第十章

紫外可見分光光度法一、光的波粒二象性二、電磁波譜三、物質(zhì)對(duì)光的吸收四、電子躍遷類型五、常用概念六、吸收帶與結(jié)構(gòu)關(guān)系第一節(jié)

基本原理2023/9/23分光光度法：是基于被測(cè)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立的分析方法。應(yīng)用對(duì)象：一般是能吸收UV-ViS的分子或某些特定離子本章重點(diǎn)：（1）光的波粒二象性（2）紫外可見光度法基本原理（3）定性定量方法2023/9/23一、光的波粒二象性波動(dòng)性粒子性

E

光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光電效應(yīng)E：光子的能量（J,焦耳）

：光子的頻率（Hz,赫茲）

：光子的波長（cm）c：光速（2.9979

1010cm.s-1）h：Plank常數(shù)（6.6256

10-34J.s）2023/9/23二、電磁波譜

射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可

見

光紫外可見光區(qū)為200~800nm,其中紫外200~400nm、可見400~800nm,在此區(qū)域是分子產(chǎn)生的吸收2023/9/23三、物質(zhì)對(duì)光的吸收1、物質(zhì)顏色與光的關(guān)系完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光吸收池黑色無色透明互補(bǔ)色藍(lán)色2023/9/232、吸收原理與光的關(guān)系光作用于物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)吸收了相應(yīng)波長的光，而顯示出特征的顏色，物質(zhì)對(duì)光的吸收是由于分子中的價(jià)電子在不同的分子軌道之間躍遷而產(chǎn)生的，吸收具有選擇性（量子化）S2S1S0S3E2E0E1E3h

2023/9/23物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，吸收光的波長也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收。原子吸收得到是銳線光譜、分子吸收得到是帶狀光譜例：A物質(zhì)B物質(zhì)同理，得：1ev=1.6

10-19J.

2023/9/233.

分子吸收光譜產(chǎn)生類型電子能級(jí)躍遷振動(dòng)能級(jí)躍遷2023/9/234、紫外可見吸收光譜（曲線）意義以波長（

）為橫坐標(biāo)，吸光度（物質(zhì)對(duì)光吸收程度,用A表示）為縱坐標(biāo)所繪制的曲線，即為吸收光譜。2023/9/231)同一種物質(zhì)對(duì)不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長稱為最佳吸收波長λmax2)不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似（如右圖），且λmax值不變。而對(duì)于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax都不同2023/9/233)吸收曲線的形狀、λmax及吸收強(qiáng)度(ξ表示)等與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。4)不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一波長下吸光度有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。5)在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測(cè)定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。2023/9/23膽甾醇異亞丙基丙酮6)共軛基團(tuán)相同的不同分子，紫外、可見吸收光譜相似。O=C–C=C兩分子具有相同的共軛基團(tuán)2023/9/231、有機(jī)化合物價(jià)電子類型有機(jī)化合物中存在三種價(jià)電子：σ電子、π電子、n電子它們對(duì)應(yīng)有σ、σ*、π、π

*及n軌道。如甲醛分子分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道當(dāng)外層價(jià)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)椋簄→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

COHnpsH四、電子躍遷類型2023/9/232、電子躍遷類型

（1）σ→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屬于該類躍遷，出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)；吸收波長λ<200nm。例：甲烷λmax為125nm,乙烷λmax為135nm。作為溶劑使用2023/9/23（2）n→π＊躍遷

所需能量最??；n電子只有吸收近紫外光的能量才能發(fā)生躍遷；含有雜原子不飽官能團(tuán)的分子吸收光譜屬于該類躍遷，出現(xiàn)在近紫外區(qū)；吸收波長λ>200nm。吸收強(qiáng)度較弱，通常檢測(cè)不到。例：丙酮羰基產(chǎn)生該類躍遷，其λmax為279nmε為10-30

