第3章 紫外可见分光光度法

第3章 紫外可见分光光度法

第三章

紫外-可见分光光度法UV-Visible Spectrometry

2016/2/13

山东师范大学人资环学院

邴建生

第3章 紫外可见分光光度法

目 录3-1 基本原理 3-3-2 显色反应条件的选择 3-1-1 紫外可见吸收光谱的产生 3-3-3 共存离子干扰的消除 3-1-2 有机物吸收光谱与电子跃迁 3-3-4 测定条件的选择 3-1-3 金属配合物的紫外—可见 3-3-5 提高光度测定灵敏度和 吸收光谱 选择性的途径 3-1-4 光的吸收定律 3-4 定性分析 3-2 紫外-可见分光光度计 3-4-1 定性方法 3-2-1 基本组成 3-4-2 有机化合物结构解析 3-2-2 分光光度计的类型 3-2-3 作为HPLC检测器 3-5 定量分析 3-5-1 普通分光光度法 (参见HPLC有关章节) 3-5-2 示差分光光度法 3-3 显色与测量条件的选择 3-5-3 双波长分光光度法 3-3-1 显色反应的选择 3-5-4 导数分光光度法

第3章 紫外可见分光光度法

3-1 基本原理 3-1-1 紫外可见吸收光谱的产生

1. 概述紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。波长范围：100-800 nm. (1) 远紫外光区: 100-200nm

(2) 近紫外光区: 200-400nm(3)可见光区:400-800nm 可用于结构鉴定和定量分析。 电子跃迁的同时，伴随着振动转 动能级的跃迁;带状光谱。2016/2/13 山东师范大学人资环学院

e

1

42 3 300 λ 350 400nm

250

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2. 物质对光的选择性吸收及吸收曲线

M + h

M*

M + 热 M + 荧光或磷光

基态 激发态 E1 (△E) E2 E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收; 分子结构的复杂性使其对不同波 长光的吸收程度不同； 用不同波长的单色光照射，测吸光

度— 吸收曲线与最大吸收波长 max;

光的互补：蓝 黄

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(1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处 对应的波长称为最大吸收波长λmax(2)不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。 而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。 (3)吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分 析的依据之一。也是定量分析中选择入射光波长的重要依据。 (4)不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差 异在λmax处吸光度A 的差异最大所以测定最灵敏。此特性可作为 物质定量分析的依据。

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3. 紫外—可见分子吸收光谱与电子跃迁

物质分子内部三种运动形式： (1)电子相对于原子核的运动 (2)原子核在其平衡位置附近的相对振动 (3)分子本身绕其重心的转动

分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er 即 E=Ee+Ev+Er ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

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能级跃迁

紫外-可见光谱属于电子 跃迁光谱。 电子能级间跃迁的同时 总伴随有振动和转

动能级间 的跃迁。即电子光谱中总包

含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现 宽谱带。2016/2/13 山东师范大学人资环学院 邴建生 7

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( 1)转动能级间的能量差 ΔEr : 0.005~ 0.050eV,跃迁产生吸 收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；(2)振动能级的能量差ΔEv约为：0.05~1eV,跃迁产生的吸 收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； ( 3)电子能级的能量差 ΔEe较大 1~20eV。电子跃迁产生的吸 收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱 (4)吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差 所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。 (5)吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供 分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数 εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但εmax不 一定相同； (6)吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分 析的依据。

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1.紫外—可见吸收光谱

3-1-2 有机物吸收光谱与电子跃迁

有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果 ：σ 电子、π 电子、n电子。 s*

p E p s 分子轨道理论：成键轨道—反键轨道 。 当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反 键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量Δ Ε 大小顺序为：

s

H

C H

O

n

K E,B

R

p*

n

n →π * < π →π * < n →σ2016/2/13

*

< σ →σ邴建生

*9

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生色团与助色团

生色团： 最有用的紫外—可见光谱是由π→π*和n→π*跃迁产生的 。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含 有π键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁 键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N=N—、 乙炔基、腈基—C三N等。 助色团： 有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH2、— NHR、—X等),它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的 光),但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用，增 强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度 增加),这样的基团称为助色团。山东师范大学人资环学院 邴建生 10

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红移与蓝移

有机化合物的吸收谱带

常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λ max和吸 收强度发生变化:

λ max向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称 为蓝移 (或紫移)。吸收强度 即摩尔吸光系数ε 增大或减 小的现象分别称为增色效应

或减色效应，如图所示。2016/2/13 山东师范大学人资环学院 邴建生 11

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2.

