+18=286nmWoodward’s規(guī)則應(yīng)用實(shí)例Aλmax=215+10+2×12+2×5=254nmACλmax=215+5+10+12=242nmBλmax=215+5+10+2×12=286nmCB1.斯科特規(guī)則

計(jì)算芳香族羰基衍生物的π→π*最大吸收波長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。計(jì)算方法與伍德沃德規(guī)則相同。PhCOR母體λ=246nm對(duì)位-OH取代基λ=25nm間位-OH取代基λ=7nm計(jì)算值：λmax

=278nm測(cè)定值：λmax

=279nm間位-OH取代基λ=7nm

對(duì)位-OH取代基λ=25nm

PhCOR母體λ=246nm

間位-Br取代基λ=2nm

鄰位-烷取代基λ=3nm

PhCOR母體λ=246nm鄰位-烷取代基λ=3nm間位-Br取代基λ=2nm計(jì)算值：λmax

=251nm測(cè)定值：λmax

=248nmPhCOR母體λ=246nm

2.取代苯吸收

波長(zhǎng)計(jì)算(1)苯苯環(huán)顯示三個(gè)吸收帶，它們均起源于苯環(huán)π→π*躍遷。吸收帶編號(hào)ⅠⅡⅢ吸收帶位置184204256ε600007900250吸收帶命名E1帶ethylenicbandsecondprimary----E2帶ethylenicbandfirstprimaryKB帶BenzenoidbandsSecondaryB芳香族化合物(2)烷基苯烷基無孤對(duì)電子，但它的超共軛效應(yīng)使苯環(huán)B吸收帶略有紅移，對(duì)E帶效應(yīng)不明顯。

苯環(huán)上有-CH2OH等取代時(shí)，助色團(tuán)被一個(gè)或多個(gè)CH2與苯環(huán)隔離開了，因些它們的紫外吸收光譜與甲苯相近。苯環(huán)上有-CH2CHO等取代時(shí)，生色團(tuán)被CH2與苯環(huán)隔離開，不能和苯環(huán)形成共軛體系，因此紫外吸收不能往長(zhǎng)波移動(dòng)，其紫外吸收是苯環(huán)與另外的生色團(tuán)吸收的疊加。芳香族化合物

一個(gè)分子中的兩個(gè)發(fā)色團(tuán)A、B被一個(gè)或更多個(gè)隔離原子(如CH2)分開，這個(gè)分子的吸收光譜很近似于A、B生色團(tuán)紫外吸收光譜之加合，稱加合原則。由加合原則可知，一個(gè)化合物紫外吸收為該分子中幾個(gè)相互不共軛部分的結(jié)構(gòu)單元的紫外吸收的加合。加合原則芳香族化合物3.助色團(tuán)在苯環(huán)上取代的衍生物助色團(tuán)有孤對(duì)電子，它能與苯環(huán)π電子共軛，所以助色團(tuán)在苯環(huán)上的取代使B帶、E帶均向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，B帶被強(qiáng)化，同時(shí)精細(xì)結(jié)構(gòu)常消失。

若按對(duì)E2帶深色位移的大小，助色團(tuán)排列的順序?yàn)镹(CH3)2>NHCOCH3>O->NH2>OCH3>Br>Cl>CH3上述助色團(tuán)都是苯環(huán)的鄰、對(duì)位定位基。4.3.6溶劑、吸收池和樣品濃度的配置1、紫外光譜的測(cè)定都是在稀溶液中進(jìn)行，要求所用溶劑在樣品吸收的波段內(nèi)沒有吸收。配制樣品的溶劑應(yīng)與樣品不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，對(duì)樣品有一定的溶解度，還應(yīng)考慮溶劑的極性對(duì)所測(cè)吸收光譜的影響。

2、吸收池也稱為比色槽，用石英或玻璃制成，可用于185nm以上的波段測(cè)量。一般吸收池的吸收光程（厚度）為10mm，當(dāng)需要使溶劑減少到最小時(shí)，應(yīng)使用短光程的吸收池（如1mm和0.1mm）