2023/9/23（3）n→σ＊躍遷

所需能量較大。吸收波長多為150～250nm，大部分在遠(yuǎn)紫外區(qū)，而在近紫外區(qū)的仍不易觀察到。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。如下表所示2023/9/23（4）π→π＊躍遷（最重要的躍遷）

所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，εmax在104L·mol－1·cm－1以上，屬于強(qiáng)吸收。

1)不飽和烴π→π*躍遷，乙烯π→π*躍遷的λmax為165nm，εmax為1×104L·mol-1·cm－1,強(qiáng)吸收。2)共軛烯烴中的

→*波長增加,強(qiáng)度增大

(HOMOLVMO)

max

165nm217nm

?

?

?

2023/9/23共軛烯烴中

→*躍遷所需能量降低，因此，對(duì)應(yīng)波長增大，同時(shí)也屬于強(qiáng)吸收帶如

max=217nm，εmax

為21000紫外光譜電子躍遷類型：n—π*躍遷

π—π*躍遷飽和化合物無紫外吸收電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團(tuán)有密切聯(lián)系根據(jù)分子結(jié)構(gòu)→推測(cè)可能產(chǎn)生的電子躍遷類型；根據(jù)吸收帶波長和電子躍遷類型

→推測(cè)分子中可能存在的基團(tuán)（分子結(jié)構(gòu)鑒定）2023/9/232.無機(jī)物吸收光譜與電子躍遷(自學(xué))（1）電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜無機(jī)絡(luò)合物例：

λmax=490nm,εmax>104，定量測(cè)定靈敏度高。電子受體電子給予體2023/9/23（2）配位場躍遷吸收在配體的配位場作用下，過渡元素5個(gè)能量相等的d軌道和鑭系、錒系元素7個(gè)能量相等的f軌道分裂成幾組能量不等的d軌道及f軌道，吸收輻射后，低能態(tài)的d或f電子分別躍遷至高能態(tài)的d或f軌道，即產(chǎn)生了d一d和

f一f

躍遷。2023/9/23八面體場?E配位場躍遷屬禁戒躍遷，吸收強(qiáng)度弱，εmax<102，不適合用于定量分析，但可用于研究配合物的結(jié)構(gòu)及無機(jī)配合鍵理論等。2023/9/23五、常用概念和術(shù)語1、吸收峰：吸收曲線上吸光度最大的地方，其位置用對(duì)應(yīng)的波長為

max表示2、生色團(tuán)：有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)中含有π→π＊和n→π＊躍遷的基團(tuán)，能在紫外可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收的基團(tuán)稱為生色團(tuán)。2023/9/233、助色團(tuán)：含有非鍵電子的雜原子飽和基團(tuán)，當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，能使生色團(tuán)吸收峰向長波方向位移并增強(qiáng)其強(qiáng)度的官能團(tuán)。如–OH、–NH2、–SH及鹵族元素4、紅移和藍(lán)移：λmax向長波方向移動(dòng)稱為紅移，向短波方向移動(dòng)稱為藍(lán)移(或紫移)。5、增色和減色：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)。2023/9/232023/9/235、強(qiáng)帶和弱帶：在紫外可見光區(qū)內(nèi)，凡是εmax

值大于104的吸收峰為強(qiáng)帶；小于102的吸收峰為弱帶A:吸收峰εmax=103

B:吸收峰εmax=105

A

2023/9/23六、吸收帶與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系

電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及其存在的基團(tuán)有密切的聯(lián)系，因此，可以根據(jù)分子結(jié)構(gòu)來預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的電子躍遷，或者根據(jù)吸收譜帶來推測(cè)分子的結(jié)構(gòu)。例如：飽和烴只有σ→σ＊躍遷；烯烴有σ→σ＊躍遷也有π→π＊躍遷；醛、酮同時(shí)存在σ→σ＊、n→σ＊

