第九章紫外吸收光譜法

UltravioletMolecularAbsorptionSpectrometry第一節(jié)分子吸收光譜MolecularAbsorptionSpectroscopy一、分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)及分子能級(jí)前面講的AAS和AES都屬與原子光譜，是由原子中電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的。原子光譜是由一條一條的彼此分離的譜線組成的線狀光譜。分子光譜比原子光譜要復(fù)雜得多。這是由于在分子中，除了有電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有組成分子的各原子在其平衡位置附近的振動(dòng)，以及分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果考慮三種運(yùn)動(dòng)形式之間的相互作用，則分子總的能量可以認(rèn)為是這三種運(yùn)動(dòng)能量之和。即:E＝Ee+Ev+Er式中Ee為電子能量，Ev為振動(dòng)能量，Er轉(zhuǎn)動(dòng)能量。這三種不同形式的運(yùn)動(dòng)都對(duì)應(yīng)一定的能級(jí)，即：分子中除了電子能級(jí)外，還有振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)這三種能級(jí)都是量子化的、不連續(xù)的。正如原子有能級(jí)圖一樣，分子也有其特征的能級(jí)圖。簡(jiǎn)單雙原子分子的能級(jí)圖如圖9-1所示。A和B表示電子能級(jí)，間距最大；每個(gè)電子能級(jí)上又有許許多多的振動(dòng)能級(jí)，用V＇=0,1,2,……等表示A能級(jí)上個(gè)振動(dòng)能級(jí)，V＂=0,1,2,……等表示B能級(jí)上各振動(dòng)能級(jí)；每個(gè)振動(dòng)能級(jí)上又有許許多多的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，用j＇=0,1,2,……等表示A能級(jí)上V＇=0各轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，j＂=0,1,2,……等表示A能級(jí)上V＇=1各振動(dòng)能級(jí)等等。且ΔEe>ΔEv>ΔEr1．轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷與遠(yuǎn)紅外光譜轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的能量差ΔEr約為：0.025～0.003eV。假如是0.01eV，可計(jì)算出：λ=hc/ΔE=6.624×10-34×2.998×108/0.01×1.6×10-19=1.24×10-5m=12400nm=124μm可見，轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)（50~300μm）,稱遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。2.振動(dòng)能級(jí)：振動(dòng)能級(jí)間的能量差ΔEv約為：１～0.025eV。假如是0.1eV，可計(jì)算出：λ=hc/ΔE=6.624×10-34×2.998×108/0.1×1.6×10-19=1.24×10-5m=12400nm=12.4μm可見，振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)(0.78~50μm)，稱紅外光譜或分子振動(dòng)光譜。

振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷。即振動(dòng)光譜中總包含有轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷，因而產(chǎn)生光譜也叫振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。3．電子能級(jí)電子能級(jí)的能量差ΔEe:20～1eV。假如是5eV，可計(jì)算出：λ=hc/ΔE=6.624×10-34×2.998×108/5×1.6×10-19=2.48×10-7m=248nm可見，電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在紫外—可見光區(qū)(200~780nm)，稱紫外—可見光譜或分子的電子光譜。

電子能級(jí)躍遷時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷，因而產(chǎn)生的譜線呈現(xiàn)寬譜帶。紫外—可見光譜實(shí)際上是電子-振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。

