1、紫外可見分光光度法第一節(jié) 紫外可見吸收光譜一、分子吸收光譜的產生 在分子中，除了電子相對于原子核的運動外，還有核間相對位移引起的振動和轉動。這三種運動能量都是量子化的，并對應有一定能級。以下圖為分子的能級示意圖。 分子中電子能級、振動能級和轉動能級示意圖電子能級振動能級轉動能級BA2第一節(jié) 紫外可見吸收光譜 圖中A和B表示不同能量的電子能級。在每一電子能級上有許多間距較小的振動能級，在每一振動能級上又有許多更小的轉動能級。 假設用E電子、 E振動、 E轉動分別表示電子能級、振動能級轉動能級差，即有 E電子 E振動 E轉動。處在同一電子能級的分子，可能因其振動能量不同，而處在不同的振動能級上。當

2、分子處在同一電子能級和同一振動能級時，它的能量還會因轉動能量不同，而處在不同的轉動能級上。所以分子的總能量可以認為是這三種能量的總和： E分子 = E電子 + E振動 + E轉動3第一節(jié) 紫外可見吸收光譜 當用頻率為的電磁波照射分子，而該分子的較高能級與較低能級之差 E恰好等于該電磁波的能量 h時，即有 E = h h為普朗克常數 此時，在微觀上出現分子由較低的能級躍遷到較高的能級；在宏觀上那么透射光的強度變小。假設用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強度的變化轉變?yōu)殡娦盘?，并記錄下來，然后以波長為橫坐標，以電信號吸光度 A為縱坐標，就可以得到一張光強度變化對波長的關系曲線圖分子吸收光譜

3、圖。4第一節(jié) 紫外可見吸收光譜二、分子吸收光譜類型二、分子吸收光譜類型 根據吸收電磁波的范圍不同，可將分子吸收光譜分為遠紅外光譜、紅外光譜及紫外、可見光譜三類。 分子的轉動能級差一般在0.005 0.05eV。產生此能級的躍遷，需吸收波長約為250 25m的遠紅外光，因此，形成的光譜稱為轉動光譜或遠紅外光譜。 分子的振動能級差一般在0.05 1 eV，需吸收波長約為25 1.25m的紅外光才能產生躍遷。在分子振動時同時有分子的轉動運動。這樣，分子振動產生的吸收光譜中，包括轉動光譜，故常稱為振-轉光譜。由于它吸收的5第一節(jié) 紫外可見吸收光譜能量處于紅外光區(qū)，故又稱紅外光譜。 電子的躍遷能差約為1

4、 20 eV，比分子振動能級差要大幾十倍，所吸收光的波長約為12.5 0.06m，主要在真空紫外到可見光區(qū)，對應形成的光譜，稱為電子光譜或紫外、可見吸收光譜。 通常，分子是處在基態(tài)振動能級上。當用紫外、可見光照射分子時，電子可以從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)的任一振動或不同的轉動能級上。因此，電子能級躍遷產生的吸收光譜，包括了大量譜線，并由于這些譜線的重疊而成為連續(xù)的吸收帶，這就是為什么分子的紫外、可見光譜不是線狀光譜，而是帶狀光譜的原因。又因為絕6第一節(jié) 紫外可見吸收光譜大多數的分子光譜分析，都是用液體樣品，加之儀器的分辨率有限，因而使記錄所得電子光譜的譜帶變寬。 由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外區(qū)

5、60 200 nm均有吸收，因此在測定這一范圍的光譜時，必須將光學系統抽成真空，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，故在實際應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，實際上是指近紫外、可見分光光度法。 7第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生 在紫外和可見光譜區(qū)范圍內，有機化合物的吸收帶主要由*、*、n*、n*及電荷遷移躍遷產生。無機化合物的吸收帶主要由電荷遷移和配位場躍遷即dd躍遷和ff躍遷產生教材P.23。 各種電子躍遷相應的吸收峰和能量示意圖* *n*n*能量*反鍵軌道*反鍵軌道n非鍵軌道反鍵軌道反鍵軌道200300400

6、/nm8第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生 由于電子躍遷的類型不同，實現躍遷需要的能量不同，因此吸收光的波長范圍也不相同。其中*躍遷所需能量最大，n*及配位場躍遷所需能量最小，因此，它們的吸收帶分別落在遠紫外和可見光區(qū)。從圖中 可知，*電荷遷移躍遷產生的譜帶強度最大，*、n*、n*躍遷產生的譜帶強度次之，配位躍遷的譜帶強度最小。一、有機化合物的紫外可見吸收光譜一、躍遷類型 基態(tài)有機化合物的價電子包括成鍵電子、成鍵電子和非鍵電子以 n表示。分子的空軌道包括反鍵 *軌9第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生道和反鍵*軌道，因此，可能的躍遷為*、*、n* n*等。 1，*躍遷 它需要的能量較高，一般發(fā)生在真