3、配制樣品溶液的濃度應(yīng)控制吸收度在0.2～1.2范圍內(nèi)為最適合。4.3.7紫外光譜和有機(jī)分子結(jié)構(gòu)關(guān)系

紫外光譜適于分子中具有不飽和結(jié)構(gòu)的特別是共軛結(jié)構(gòu)的化合物。在共軛鏈的一端引入含有未共用電子對(duì)的基團(tuán)如－NH2，－NR2，－OH，－SR等，可產(chǎn)生P-π共軛，使化合物顏色加深。紫外光譜主要用于具有共軛體系的分子，因此應(yīng)用具有一定的局限性，但可與其它光譜一起相互印證，確定化合物的結(jié)構(gòu)。1、飽和烴及其衍生物：

飽和烴只有電子，產(chǎn)生σ→σ*躍遷，所需能量高，不產(chǎn)生紫外可見吸收，在遠(yuǎn)紫外區(qū)飽和烴衍生物，可產(chǎn)生n→σ*躍遷，能量低于σ→σ*躍遷2、不飽和烴及其共軛烯烴

孤立雙鍵的化合物：π→π*和σ→σ*兩種類型的躍遷，其中π→π*光譜最重要

最簡(jiǎn)單的烯烴是乙烯，π→π*吸收在遠(yuǎn)紫外區(qū)。當(dāng)連接雙鍵碳原子上的氫被含α－H的烷基取代時(shí)，由于相鄰的C-H的δ軌道與π軌道部分重疊，相互作用而產(chǎn)生δ-π超共軛效應(yīng)，電子活動(dòng)范圍擴(kuò)大，引起吸收峰向長(zhǎng)波移動(dòng)，雙鍵上每增加一個(gè)烴基，吸收譜帶位置將向長(zhǎng)波移動(dòng)約5nm，逐漸接近儀器測(cè)量的范圍，因此在近紫外區(qū)大多不出現(xiàn)吸收峰，僅能觀察到在吸收曲線的短波末端出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收，稱為“末端吸收”。凡是在光譜圖上顯示此吸收的化合物，在分子中往往含有孤立的烯鍵。

在環(huán)狀烯烴中，吸收光譜與雙鍵所處的位置有關(guān)，當(dāng)雙鍵位于環(huán)外時(shí)，吸收峰明顯地向長(zhǎng)波移動(dòng)。若雙鍵同時(shí)與兩個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)相連，這種移動(dòng)會(huì)更大一些。取代基SRNR2ORClCH3紅移距離（nm）45403055取代基對(duì)雙鍵的最大吸收波長(zhǎng)（λmax）的影響：

簡(jiǎn)單烯烴的末端吸收雖然不能給出λmax數(shù)值，在結(jié)構(gòu)分析中不能作為可靠的依據(jù)。但在核磁共振出現(xiàn)以前，依靠比較末端吸收的強(qiáng)度和曲線形狀仍可以獲得一些在雙鍵上烴基取代狀況的信息，并能借以猜測(cè)雙鍵周圍的結(jié)構(gòu)環(huán)境。3、羰基化合物2)Y=-NH2、–OH、–OR等助色團(tuán)時(shí)，K帶紅移、R帶藍(lán)移R帶λmax=205，ε10~1004、芳香族化合物

當(dāng)苯環(huán)上有羥基、氨基等取代基時(shí)，吸收峰紅移，吸收強(qiáng)度增大。像羥基、氨基等一些助色團(tuán)，至少有一對(duì)非鍵n電子，這樣才能與苯環(huán)上的電子相互作用，產(chǎn)生助色作用.1)苯及其衍生物E帶(E2：λ=204nm、ε=8800）和B帶是芳香族化合物的特征吸收帶，π→π*躍遷取代基不同，變化程度不同，可由此鑒定各種取代基2)聯(lián)苯