應(yīng)該指出，紫外光可分為近紫外光（200~400nm）和真空紫外光（60~200nm）。由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外區(qū)（60~200nm）均有吸收，因此在測(cè)定這一范圍的光譜時(shí)，必須將光學(xué)系統(tǒng)抽成真空，然后充以一些惰性氣體，如氦、氖、氬等。鑒于真空紫外吸收光譜的研究需要昂貴的真空紫外分光光度計(jì)，故在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。我們通常所說的紫外—可見分光光度法，實(shí)際上是指近紫外、可見分光光度法。相應(yīng)的外層電子和價(jià)電子有三種：σ電子、π電子和n電子。通常情況下，電子處于低的能級(jí)（成鍵軌道和非鍵軌道）。當(dāng)用合適能量的紫外光照射分子時(shí)，分子可能吸收光的能量，而由低能級(jí)躍遷到反鍵*軌道。在紫外可見光區(qū)，可形成下列幾種躍遷類型：①.N→V躍遷：電子由成鍵軌道躍遷到反鍵軌道，包括σ→σ＊；π→π＊躍遷。②.N→Q躍遷：分子中未成鍵的n電子躍遷到反鍵軌道，包括n→σ＊；n→π＊躍遷。③.N→R躍遷：σ電子逐級(jí)躍遷到各高能級(jí)，最后脫離分子，使分子成為分子離子的躍遷。（光致電離）④.電荷遷移躍遷：當(dāng)分子形成配合物或分子內(nèi)的兩個(gè)大π體系相互接近時(shí)，外來輻射照射后，電荷可以由一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，而產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜?？梢姡袡C(jī)化合物價(jià)電子一般主要有4種類型的躍遷：n→π＊、π→π＊、n→σ＊和σ→σ＊。各種躍遷所對(duì)應(yīng)的能量大小為n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊[討論]：①σ→σ＊躍遷所需能量最大。σ電子只有吸收遠(yuǎn)紫外光的能量才能發(fā)生躍遷，飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)，吸收波長(zhǎng)λ<200nm，甲烷的λmax為125nm,乙烷λmax為135nm，只能被真空紫外分光光度計(jì)檢測(cè)到；作為溶劑使用。②.n→σ＊躍遷所需能量較大。吸收波長(zhǎng)為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。③.π→π＊躍遷所需能量較小。吸收波長(zhǎng)為150～400nm，處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，εmax一般在以上，屬于強(qiáng)吸收。④、n→π＊躍遷，所需能力小。吸收波長(zhǎng)為400－800nm范圍，處于紫外可見光區(qū)。是非鍵電子向共扼雙鍵的分子軌道的躍遷。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n→σ＊；躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。而CH4躍遷范圍125～135nm（σ→σ＊

），CH3I躍遷范圍150～210nm（σ→σ＊

）和258nm（n→σ＊）；CH2I2吸收峰292nm（n→σ＊

）；CHI3吸收峰349nm（n→σ＊

）。這些數(shù)據(jù)說明：氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收波長(zhǎng)發(fā)生了紅移，顯示了助色團(tuán)的助色作用。而且說明，隨雜原子半徑增加，n→σ＊躍遷向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。直接用烷烴紫外吸收光譜分析這些化合物的實(shí)用價(jià)值不大。但是它們是測(cè)定紫外和（或）可見吸收光譜（200～1000nm）的良好溶劑。2．不飽和脂肪烴

在不飽和烴類分子中，除含有σ

鍵外，還含有π鍵，它們可以產(chǎn)生σ→σ＊和π→π＊兩種躍遷。π→π＊躍遷的能量小于σ→σ＊躍遷。例如，在乙烯分子中，π→π＊躍遷最大吸收波長(zhǎng)為171nm。這種含有不飽和鍵的基團(tuán)稱為生色團(tuán)。SeeTable9-3。

在不飽和烴類分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的雙鍵共軛形成大π鍵時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)，π→π＊躍遷的吸收帶將明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。[原因：共軛效應(yīng)使鍵長(zhǎng)平均化。電子易激發(fā)]例如，C2H4（孤立單鍵）λmax=171nm,εmax=1.553×；CH2=CH-CH=CH2，λmax=217nm,εmax=2.1×。[SeeTable9-4]。在共軛體系中，π→π＊躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K（Konjugation）帶。

K帶（π→π＊

）的特點(diǎn)：強(qiáng)度大，εmax?；位置一般在217～280nm；λmax和εmax的大小與共軛鏈的長(zhǎng)短及取代基的位置有關(guān)。