7、空紫外光區(qū)。飽和烴中的cc鍵屬于這類躍遷，例如乙烷的最大吸收波長max為135nm。 2，n*躍遷 實現這類躍遷所需要的能量較高，其吸收光譜落于遠紫外光區(qū)和近紫外光區(qū)，如CH3OH和CH3NH2的n*躍遷光譜分別為183nm和213nm。 3，*躍遷 它需要的能量低于*躍遷，吸收峰一般處于近紫外光區(qū)，在200 nm左右，其特征是摩爾吸光系數大，一般max104，為強吸收帶。如乙烯蒸氣10第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生的最大吸收波長max為162 nm。 4，n*躍遷 這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)。它是簡單的生色團如羰基、硝基等中的孤對電子向反鍵軌道躍遷。其特點是譜帶強度弱，摩爾吸光系數小，通常小

8、于100，屬于禁阻躍遷。 5，電荷遷移躍遷 所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時，電子從給予體向與接受體相聯系的軌道上躍遷。因此，電荷遷移躍遷實質是一個內氧化復原的過程，而相應的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。11第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生例如某些取代芳烴可產生這種分子內電荷遷移躍遷吸收帶。 電荷遷移吸收帶的譜帶較寬，吸收強度較大，最大波長處的摩爾吸光系數max可大于104。二、常用術語1，生色團 從廣義來說，所謂生色團，是指分子中可以吸收光子而產生電子躍遷的原子基團。但是，人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團或結構系統定義為生色團。 下面為某些常見生色團的吸收光譜。12第二節(jié) 化合

9、物紫外可見光譜的產生生色團溶劑/nmmax躍遷類型烯正庚烷17713000*炔正庚烷17810000*羧基乙醇20441n*酰胺基水21460n*羰基正己烷1861000n*， n*偶氮基乙醇339，665150000n*，硝基異辛酯28022n*亞硝基乙醚300，665100n*硝酸酯二氧雜環(huán)己烷27012n*13第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生2，助色團，助色團 助色團是指帶有非鍵電子對的基團，如助色團是指帶有非鍵電子對的基團，如-OH、 -OR、 -NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它們本身不能吸收大于等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當它們與生色團相連時，會使生色團的吸

10、收峰向的光，但是當它們與生色團相連時，會使生色團的吸收峰向長波方向移動，并且增加其吸光度。長波方向移動，并且增加其吸光度。3，紅移與藍移紫移，紅移與藍移紫移 某些有機化合物經取代反響引入含有未共享電子對的基團某些有機化合物經取代反響引入含有未共享電子對的基團 -OH、 -OR、 -NH2、-SH 、-Cl、-Br、-SR、- NR2 之后，吸之后，吸收峰的波長將向長波方向移動，這種效應稱為紅移效應。這種會收峰的波長將向長波方向移動，這種效應稱為紅移效應。這種會使某化合物的最大吸收波長向長波方向移動的基團稱為向紅基團。使某化合物的最大吸收波長向長波方向移動的基團稱為向紅基團。14第二節(jié) 化合物紫

11、外可見光譜的產生 在某些生色團如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波長會向短波方向移動，這種效應稱為藍移紫移效應。這些會使某化合物的最大吸收波長向短波方向移動的基團如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3稱為向藍紫基團。(三)有機化合物紫外-可見吸收光譜1，飽和烴及其取代衍生物 飽和烴類分子中只含有鍵，因此只能產生*躍遷，即電子從成鍵軌道 躍遷到反鍵軌道 *。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見15第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生分光光度計的測量范圍。 飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產生n* 的躍遷。 n* 的能量低于*。例如，CH3Cl、

12、CH3Br和CH3I的n* 躍遷分別出現在173、204和258nm處。這些數據不僅說明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團的助色作用。 直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實用價值不大。但是它們是測定紫外和或可見吸收光譜的良好溶劑。16第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生 2，不飽和烴及共軛烯烴，不飽和烴及共軛烯烴 在不飽和烴類分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產生*和*兩種躍遷。 *躍遷的能量小于 *躍遷。例如，在乙烯分子中， *躍遷最大吸收波長為180nm 在不飽和烴類分子中，當有兩個以上的雙鍵共軛時，隨著共軛系統的延長， *躍遷的吸收帶 將明顯

13、向長波方向移動，吸收強度也隨之增強。在共軛體系中， *躍遷產生的吸收帶又稱為K帶。 17第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生化合物溶劑max/nmmax1,3-丁二烯己烷21721，0001,3,5-己二烯異辛烷26843，0001,3,5,7-辛四烯 環(huán)己烷3041,3,5,7,9-癸四烯異辛烷334121，0001,3,5,7,9,11-十二烷基六烯異辛烷364138，00018第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生3，羰基化合物，羰基化合物 羰基化合物含有C=O基團。 C=O基團主要可產生*、 n* 、n*三個吸收帶， n*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