、n→π＊

、π→π＊四種躍遷而產(chǎn)生相應(yīng)吸收帶。2023/9/231、R吸收帶（特殊基團(tuán)帶）：由n→π＊

電子躍遷而產(chǎn)生的吸收帶，是雜原子不飽和基團(tuán)這類生色團(tuán)的特征。處于~300nm，是弱吸收，有時(shí)被掩蓋。2、K吸收帶（共軛作用）:由于非環(huán)狀共軛雙鍵中的π→π＊躍遷而產(chǎn)生的吸收帶。該吸收帶屬于強(qiáng)吸收帶。3、B吸收帶（芳香族特征帶）：由于苯分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的吸收帶2023/9/23在230nm~270nm出現(xiàn)，屬于較弱的吸收帶，在蒸汽時(shí)出現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)（很多小鋸齒峰），在極性溶液中精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，出現(xiàn)寬峰。

4、E吸收帶（芳香族特征帶）：由苯環(huán)中環(huán)狀共軛系統(tǒng)的π→π＊躍遷而產(chǎn)生的吸收帶，該吸收帶特點(diǎn)是產(chǎn)生兩個(gè)緊相鄰的E吸收帶。E1（在180nm處）、E2（在200nm處）帶，兩個(gè)吸收帶均屬于強(qiáng)吸收帶。2023/9/23圖10－42023/9/23

四、影響吸收光譜的因素

1、共軛效應(yīng)的影響CH2=CH2

171nm10000CH2=CH-CH=CH2217nm21000CH2=CH-CH=CH-CH=CH2

258nm34000化合物

λmax(nm)

εmax

電子共軛體系增大，紅移，增大。2023/9/23空間阻礙使共軛體系破壞，λmax藍(lán)移，εmax

減小。R=R'=Hλmax=294nm,εmax=27600

R=H,R'=CH3,

λmax=272nm,εmax=21000

2023/9/232、取代基的影響取代基

-SR-NR2-OR-Cl-CH3紅移距離(nm)45403055助色團(tuán)取代，

π→π*躍遷吸收帶發(fā)生紅移。2023/9/233、溶劑的影響氣態(tài)溶劑：環(huán)己烷溶劑：水對(duì)稱四嗪在蒸氣態(tài)、環(huán)己烷和水中的吸收光譜1)

對(duì)吸收譜帶精細(xì)結(jié)構(gòu)影響2023/9/23無溶劑效應(yīng)極性溶劑效應(yīng)π*nnπππ*能量2)

對(duì)π→π*躍遷和n→π*躍遷影響溶劑極性增加，

π→π*躍遷吸收帶紅移，

n→π*躍遷吸收帶藍(lán)移。2023/9/23π→π*和n→π*躍遷的溶劑效應(yīng)溶劑正己烷

CHCl3CH3OHH2Oπ→π*λmax/nm230238237243n→π*λmax/nm329315309305報(bào)告某物的紫外、可見吸收光譜時(shí)，需注明所使用的溶劑。2023/9/233)

溶劑的選擇a.

溶劑應(yīng)能很好地溶解被測(cè)試樣，溶劑對(duì)溶質(zhì)應(yīng)是惰性的。b.

在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。c.

溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收2023/9/23第十章

紫外可見分光光度法一、朗伯-比爾定律二、偏離吸收定律因素第二節(jié)

吸收定律2023/9/23一、朗伯-比爾定律1、透光率

（透射比、透射率）透光率定義T取值為0.0%~100.0%T=0.0%T=100.0%入射光

I0透射光

It2023/9/232、Lambert–BeerLaw當(dāng)一定波長單色光通過某物質(zhì)溶液時(shí)，入射光強(qiáng)度I0與透射光強(qiáng)度It之比的對(duì)數(shù)與該物質(zhì)的濃度及液層厚度成正比。此時(shí)物質(zhì)對(duì)光吸收的程度（吸光度，用A表示）數(shù)學(xué)表達(dá)式為入射光