根據(jù)K帶是否出現(xiàn)，可判斷分子中共軛體系的存在情況。在紫外光譜分析中有重要應(yīng)用。

R帶，n→π＊躍遷，躍遷禁阻，弱帶。

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，紅移成B帶，取代基使B帶簡(jiǎn)化；當(dāng)苯環(huán)上有取代基時(shí)，苯的三個(gè)特征譜帶都會(huì)發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。當(dāng)苯環(huán)與生色團(tuán)連結(jié)時(shí)，有B和K兩種吸收帶，有時(shí)還有R吸收帶，其中R吸收帶的波長(zhǎng)最長(zhǎng)。

稠環(huán)芳烴，如萘、蒽、芘等，均顯示苯的三個(gè)吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個(gè)吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長(zhǎng)紅移越多，吸收強(qiáng)度也相應(yīng)增加。

當(dāng)芳環(huán)上的-C基團(tuán)被氮原子取代后，相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與萘相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n→π＊吸收帶。4．羰基化合物

羰基化合物含有>C=O基團(tuán)。>C=O基團(tuán)主要可產(chǎn)生π

→π＊、n→σ

＊、n

→π＊三個(gè)吸收帶，n

→π＊吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n

→π＊吸收帶的光區(qū)稍有不同。

羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n

→π＊吸收帶，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對(duì)的助色團(tuán)，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的π電子產(chǎn)生n→π共軛，導(dǎo)致π

*軌道的能級(jí)有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級(jí)，因此實(shí)現(xiàn)n

→π＊躍遷所需的能量變大，使n

→π＊吸收帶藍(lán)移至210nm左右。第三節(jié)無機(jī)化合物的紫外吸收光譜InorganicMolecularUltravioletAbsorptionSpectroscopy產(chǎn)生無機(jī)化合物紫外、可見吸收光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場(chǎng)躍遷。一﹑電荷轉(zhuǎn)移躍遷：吸收譜帶200～400nm許多無機(jī)配合物有電荷遷移躍遷所產(chǎn)生的電荷遷移吸收光譜。電子從配體到金屬離子:

相當(dāng)于金屬的還原；2.電子從金屬離子到配體；產(chǎn)生這種躍遷的必要條件是金屬離子容易被氧化（處于低氧化態(tài)），配位體具有空的反鍵軌道，可接受從金屬離子轉(zhuǎn)來的電子，如吡啶、2，2'-聯(lián)吡啶，1，10-二氮雜菲及其衍生物等，這類試劑易與可氧化性的Ti(III)、Fe(II)、V(II)、Cu(I)等結(jié)合，生成有色配合物，反應(yīng)過程中，電子從主要定域在金屬離子的d軌道，轉(zhuǎn)移到配位體的π軌道上。3.電子從金屬到金屬配合物中含有兩種不同氧化態(tài)的金屬時(shí)，電子可在其間轉(zhuǎn)移，這類配合物有很深的顏色，如普魯士藍(lán)KFe[Fe(CN)6],硅（磷、砷）鉬藍(lán)H8[SiMo2O5(Mo2O7)5]等。過渡金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng)所生成的配合物以及許多水合無機(jī)離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。如，F(xiàn)e2+--1，10鄰二氮菲及Cu+--1，10鄰二氮菲配合物。又如，

FeOHFeoH

(hν)

此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過渡元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色。

電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長(zhǎng)位置，取決于電子給予體和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差。若中心離子的氧化能力越強(qiáng)，或配位體的還原能力越強(qiáng)，則發(fā)生躍遷時(shí)需要的能量越小，吸收光波長(zhǎng)紅移。

電荷遷移吸收光譜的ε一般在10~10之間，其波長(zhǎng)通常處于紫外區(qū)。3+2+-34二、配位場(chǎng)躍遷

配位場(chǎng)躍遷包括d-d躍遷和f-f

躍遷。元素周期表中第四、五周期的過渡金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。在配體的存在下，過渡元素五個(gè)能量相等的d軌道和鑭系元素七個(gè)能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。當(dāng)它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道，這兩類躍遷分別稱為d-d躍遷和f-f

躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場(chǎng)作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場(chǎng)躍遷。圖9-6（SeePowerPoint）是[Co(NH3)5X]的吸收光譜，其中d-d躍遷屬配位場(chǎng)躍遷。

配位場(chǎng)躍遷吸收光譜的ε一般在10~10之間，其波長(zhǎng)通常處于可見區(qū)。ε較小，所以在定量分析上用途不大，但可用于研究無機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)及鍵合理論。n＋-12例1.