14、胺等，都含有羰基。由于醛酮這類物質與羧酸及羧酸的衍生物在結構上的差異，因此它們n*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*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含有未共用電子對的助色團，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團上的n電子與羰基雙鍵的電子產生n共軛，導致19第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生*軌道的能級有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級，因此實現n* 躍遷所需的能量變大，使n*吸收帶藍移至210nm左右。4，苯及其衍生物 苯有三個吸收帶，它們都是由*躍遷引起的。E1帶出現在180nmMAX = 60，000； E2帶出現在204nm

15、MAX = 8，000 ；B帶出現在255nm MAX = 200。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細結構，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細結構消失。20第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生 當苯環(huán)上有取代基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶。5，稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物 稠環(huán)芳烴，如奈、蒽、芘等，均顯示苯的三個吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強度增加。隨著苯環(huán)數目的增多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應增加。 當芳環(huán)上的-CH基團被氮原子取代后，那么相應的氮雜環(huán)化合物如吡啶、喹

16、啉的吸收光譜，與相應的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與奈相似。此外，21第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產生n*吸收帶。二、無機化合物的紫外-可見吸收光譜 產生無機化合物紫外、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躍遷。一電荷遷移躍遷 無機配合物有電荷遷移躍遷產生的電荷遷移吸收光譜。 在配合物的中心離子和配位體中，當一個電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關的軌道上時，可產生電22第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生荷遷移吸收光譜。 不少過度金屬離子與含生色團的試劑反響所生成的配合物以及許多水合無機離子，均可產生電荷

17、遷移躍遷。 此外，一些具有d10電子結構的過度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生顏色。 電荷遷移吸收光譜出現的波長位置，取決于電子給予體和電子接受體相應電子軌道的能量差。23第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生二配位場躍遷二配位場躍遷 配位場躍遷包括配位場躍遷包括d - d 躍遷和躍遷和f - f 躍遷。元素周期表中第四、躍遷。元素周期表中第四、五周期的過度金屬元素分別含有五周期的過度金屬元素分別含有3d和和4d軌道，鑭系和錒系元軌道，鑭系和錒系元素分別含有素分別含有4f和和5f軌道。在配體的存在下，過度元素五軌道。在配體的存在下，過度元素五 個能量個能量相等的

18、相等的d軌道和鑭系元素七個能量相等的軌道和鑭系元素七個能量相等的f軌道分別分裂成幾組軌道分別分裂成幾組能量不等的能量不等的d軌道和軌道和f軌道。當它們的離子吸收光能后，低能態(tài)軌道。當它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的的d電子或電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)的電子可以分別躍遷至高能態(tài)的d或或f軌道，這兩類躍軌道，這兩類躍遷分別稱為遷分別稱為d - d 躍遷和躍遷和f - f 躍遷。由于這兩類躍遷必須在配躍遷。由于這兩類躍遷必須在配體的配位場作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。體的配位場作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。24第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生三、溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響

19、三、溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響 溶劑對紫外可見光譜的影響較為復雜。改變溶劑的極性，會引起吸收帶形狀的變化。例如，當溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細結構消失，吸收帶變向平滑。 改變溶劑的極性，還會使吸收帶的最大吸收波長發(fā)生變化。下表為溶劑對亞異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 30525第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生 由上表可以看出，當溶劑的極性增大時，由n * 躍遷產生的吸收帶發(fā)生藍移，而由* 躍遷產生的吸收帶發(fā)生紅移。因此，在測定紫外、可見吸收光譜時，應注明

20、在何種溶劑中測定。 由于溶劑對電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數據表中必須注明所用的溶劑。與化合物紫外光譜作對照時也應注明所用的溶劑是否相同。在進行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。選擇溶劑時注意以下幾點：1溶劑應能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質應該是26第二節(jié) 化合物紫外可見光譜的產生 惰性的。即所成溶液應具有良好的化學和光化學穩(wěn)定 性。 2在溶解度允許的范圍內，盡量選擇極性較小的溶劑。3溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應無明顯吸收。27第三節(jié) 紫外-可見分光光度計一、組成部件一、組成部件 紫外紫外-可見分光光度計的根本結構是由五個局可見分光光度計的根本結構是由五個局部組成：即光源、單色器