σ→σ*跃迁 所需能

量最大；σ 电子只有吸收远紫外光的能量才能发 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长λ <200 nm;

生跃迁；

例：甲烷的λ max为125nm , 乙烷λ max为135nm。

只能被真空紫外分光光度计检测到；作为溶剂使用；

s*K E,B R

E

p*

n

ps

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3. n→σ*跃迁

所需能量较大。 吸收波长为150~250nm,大部分在远紫外区，近紫外区 仍不易观察到。 含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原 子)均呈现n→σ * 跃迁。化合物 H2O CH3OH CH3CL CH3I CH3NH22016/2/13

max(nm) 167 184 173 258 215山东师范大学人资环学院 邴建生

emax 1480 150 200 365 60013

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4. p → p* 跃迁

所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近 紫外区，ε max一般在104L·mol-1·cm-1以上，属于强吸收。 (1) 不饱和烃π→π*跃迁 乙烯π →π *跃迁的λ max为162nm,ε max为:意思)

1×104

L·mol-1·cm-1。 K带——共轭非封闭体系的p p* 跃迁(共轭的 C=CH c H c H

发色基团， 但 p p* 200nm。H

max=162nm 助色基团取代 p-NR2 40(nm) -OR 30(nm) -Cl

p(K带)发生红移。CH3 5(nm) 5(nm)

取代基

-SR

红移距离 45(nm)

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(2)共轭烯烃中的 p → p*

p(HOMO

p* max

p* 165nm p

p* 217nm p p

p* p

LVMO)

共轭烯烃(不多于四个双键)p p*跃迁吸收峰位置可由伍德

沃德——菲泽 规则估算。

max= 基+ ni i

基-----是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值； 无环、非稠环二烯母体： max=217 nm

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异环(稠环)二烯母体： 同环(非稠环或稠环)二烯母体：

max=214 nm

max=253 nmni I: 由双键上取代基种类和个数决定的校正项 (1)每增加一个共轭双键 +30 (2)环外双键 (3)双键上取代基： 酰基(-OCOR) 烷基(-R) 0 +5 卤素(-Cl,-Br) 烷氧基(-OR) +5 +6 +5

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① Y=H,R n → s* 180-190nm p → p* 150-160nm n → p* 275-295nm ②Y= -NH2,-OH,-OR 等助色基团K 带红移，R 带兰移； R带 max =205nm ;e 10-100

(3)羰基化合物共轭烯烃中的 p → p* R C O Y

p* K p p* p* p*

p*

R

K

Rn p

p*

③ 不饱和醛酮 K带红移：165 250nm R 带兰移：290 310nm

165nm p

n

p pc Oc

n pO

c c

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(4)芳香烃及其杂环化合物

苯： E1带180 184nm; e=47000 E2带200 204 nm

e=7000

苯环上三个共扼双键的 p → p*跃迁特征吸收带； B带230-270 nm

e=200苯 甲苯 间二甲苯

p → p*与苯环振动引起；

max(nm) 254 261 263

e max 200 300 300

含取代基时， B带简化，红 移。2016/2/13

1,3,5-三甲苯六甲苯

266272

30530018

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乙酰苯紫外光谱图

羰基双键与苯环共扼： K带强；苯的 E2带与 K带合 并，红移； 取代基使B

带简化； 氧上的孤对电子：

R带，跃迁禁阻，弱；C H3 C O

n p* ; R带

p p* ; K带2016/2/13 山东师范大学人资环学院 邴建生 19

第3章 紫外可见分光光度法

苯环上助色基团对吸收带的影响

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第3章 紫外可见分光光度法

苯环上发色基团对吸收带的影响

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