對(duì)亞異丙酮(異丙叉丙酮)紫外吸收光譜下表(Table9-5)為溶劑對(duì)亞異丙酮(異丙叉丙酮)紫外吸收光譜的影響。

正己烷

CHCl3

CH3OH

H2O

*max/nm

230

238

237

243

n*max/nm

329

315

309

305

例2.苯酰丙酮(SeePowerPoint)非極性→極性，n→π

*躍遷：蘭移；，；→*躍遷：紅移；；?！甩甩甩擞缮媳砜梢钥闯?，當(dāng)溶劑的極性增大時(shí)，由nπ*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生藍(lán)移，而由π

π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。因此，在測(cè)定紫外、可見吸收光譜時(shí)，應(yīng)注明在何種溶劑中測(cè)定。πεεππππ異丙叉丙酮苯酰丙酮第五節(jié)

紫外-可見分光光度計(jì)一、組成部件

分光光度計(jì)按使用的波長(zhǎng)范圍可分為：紫外分光光度計(jì)（200~400nm）、可見分光光度計(jì)（400~800nm）和紫外-可見分光光度計(jì)（200~1000nm，現(xiàn)在多用）。紫外-可見分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是由五個(gè)部分組成：即光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器和信號(hào)指示系統(tǒng)。1．光源

對(duì)光源的基本要求是應(yīng)在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長(zhǎng)的變化應(yīng)盡可能小。

分光光度計(jì)中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類。

熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340~2500nm。氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。在近紫外區(qū)測(cè)定時(shí)常用氫燈和氘燈。它們可在160~375nm范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光源。氘燈的燈管內(nèi)充有氫的同位素氘，它是紫外光區(qū)應(yīng)用最廣泛的一種光源，其光譜分布與氫燈類似，但光強(qiáng)度比相同功率的氫燈要大3~5倍。2．單色器

單色器是能從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置，其主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長(zhǎng)且波長(zhǎng)在紫外可見區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。單色器一般由入射狹縫、準(zhǔn)光器、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。單色器的性能直接影響入射光的單色性，從而也影響到測(cè)定的靈敏度、選擇性及校準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系等。能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。3．吸收池

吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃吸收池只能用于可見光區(qū)。為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測(cè)定中（紫外區(qū)尤其重要），吸收池要挑選配對(duì)。因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。4．檢測(cè)器

檢測(cè)器的功能是檢測(cè)信號(hào)、測(cè)量單色光透過溶液后光強(qiáng)度變化的一種裝置。

常用的檢測(cè)器有光電池、光電管和光電倍增管等。硒光電池對(duì)光的敏感范圍為300~800nm，其中又以500~600nm最為靈敏。這種光電池的特點(diǎn)是能產(chǎn)生可直接推動(dòng)微安表或檢流計(jì)的光電流，但由于容易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)而只能用于低檔的分光光度計(jì)中。

光電管在紫外-可見分光光度計(jì)上應(yīng)用較為廣泛。

光電倍增管是檢測(cè)微弱光最常用的光電元件，它的靈敏度比一般的光電管要高200倍，因此可使用較窄的單色器狹縫，從而對(duì)光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)有較好的分辨能力。5．信號(hào)指示系統(tǒng)

它的作用是放大信號(hào)并以適當(dāng)方式指示或記錄下來。常用的信號(hào)指示裝置有直讀檢流計(jì)、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動(dòng)記錄裝置等。很多型號(hào)的分光光度計(jì)裝配有微處理機(jī)，一方面可對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行操作控制，另一方面可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。二、紫外-可見分光光度計(jì)的類型

紫外-可見分光光度計(jì)的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束分光光度計(jì)、雙光束分光光度計(jì)和雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)。1．單光束分光光度計(jì)