21、、吸收池、檢測器和信號部組成：即光源、單色器、吸收池、檢測器和信號指示系統。指示系統。一光源一光源 對光源的根本要求是應在儀器操作所需的光譜區(qū)域對光源的根本要求是應在儀器操作所需的光譜區(qū)域內能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強度和良好的穩(wěn)定內能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長的變化應盡可能小。性，而且輻射能量隨波長的變化應盡可能小。 分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類。光源兩類。 熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；氣熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；氣體體28第三節(jié) 紫外-可見分光光度計

22、放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340 2500nm。這類光源的輻射能量與施加的外加電壓有關，在可見光區(qū)，輻射的能量與工作電壓4次方成正比。光電流與燈絲電壓的n次方n1成正比。因此必須嚴格控制燈絲電壓，儀器必須配有穩(wěn)壓裝置。 在近紫外區(qū)測定時常用氫燈和氘燈。它們可在160 375 nm范圍內產生連續(xù)光源。氘燈的燈管內充有氫的同位素氘，它是紫外光區(qū)應用最廣泛的一種光源，其光譜分布與氫燈類似，但光強度比相同功率的氫燈要大35倍。29第三節(jié) 紫外-可見分光光度計二單色器二單色器 單色器是能從光源輻射的復合光中分出單色光單色器是能從光源輻射的復合光中分出單色光的光學裝置，

23、其主要功能：產生光譜純度高的波長的光學裝置，其主要功能：產生光譜純度高的波長且波長在紫外可見區(qū)域內任意可調。且波長在紫外可見區(qū)域內任意可調。 單色器一般由入射狹縫、準光器透鏡或凹面反單色器一般由入射狹縫、準光器透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光、色散元件、聚焦元件和出射鏡使入射光成平行光、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾局部組成。其核心局部是色散元件，起分射狹縫等幾局部組成。其核心局部是色散元件，起分光的作用。單色器的性能直接影響入射光的單色性，光的作用。單色器的性能直接影響入射光的單色性，從而也影響到測定的靈敏度度、選擇性及校準曲線的從而也影響到測定的靈敏度度、選擇性及校準曲線的線性關系等。線

24、性關系等。 能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。30第三節(jié) 紫外-可見分光光度計 棱鏡有玻璃和石英兩種材料。它們的色散原理是依據不同的波長光通過棱鏡時有不同的折射率而將不同波長的光分開。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱鏡只能用于350 3200 nm的波長范圍，即只能用于可見光域內。石英棱鏡可使用的波長范圍較寬，可從185 4000nm，即可用于紫外、可見和近紅外三 個光域。 光柵是利用光的衍射與干預作用制成的，它可用于紫外、可見及紅外光域，而且在整個波長區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。它具有色散波長范圍寬、分辨本領高、本錢低、便于保存和易于制

25、備等優(yōu)點。缺點是各級光譜會重疊而產生干擾。31第三節(jié) 紫外-可見分光光度計入射、出射狹縫，透鏡及準光鏡等光學元件中狹縫在決定單色器性能上起重要作用。狹縫的大小直接影響單色光純度，但過小的狹縫又會減弱光強。三吸收池 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，吸收池的光學面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測定中紫外區(qū)尤其重要，吸收池要挑選配對。因為吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結果都有影響。32第三節(jié) 紫外-可見分光光度計四檢測器四檢測器 檢測器的功能是檢測信號、測量單色光透過溶液

26、后光強度變化檢測器的功能是檢測信號、測量單色光透過溶液后光強度變化的一種裝置。的一種裝置。 常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。 硒光電池對光的敏感范圍為硒光電池對光的敏感范圍為300800nm，其中又以，其中又以500 600nm最為靈敏。這種光電池的特點是能產生可直接推動微安表或檢流計最為靈敏。這種光電池的特點是能產生可直接推動微安表或檢流計的光電流，但由于容易出現疲勞效應而只能用于低檔的分光光度計的光電流，但由于容易出現疲勞效應而只能用于低檔的分光光度計中。中。 光電管在紫外光電管在紫外-可見分光光度計上應用較為廣泛。可見分光光度計上應

27、用較為廣泛。 光電倍增管是檢測微弱光最常用的光電元件，它的光電倍增管是檢測微弱光最常用的光電元件，它的33第三節(jié) 紫外-可見分光光度計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，從而對光譜的精細結構有較好的分辨能力。五信號指示系統 它的作用是放大信號并以適當方式指示或記錄下來。常用的信號指示裝置有直讀檢流計、電位調節(jié)指零裝置以及數字顯示或自動記錄裝置等。很多型號的分光光度計裝配有微處理機，一方面可對分光光度計進行操作控制，另一方面可進行數據處理。34第三節(jié) 紫外-可見分光光度計二、紫外二、紫外-可見分光光度計的類型可見分光光度計的類型 紫外-可見分光光度計的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束分光光度計、雙光束分光光度計和雙波長分光光度計。1，單光束分光光度