I0透射光

Itc:溶液濃度l:液層厚度E:吸光系數(shù)l2023/9/233、吸光度與透光率關(guān)系

透光率吸光度1.00.5ACA10050T%TT=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0A=0.4343T=36.8%2023/9/234、吸光系數(shù)E：比例常數(shù)

入射光波長物質(zhì)的性質(zhì)溫度取值與濃度的單位相關(guān)c：mol/L

E

摩爾吸光系數(shù)，

L·mol–1·cm-1

c：g/L

E

a

質(zhì)量吸光系數(shù)，

L·g–1·cm-1

c：g/100mL

E

百分比吸光系數(shù)

溶劑2023/9/235、吸光度的加合性二、吸收定律偏離因素標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定未知溶液的濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲（尤其當(dāng)溶液濃度較高時(shí)），這種現(xiàn)象稱為吸收定律的偏離。

2023/9/231、物理因素

難以獲得真正的純單色光。朗—比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。分光光度計(jì)只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對(duì)朗伯—比耳定律的正或負(fù)偏離。最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。2023/9/232、化學(xué)性因素

朗—比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用；該假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)時(shí)才符合。當(dāng)溶液濃度c>10－2mol/L時(shí)，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合、聚集等相互作用，直接影響了對(duì)光吸收。故：朗伯—比耳定律只適用于稀溶液。

2023/9/23

另外當(dāng)溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物形成等化學(xué)反應(yīng)時(shí)，也會(huì)使吸光質(zhì)點(diǎn)濃度發(fā)生變化，影響吸光度。例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

CrO42-＋2H＋

=Cr2O72-＋H2O

溶液中CrO42-、Cr2O72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同。故此時(shí)溶液pH對(duì)測(cè)定有重要影響。2023/9/23第十章

紫外可見分光光度法一、基本組成二、分光光度計(jì)類型三、儀器測(cè)量誤差四、實(shí)驗(yàn)技術(shù)第三節(jié)

分光光度計(jì)2023/9/23一、分光光度計(jì)基本組成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

It2023/9/23二、分光光度計(jì)類型

（1）單波長單光束分光光度計(jì)0.575光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示2023/9/23（2）單波長雙光束分光光度計(jì)差值光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器2023/9/23（3）雙波長分光光度計(jì)雙波長分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩個(gè)單色器不需要參比溶液顯示2023/9/23}兩波長處的背景吸收相等定量分析關(guān)系式：自動(dòng)校正背景吸收原理適合測(cè)定混濁液2023/9/23三、儀器測(cè)量誤差根據(jù)誤差傳遞公式，可以推導(dǎo)出濃度測(cè)量的相對(duì)誤差為T=0.368=36.8%A=0.4343為了減少測(cè)量誤差，控制溶液的吸光度

A=0.2~0.7T=70~10%0.3682023/9/23四、實(shí)驗(yàn)條件選擇

1.儀器條件:任何分光光度計(jì)都有一定的測(cè)量誤差，這是由于光源不穩(wěn)定、實(shí)驗(yàn)條件的偶然變動(dòng)、讀數(shù)不準(zhǔn)確等因素造成的。這些因素對(duì)于試樣的測(cè)定結(jié)果影響較大，特別是當(dāng)試樣濃度較大或較小時(shí)。因此，要選擇適宜的吸光度范圍，以使測(cè)量結(jié)果的誤差盡量減小。通常將待測(cè)溶液的投射比（T）選在10%~70%或吸光度（A）在0.2~0.7即可（如何實(shí)現(xiàn)？）2023/9/232、測(cè)量波長選擇無干擾，選擇

max

有干擾，根據(jù)吸收大、干擾小原則選定波長A

A

待測(cè)組分干擾組分2023/9/233、參比液（空白溶液）選擇原則：扣除非待測(cè)組分的吸收試液

顯色劑

溶劑

吸光物質(zhì)

參比液組成無吸收無吸收光