經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以進(jìn)行吸光度的測(cè)定。這種簡(jiǎn)易型分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易，適用于常規(guī)分析。2．雙光束分光光度計(jì)

經(jīng)單色器分光后經(jīng)反射鏡分解為強(qiáng)度相等的兩束光，一束通過參比池，一束通過樣品池。光度計(jì)能自動(dòng)比較兩束光的強(qiáng)度，此比值即為試樣的透射比，經(jīng)對(duì)數(shù)變換將它轉(zhuǎn)換成吸光度并作為波長(zhǎng)的函數(shù)記錄下來。雙光束分光光度計(jì)一般都能自動(dòng)記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時(shí)分別通過參比池和樣品池，還能自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化所引起的誤差。3．雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)

由同一光源發(fā)出的光被分成兩束不同波長(zhǎng)（l1和l2）的單色光；利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池，然后經(jīng)過光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，最后由顯示器顯示出兩個(gè)波長(zhǎng)處的吸光度差值ΔA（ΔA=Al1-Al2）。對(duì)于多組分混合物、混濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長(zhǎng)分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。利用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)，能獲得導(dǎo)數(shù)光譜。

三、分光光度計(jì)的校正

通常在實(shí)驗(yàn)室工作中，驗(yàn)收新儀器或?qū)嶒?yàn)室使用過一段時(shí)間后都要進(jìn)行波長(zhǎng)校正和吸光度校正。

建議采用下述的較為簡(jiǎn)便和實(shí)用的方法來進(jìn)行校正：鐠銣玻璃或鈥玻璃都有若干特征的吸收峰，可用來校正分光光度計(jì)的波長(zhǎng)標(biāo)尺，前者用于可見光區(qū)，后者則對(duì)紫外和可見光區(qū)都適用。也可用K2CrO4標(biāo)準(zhǔn)溶液來校正吸光度標(biāo)度。第六節(jié)紫外吸收光譜的應(yīng)用ApplicationsofUltravioletMolecularAbsorptionSpectrometry

紫外－可見分光光度法是一種廣泛應(yīng)用的定量分析方法，也是對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析和結(jié)構(gòu)分析的一種手段，同時(shí)還可以測(cè)定某些化合物的物理化學(xué)參數(shù)，例如摩爾質(zhì)量、配合物的配合比和穩(wěn)定常數(shù)、以及酸、堿的離解常數(shù)等。一、定性分析就其定性分析而言，紫外－可見分光光度法在無機(jī)元素的定性分析應(yīng)用方面是比較少的，無機(jī)元素的定性分析主要用原子發(fā)射光譜法或化學(xué)分析法；而主要的應(yīng)用是有機(jī)和化合物的定性分析和結(jié)構(gòu)分析。定性分析的光譜依據(jù)是：吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目和位置及相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)，和最大吸收波長(zhǎng)是定性分析的最主要參數(shù)。在有機(jī)化合物的定性分析鑒定及結(jié)構(gòu)分析方面，由于有些有機(jī)化合物在紫外區(qū)沒有吸收帶，有些僅有簡(jiǎn)單而寬的吸收帶，光譜信息較少，特征性不強(qiáng)；另一方面，紫外－可見光譜反映的基本上是分子中生色團(tuán)和助色團(tuán)的特性（而且不少簡(jiǎn)單官能團(tuán)在近紫外及可見光區(qū)沒有吸收或吸收很弱），而不是整個(gè)分子的特性，例如，甲苯和乙苯的紫外光譜實(shí)際上是一樣的。因此，單根據(jù)一個(gè)化合物的紫外光譜不能完全確定其分子結(jié)構(gòu)，這種方法的應(yīng)用有較大的局限性。但是它適用于不飽和有機(jī)化合物，尤其是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)。此外，它可配合紅外光譜法、核磁共振波譜法和質(zhì)譜法等常用的結(jié)構(gòu)分析法進(jìn)行定量鑒定和結(jié)構(gòu)分析，是不失為一種有用的輔助方法。一般定性分析方法有如下兩種：1.比較吸收光譜曲線法吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目和位置及相應(yīng)的摩爾吸光系數(shù)，是定性分析的光譜依據(jù)，而最大吸收波長(zhǎng)是定性分析的最主要參數(shù)。比較法有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法和標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較法兩種。及相應(yīng)的①.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法在相同的測(cè)量條件下，測(cè)定和比較未知物與已知標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜曲線，如果兩者的光譜完全一致，則可以初步認(rèn)為它們是同一化合物。為了能使分析更準(zhǔn)確可靠，要注意如下幾點(diǎn)：a.盡量保持光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。為此，應(yīng)采用與吸收物質(zhì)作用力小的非極性溶劑，且采用窄的光譜通帶；b.吸收光譜采用lgA對(duì)λ作圖。這樣如果未知物與標(biāo)準(zhǔn)物的濃度不同，則曲線只是沿lgA軸平移，而不是象A~λ曲線那樣以εb的比例移動(dòng)，更便于比較分析。c.往往還需要用其它方法進(jìn)行證實(shí)，如紅外光譜等。②.標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較法利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖或光譜數(shù)據(jù)比較。常用的標(biāo)準(zhǔn)譜圖有以下表中的四種：[1]SadtlerStandardSpectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978.薩特勒標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫(kù)，共收集了46000種化合物的紫外光譜。