聯(lián)苯由兩個(gè)苯環(huán)以單鍵相連，形成一個(gè)大的共軛體系。3)多核芳香族化合物

此類化合物K帶向長(zhǎng)波區(qū)移動(dòng)明顯，且吸收強(qiáng)度增加，將B帶掩蓋。苯環(huán)越多，紅移越顯著，逐漸進(jìn)入可見光區(qū)，并呈現(xiàn)顏色4)苯乙烯和二苯乙烯

苯乙烯、反式二苯乙烯有精細(xì)結(jié)構(gòu)；苯環(huán)鄰位、烯的位和順式烯位取代衍生物、以及反式二苯乙烯由于位阻的影響，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。5)雜芳烴五、影響紫外可見吸收光譜的因素（1）共軛效應(yīng)：π→π共軛

中間有一個(gè)單鍵隔開的雙鍵或三鍵，形成大π鍵。由于存在共軛雙鍵，使吸收峰長(zhǎng)移，吸收強(qiáng)度增加的這種效應(yīng)1、共軛效應(yīng)

在共軛體系中π→π*躍遷電子總是由HOMO軌道躍遷到LUMO軌道，按照休克爾（Huckel）分子軌道理論，隨著共軛多烯中雙鍵數(shù)目的增加，HOMO軌道的能量將增加，LOMO軌道的能量將降低。所以π電子躍遷所需要的能量逐漸減少。相應(yīng)吸收譜帶逐漸向紅移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨著增加。

共軛二烯烴的HOMO軌道與LUMO軌道的能量差為－1.236β，而孤立烯烴HOMO軌道與LUMO軌道能量差為－2β。β為負(fù)值，所以共軛烯烴的π-π*躍遷的能量低，吸收譜帶紅移。

兩個(gè)生色團(tuán)處于非共軛狀態(tài),各生色團(tuán)獨(dú)立的產(chǎn)生吸收，總吸收是各生色團(tuán)吸收加和.α,β-不飽和酮的C=C與C=O處于共軛狀態(tài)，其K帶和R帶與相應(yīng)孤立生色團(tuán)的吸收相比均處于較長(zhǎng)的波段。K帶由π→π*躍遷產(chǎn)生，λmax約在220nm附近，為強(qiáng)吸收帶，εmax一般大于10000；R帶由n→π*躍遷產(chǎn)生，λmax約在300nm附近，為弱吸收帶，εmax一般大于10～1000。（2）p→π共軛效應(yīng)取代基SRNR2ORCl紅移距離（nm）4540305（3）δ→π超共軛效應(yīng)

當(dāng)連接雙鍵碳原子上的氫被含α－H的烷基取代時(shí)，由于相鄰的C-H的δ軌道與π軌道部分重疊，相互作用而產(chǎn)生δ-π超共軛效應(yīng)，電子活動(dòng)范圍擴(kuò)大，引起吸收峰向長(zhǎng)波移動(dòng)，雙鍵上每增加一個(gè)烴基，吸收譜帶位置將向長(zhǎng)波移動(dòng)約5nm。2、立體結(jié)構(gòu)

由于空間位阻，防礙兩個(gè)發(fā)色團(tuán)處在同一平面，使共軛程度降低。吸收峰短移，吸收強(qiáng)度降低的這種現(xiàn)象

同一分子的基團(tuán)間沒有直接共軛關(guān)系，吸收光譜為單獨(dú)基團(tuán)光譜的加和。當(dāng)由于剛性結(jié)構(gòu)的張力限制，迫使它們相互接近時(shí)，為保持一定的空間和方向排列，可能因軌道間相互重疊，發(fā)生相互作用，引起軌道能級(jí)變化，發(fā)生光譜位移或產(chǎn)生新的譜帶。3、溶劑效應(yīng)（1）對(duì)最大吸收波長(zhǎng)的影響

隨著溶劑極性的增大，有利于穩(wěn)定極性鍵的基態(tài)和非極性鍵的激發(fā)態(tài)，即n、π*軌道能量都有所降低，但n軌道能量降低更顯著。所以π→π*躍遷吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，即發(fā)生紅移；n→π*躍遷吸收峰向短波方向移動(dòng)，即發(fā)生藍(lán)移。