[2]R.A.FriedelandM.Orchin,“UltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofAromaticCompounds”,Wiley,NewYork,1951.本書收集了597種芳香化合物的紫外光譜。

[3]KenzoHirayama：“HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraaofOrganicCompounds.”,NewYork,Plenum,1967。

[4]“OrganicElectronicSpectralData”。③.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。

當(dāng)采用其它物理或化學(xué)方法推測(cè)未知化合物有幾種可能結(jié)構(gòu)后，可用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算它們最大吸收波長(zhǎng)，然后再與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，以確認(rèn)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。伍德沃德規(guī)則。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，參閱參考書[1]~[4]。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)λmax。二、有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的推斷紫外－可見分光光度法可以進(jìn)行化合物某些基團(tuán)的判別、共軛體系及構(gòu)型、構(gòu)象的判斷。1.推測(cè)化合物所含的官能團(tuán)有機(jī)物的不少基團(tuán)(生色團(tuán))，如羰基、苯環(huán)、硝基、共軛體系等，都有其特征的紫外或可見吸收帶，紫外－可見分光光度法在判別這些基團(tuán)時(shí)，有時(shí)是十分有用的。a．如果一個(gè)化合物在220～800nm分為內(nèi)無吸收峰，它可能是酯肪族碳?xì)浠衔铩?、醇、羧酸、氯代烴和氟代烴，不含雙鍵或共軛體系，沒有醛、酮或溴、碘等基團(tuán)。b．如果在210~250nm有強(qiáng)吸收峰（ε3104），表明可能含有兩個(gè)雙鍵的共軛體系（K帶）。如1,3丁二烯，λmax為217nm，εmax為21,000；共軛二烯：K帶（~230nm）；a,β不飽和醛酮：K帶~230nm。c．若260～350nm區(qū)域有很強(qiáng)的吸收帶，則可能有3~5個(gè)雙鍵的共軛體系，如癸五烯有五個(gè)共軛雙鍵，λmax為335nm，εmax為118,000。R帶~310~330nmd．若270~350nm有弱吸收峰（ε=10~100），而無其它吸收峰，則說明只含非共軛的，具有n電子的生色團(tuán)。2.異構(gòu)體的判斷包括順反異構(gòu)及互變異構(gòu)兩種情況的判斷。

①.順反異構(gòu)體的判斷生色團(tuán)和助色團(tuán)處在同一平面上時(shí)，才產(chǎn)生最大的共軛效應(yīng)。由于反式異構(gòu)體的空間位阻效應(yīng)小，分子的平面性能較好，共軛效應(yīng)強(qiáng)。因此反式都大于順式異構(gòu)體。例如，肉桂酸的順、反式的吸收如下：

λmax＝280nm，εmax=13500

；λmax＝295nm，εmax=27000

又如，1,2-二苯乙烯順式：λmax=280nm；

εmax=10500（空間位阻，影響共平面）反式：λmax=295nm；εmax=27000共平面產(chǎn)生最大共軛效應(yīng)，εmax大

同一化學(xué)式的多環(huán)二烯，可能有兩種異構(gòu)體：一種是順式異構(gòu)體；另一種是異環(huán)二烯，是反式異構(gòu)體。一般來說，異環(huán)二烯的吸收帶強(qiáng)度總是比同環(huán)二烯來的大。②.互變異構(gòu)體的判斷某些有機(jī)化合物在溶液中可能有兩種以上的互變異構(gòu)體處于動(dòng)態(tài)平衡中，這種異構(gòu)體的互變過程常伴隨有雙鍵的移動(dòng)及共軛體系的變化，因此也產(chǎn)生吸收光譜的變化。最常見的是某些含氧化合物的酮式與烯醇式異構(gòu)體之間的互變。例如乙酰乙酸乙酯就是和烯醇式兩種互變異構(gòu)體：它們的吸收特性不同：酮式異構(gòu)體：π－π*躍遷：λmax=204nm，εmax??；烯醇式異構(gòu)體（雙鍵共軛）：π－π*躍遷：λmax=245nm，εmax=18000。兩種異構(gòu)體的互變平衡與溶劑有密切關(guān)系。在像水這樣的極性溶劑中，由于可能與H2O形成氫鍵而降低能量以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以酮式異構(gòu)體占優(yōu)勢(shì):而像乙烷這樣的非極性溶劑中，由于形成分子內(nèi)的氫鍵，且形成共軛體系，使能量降低以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以烯醇式異構(gòu)體比率上升:此外，紫外－可見分光光度法還可以判斷某些化合物的構(gòu)象(如取代基是平伏鍵還是直立鍵)及旋光異構(gòu)體等。三、純度檢查1．如果一個(gè)化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其中的雜質(zhì)有較強(qiáng)的吸收，就可方便的檢該化合物中是否含有微量的雜質(zhì)。例1．如檢查甲醇或乙醇中是否含有雜質(zhì)苯。苯在256nm處有B吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長(zhǎng)附近幾乎沒有吸收。例2．檢查四氯化碳中有無二硫化碳雜質(zhì)。二硫化碳在318nm處有吸收峰。2．如果一個(gè)化合物在紫外可見區(qū)有較強(qiáng)的吸收帶，有時(shí)可用摩爾吸收系數(shù)來檢查其純度。例3．檢查菲的純度。在氯仿溶液中，菲在296nm處有強(qiáng)吸收（文獻(xiàn)值lgε=4.10）。如果測(cè)的樣品溶液的lgε〈4.10，則說明含有雜質(zhì)。3．工業(yè)上往往要把不干性油（雙鍵不共軛）轉(zhuǎn)變?yōu)楦尚杂停p鍵共軛），可用紫外光譜判斷雙鍵是否共軛。飽和或雙鍵不共軛〈210nm；兩個(gè)共軛雙鍵：~220nm；三個(gè)共軛雙鍵：~270nm；四個(gè)共軛雙鍵：~310nm。四、定量分析定量分析的依據(jù)：朗伯-比爾定律，同基礎(chǔ)分析“分光光度分析法”部分。應(yīng)用廣泛。紫外－可見分光光度法定量分析的方法常見到的有如下幾種：1．單組分的定量分析如果在一個(gè)試樣中只要測(cè)定一種組分，且在選定的測(cè)量波長(zhǎng)下，試樣中其它組分對(duì)該組分不干擾，這種單組分的定量分析較簡(jiǎn)單。一般有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法兩種。①．標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法在相同條件下，平行測(cè)定試樣溶液和某一濃度Cs（應(yīng)與試液濃度接近）的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度Ax和As，則由Cs可計(jì)算試樣溶液中被測(cè)物質(zhì)的濃度Cx：標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法因使用單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，引起誤差的偶然因素較多，故往往較不可靠。②．標(biāo)準(zhǔn)曲線法這是實(shí)際分析工作中最常用的一種方法。配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不含被測(cè)組分的空白溶液作參比，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度，繪制吸光度－濃度曲線，稱為校正曲線（也叫標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線）。在相同條件下測(cè)定試樣溶液的吸光度，從校正曲線上找出與之對(duì)應(yīng)的未知組分的濃度。此外，有時(shí)還可以采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。2.多組分的定量分析