隨著溶劑極性的增大，π→π*紅移（λ增加），吸收強(qiáng)度（ε）降低；n→π*躍遷藍(lán)移（λ降低），吸收強(qiáng)度（ε）升高（2）對(duì)光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)和吸收強(qiáng)度的影響

當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí)，其振動(dòng)光譜和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜亦表現(xiàn)出來，因而具有非常清晰的精細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)它溶于非極性溶劑時(shí)，由于溶劑化作用，限制分子的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)光譜就不表現(xiàn)出來。隨著溶劑極性的增大，分子振動(dòng)也受到限制，精細(xì)結(jié)構(gòu)就會(huì)逐漸消失，合并為一條寬而低的吸收帶。圖：對(duì)稱四嗪在室溫下不同環(huán)境的紫外吸收光譜(a)氣態(tài)(b)烴類溶液(c)水溶液選擇溶劑的原則：A、未知物與已知物必須采用相同溶劑B、盡可能使用非極性溶劑，以獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)C、所選溶劑在測(cè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)無吸收或吸收很小D、常用溶劑有庚烷、正己烷、水、乙醇等。六、紫外光譜解析

紫外光譜在有機(jī)結(jié)構(gòu)鑒定中的作用和地位與其它光譜方法比較有較大的不同，紫外光譜僅提供分子中的共軛體系和某些基團(tuán)的結(jié)構(gòu)信息，通常不能僅用紫外光譜推斷未知有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)，這是應(yīng)用上的局限性。其優(yōu)點(diǎn)在于靈敏性高，對(duì)光譜與有機(jī)分子結(jié)構(gòu)及其環(huán)境變化的關(guān)系判斷簡(jiǎn)捷明確。

運(yùn)用紫外光譜對(duì)未知有機(jī)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可做大范圍的明確判斷。例如，在210～800nm范圍內(nèi)紫外透明，可以認(rèn)為分子中不含共軛體系，雜原子重鍵和飽和烴的溴、碘和多氯取代衍生物；在210～250nm有高強(qiáng)度的吸收（>10000）則為K帶，應(yīng)含有兩個(gè)π鍵的共軛體系；若在250～300nm出現(xiàn)中等強(qiáng)度吸收，應(yīng)是羰基的R帶；

260nm以上有強(qiáng)吸收譜帶，表明存在大的共軛體系，或中等長(zhǎng)度共軛體系中有助色團(tuán)存在，隨著共軛體系延長(zhǎng)，吸收波長(zhǎng)逐漸紅移，顏色加深。紫外光譜一般解析方法為：1、測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量和分子式，計(jì)算不飽和度，有助于了解分子中可能存在的生色團(tuán)。

2、根據(jù)譜帶的位置、強(qiáng)度和形狀，歸屬可能的電子躍遷、估計(jì)分子中的生色團(tuán)和共軛體系的部分骨架結(jié)構(gòu)。

3、充分利用溶劑效應(yīng)和介質(zhì)pH影響與光譜變化的相關(guān)性，用以確定較低強(qiáng)度的K帶和較強(qiáng)的R帶、B帶的歸屬，對(duì)酚羥基、芳香胺、不飽和羧酸、互變異構(gòu)體的識(shí)別更加敏感。

4、對(duì)復(fù)雜有機(jī)化合物，特別是某些天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)分析，難以精確計(jì)算譜帶的λmax，可以已知同類化合物的光譜對(duì)照，根據(jù)該類型光譜與結(jié)構(gòu)變化規(guī)律做適當(dāng)判斷。一些天然產(chǎn)物如黃酮類、香豆素類，蒽醌類、蒽醌類、苯甲酰衍生物等，都有其光譜特征，可方便的判斷母體光譜并研究它們衍生物的結(jié)構(gòu)。七、紫外光譜的應(yīng)用

不同的有機(jī)化合物具有不同的吸收光譜，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析，但吸收光譜較簡(jiǎn)單，只能用于鑒定共軛發(fā)色團(tuán)，推斷未知物骨架，可進(jìn)行定量分析及測(cè)定配合物配位比和穩(wěn)定常數(shù)1、化合物結(jié)構(gòu)的鑒定

用紫外可見吸收光譜鑒定未知物的結(jié)構(gòu)較困難，因譜圖簡(jiǎn)單，吸收峰個(gè)數(shù)少，主要表現(xiàn)化合物的發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)的特征。利用紫外可見吸收光譜可確定有機(jī)化合物中不飽和基團(tuán)，還可區(qū)分化合物的構(gòu)型、構(gòu)象、同分異構(gòu)體

從蘿芙木或蛇根草中提取出的利血，1952年離析出純品后，通過紫外光譜解析，檢測(cè)到利血平分子含有吲哚和沒食子酸衍生物兩個(gè)共軛體系，確定了利血平得主要結(jié)構(gòu)單元，分子結(jié)構(gòu)鑒定工作進(jìn)行很快。2、純度檢驗(yàn)

如果一化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其雜質(zhì)有較強(qiáng)吸收，就可方便的檢出該化合物中的痕量雜質(zhì)。例如：要鑒定甲醇和乙醇中的雜質(zhì)苯，可利用苯在254nm處的B吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎沒有吸收。又如：四氯化碳中有無二硫化碳雜質(zhì)，只要觀察在318nm處有無二硫化碳的吸收峰即可。3、異構(gòu)體的確定

有些特殊的極性化合物，在極性或pH不同的溶劑中光譜有很大的變化，表明結(jié)構(gòu)存在某種平衡體系，常見的有互變異構(gòu)體的平衡和酸堿平衡。

乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮等β－二羰基化合物都存在酮式和烯醇式互變異構(gòu)平衡，在極性溶劑中以酮式為主，兩者光譜不同。如乙酰乙酸乙酯在水中顯示低強(qiáng)度的R帶，在乙烷中，則顯示高強(qiáng)度的K帶。在極性不同的溶劑中，平衡常數(shù)不同。4、位阻作用的測(cè)定5、氫鍵強(qiáng)度的測(cè)定6、成分含量測(cè)定本章常見考試題型（二）1、紫外光譜儀由光源、單色器、樣品池、檢測(cè)器、記錄裝置幾部分組成

2、紫外光譜儀吸收池有玻璃或石英材質(zhì)制成，玻璃材質(zhì)吸收池只能用可見光區(qū)。3、用紫外光譜鑒別下列各組化合物4、下面化合物的最大紫外吸收波長(zhǎng)的計(jì)算值是多少5、計(jì)算下列化合物的紫外吸收光譜的最大吸收波長(zhǎng)：6、為什么形成π-π共軛體系，使吸收峰長(zhǎng)移，吸收強(qiáng)度增加的這種效應(yīng)？7、紫外光譜中溶劑效應(yīng)對(duì)最大吸收波長(zhǎng)有何影響？8、紫外光譜中溶劑效應(yīng)對(duì)樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)有何影響？補(bǔ)充材料4.3.8分光光度法的應(yīng)用4.3.8.1定性鑒定（1）判斷異構(gòu)體：

紫外吸收光譜的重要應(yīng)用在于測(cè)定共軛分子。共軛體系越大，吸收強(qiáng)度越大，波長(zhǎng)紅移。

（2）判斷共軛狀態(tài)：

可以判斷共軛生色團(tuán)的所有原子是否共平面等。如二苯乙烯（ph-CH=CH-ph）順式比反式不易共平面，因此反式結(jié)構(gòu)的最大吸收波長(zhǎng)及摩爾吸光系數(shù)要大于順式。