根據(jù)吸光度具有加和性的特點(diǎn)，在同一試樣中可以同時(shí)測(cè)定兩個(gè)或兩個(gè)以上組分。假設(shè)要測(cè)定試樣中的兩個(gè)組分A、B，如果分別繪制A、B兩純物資的吸收光譜，繪出三種情況，如圖13.20所示。①．(a)情況表明兩組分互不干擾，可以用測(cè)定單組分的方法分別在λ1、λ2測(cè)定A、B兩組分；②．(b)情況表明A組分對(duì)B組分的測(cè)定有干擾，而B組分對(duì)A組分的測(cè)定無干擾，則可以在λ1處單獨(dú)測(cè)量A組分，求得A組分的濃度CA。然后在λ2處測(cè)量溶液的吸光度及A、B純物質(zhì)的和值，根據(jù)吸光度的加和性，即得則可以求出CB；③.(c)情況表明兩組分彼此互相干擾，此時(shí)，在λ1、λ2處分別測(cè)定溶液的吸光度和，而且同時(shí)測(cè)定A、B純物質(zhì)的、及、。然后列出聯(lián)立方程:

解得CA、CB。顯然，如果有n個(gè)組分的光譜互相干擾，就必須在n個(gè)波長(zhǎng)處分別測(cè)定吸光度的加和值，然后解n元一次方程以求出各組分的濃度。應(yīng)該指出，這將是繁瑣的數(shù)學(xué)處理，且n越多，結(jié)果的準(zhǔn)確性越差。用計(jì)算機(jī)處理測(cè)定結(jié)果將使運(yùn)算大為方便。3.雙波長(zhǎng)分光光度法

當(dāng)試樣中兩組分的吸收光譜重疊嚴(yán)重時(shí)，用解聯(lián)立方程的方法測(cè)定兩組分的含量可能誤差較大，這時(shí)可以用雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定。它可以進(jìn)行一組分在其它組分干擾下，測(cè)定該組分的含量，也可以同時(shí)測(cè)定兩組分的含量。雙波長(zhǎng)分光光度法定量測(cè)定兩混合物組分的主要方法有等吸收波長(zhǎng)法和系數(shù)倍率法兩種。

等吸收雙波長(zhǎng)法步驟：

②.系數(shù)倍率法當(dāng)干擾組分A的吸收光譜曲線不呈峰狀，僅是陡坡狀時(shí)，不存在兩個(gè)波長(zhǎng)處的等吸收點(diǎn)時(shí)，如圖所示。在這種情況下，可采用系數(shù)倍率法測(cè)定B組分，并采用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)來完成。選擇兩個(gè)波長(zhǎng)λ1、λ2，分別測(cè)量A、B混合液的吸光度、，利用雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)中差分函數(shù)放大器，把、分別放大k1、k2倍，獲得兩波長(zhǎng)處測(cè)得的差示信號(hào)S：、調(diào)節(jié)放大器，使之滿足得到系數(shù)倍率K為差示信號(hào)S與待測(cè)組分B的濃度CB成正比，與干擾組分A無關(guān)，即消除了A的干擾。4.導(dǎo)數(shù)分光光度法

采用不同的實(shí)驗(yàn)方法可以獲得各種導(dǎo)數(shù)光譜曲線。不同的實(shí)驗(yàn)方法包括雙波長(zhǎng)法、電子微分法和數(shù)值微分法。將對(duì)波長(zhǎng)λ求導(dǎo):在整個(gè)波