順式:λmax=280nm,e=13,500；反式:λmax=295nm,e=27,000；

（3）已知化合物的驗(yàn)證：

與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(duì)，紫外-可見吸收光譜可以作為有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)測(cè)定的一種輔助手段。4.3.8分光光度法的應(yīng)用4.3.8.2單組分定量分析1.分析條件的選擇（1）溶劑的選擇（2）測(cè)定濃度的選擇控制吸光度的數(shù)值在0.2-0.8之間；（3）測(cè)定波長(zhǎng)的選擇

2.分析方法（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法（2）標(biāo)準(zhǔn)加入法

3.應(yīng)用領(lǐng)域

分光光度法被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，環(huán)境、醫(yī)藥、石油等測(cè)定無機(jī)、有機(jī)微量成份。由于操作簡(jiǎn)單，儀器廉價(jià)，一般來說是常用的首選方法。4.3.8分光光度法的應(yīng)用4.3.8.3混合物分析；

根據(jù)吸光度的加和性，測(cè)定混合物中n個(gè)組分的濃度，可在n個(gè)不同波長(zhǎng)處測(cè)量n個(gè)吸光度值，列出n個(gè)方程組成的聯(lián)立方程組。

4.3.8.4平衡常數(shù)測(cè)定；4.3.8.5絡(luò)合物結(jié)合比的測(cè)定；紫外可見分光光度法

應(yīng)用實(shí)例儀器

可見分光光度計(jì)配合物組成的測(cè)定磺基水楊酸合銅配合

物組成的測(cè)定實(shí)驗(yàn)原理：

等莫爾連續(xù)變化法具體步驟:

配置一定體積比的溶液測(cè)定其吸光度，吸光度最大處對(duì)應(yīng)為配合物的組成比。吸光度的測(cè)量：在波長(zhǎng)440nm條件下，以蒸餾水作參比，測(cè)定各混合液的吸光度cL/(cM+cL)磷鉬蘭法測(cè)定核酸中的磷λmax=660nm測(cè)定配合物的分裂能實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)1mol電子躍遷時(shí)有：Aλ/nm鄰二氮菲吸光光度法測(cè)定Fe原理：條件：PH繪制A－PH曲線顯色劑用量繪制A—V曲線顯色時(shí)間繪制A－t曲線最大吸收波長(zhǎng)510nm

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作A－C曲線試樣樣測(cè)定以制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線確定測(cè)物質(zhì)的濃度C配合物組成的測(cè)定AcR/cMn(桔紅色)測(cè)定酸堿指示劑（甲基橙）離解常數(shù)步驟：

吸光數(shù)據(jù)的測(cè)定，找出HIn

和In_的最大吸收波長(zhǎng);甲基橙共軛酸堿吸收曲線的制作;離解常數(shù)的計(jì)算;酸堿分布曲線的制作;二溴鄰硝基苯基熒光酮與鋅Ⅱ的

顯色發(fā)應(yīng)原理：在CTMAB存在下,研究了4,5二溴鄰硝基苯基熒光酮(DBON2PF)與鋅Ⅱ的顯色反應(yīng)。在pH810的氨性緩沖溶液中,鋅Ⅱ與D-BON-PF形成1∶2的紅色絡(luò)合物條件：該絡(luò)合物的最大吸收波長(zhǎng)為595nm,其表觀摩爾吸光系數(shù)為6187×104,有色絡(luò)合物穩(wěn)定24h以上;25mL溶液中,鋅質(zhì)量在0～10μg范圍內(nèi)符合比爾定律，選用和加入不同量的陽離子表面活性劑CTMAB增敏,提高了方法的靈敏度和有色絡(luò)合物穩(wěn)定性分析：當(dāng)無陽離子表面活性劑CTMAB存在時(shí),顯色劑DBON-PF的最大吸收峰為520nm,鋅與顯色劑形成有色絡(luò)合物的最大吸收峰為595nm,ε=114×104;當(dāng)顯色體系加入CTMAB后,顯色劑的最大吸收峰為550nm,而鋅與顯色劑DBON-PF形成的絡(luò)合物最大吸收峰仍為595nm,ε=6187×