紫外吸收光谱法及分子荧光光谱.ppt

紫外吸收光谱法Ultraviolet Absorption Spectroscopy(UV)概 述紫外吸收光谱是由于分子吸收紫外辐射能后引起价电子跃迁所产生的，可用于无机和有机物的定性和定量分析紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁产生的紫外可见波长范围：100-800 nm.(1) 远紫外光区(真空紫外区): 100-200nm (2) 近紫外光区: 200-400nm(3) 可见光区:400-800nm电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁;带状光谱紫外光谱、可见光谱和红外光谱一起统称为分子光谱概 述 物质对光的选择性吸收及吸收曲线E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收吸收曲线用吸光度A与吸收波长 表示 用不同波长的单色光照射，测吸光度;概 述 吸收曲线的特点：© 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©同一种物质不同浓度的吸收曲线形状相似，λmax不变而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同© 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©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。

此特性可作作为物质定量分析的依据©在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据概 述§ 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E ：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er即: E＝Ee+Ev+ErΔΕe>ΔΕv>ΔΕr 分子吸收光谱的产生分子吸收光谱的产生能级跃迁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1） 转动能级间的能量差ΔΕr：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ΔΕv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ΔΕe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；分子吸收光谱的产生（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带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）吸收谱带的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，定量分析的依据分子吸收光谱的产生谱带系，谱带和谱线通常情况下，分子处于基态振动能级上，当有入射光照射 的时候，一个分子可以从一定的电子能级和振动、转动能 级激发到某一激发态的电子能级电子光谱含有若干谱带 系，每个谱带系由若干谱带和谱线组成谱带系：由同一电子能级跃迁形成的一个谱带系含有若 干个谱带谱带：同一电子能级内不同振动能级之间的跃迁形成的 同一谱带内含有许多谱线谱线：同一电子能级内转动能级间跃迁而形成的分子吸收光谱的产生吸收光谱的表示方法一般吸收光谱以光强为纵坐标对吸收波长λ为横坐标作图，得到一吸收曲线光强表示方法：• 透光率T（%） T=（I/I0） × 100%• 吸光度A A=㏒（I0/I）=-㏒T • 吸收率A（%） A（%）= 1- T（%） • 吸光系数ε ε= A/cL 单位：L mol-1 cm-1c （mol/L); L （cm）ε>104 强吸收， ε103-104 较强吸收ε102-103 较弱吸收, ε104).K带是共轭分子的特征，随共轭体 系增长,K带向长波方向移动(红移).B 吸收带: 苯环本身振动及闭合环状共轭双键π→π＊ 跃迁产生的,是芳 香族的主要结构,特点是在230-270nm呈现宽峰,且具有精细结构,吸收弱（ε在200左右）,在极性溶剂中精细结构消失.E 吸收带: 也是芳香族化合物的特征吸收,可以认为是苯环内三个乙烯基 共轭发生的π→π＊跃迁所发生的.分为E1和E2二个,E1大约在180nm处,E2 大约在200nm处,都是强吸收.当苯环上有发色基团且与苯环共轭时,E2带常与K带合并,吸收峰红移.有机物吸收光谱与电子跃迁有机物吸收光谱与电子跃迁1 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生跃迁；饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长λ △ pn → *跃迁：兰移；   → *跃迁：红移； max(正己烷 )max(氯仿)max(甲醇)max(水) 230238237243 n329315309305溶剂的影响溶剂的影响 相关解释：这是由于溶剂的极性对轨道的溶剂化作用引起的，由于n，*， 的极性是逐渐减小的，它们受溶剂化作用不同，轨道极性越大，受溶剂影响越大，极易与溶剂形成氢键而被溶剂化稳定，轨道能量下降最多。

对于 → * 跃迁，由于*比 轨道能量下降的更多，因而 极性溶剂中下降的能量△ p小于非极性溶剂中所需的能量△ n ，从而使吸收峰红移对n → * ，n轨道受溶剂影响比* 大，因而n轨道的能量比* 下降的多，所以，此时n → * 跃迁在极性溶剂中所需的能量△ p大于在非极性溶剂中跃迁所需能量△ n 1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮 极性溶剂使精细结构消失；非极性 → 极性n → *跃迁：兰移；  ；  → *跃迁：红移； ；溶剂的影响溶剂的影响极性溶剂中，分子的振动和转动因溶剂化作用而受到限制，精细结构消失，选择溶剂应考虑：1 溶剂应很好的溶解试样，溶剂对溶质要是惰性的；2 在溶解度范围内尽量选择极性小的溶剂；3 溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收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-CN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。

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λmax和吸收强度发生变化:λmax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，如图所示仪 器一、基本组成 general process光源单色器样品室检测器显示器1. 光源(提供能量激发被测物质分子,使之产生电子光谱)在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具 有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～ 2500 nm紫外区：氢、氘灯发射180～400 nm的连续光谱2.单色器将光源发射的复合光分解成波段较窄的单色光的光学系统①入射狭缝：光源的光由此进入单色器,限制杂散光进入单色器内；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝3.样品室样品室放置各种类型的吸收池（比色 皿）和相应的池架附件吸收池主要 有石英池和玻璃池两种在紫外区须 采用石英池，可见区一般用玻璃池。

4.检测器利用光电效应将透过吸收池的光 信号变成可测的电信号，常用的有光 电池、光电管或光电倍增管5. 结果显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器 自动控制和结果处理分光光度计的类型types of spectrometer 1.单光束简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性国产 751，722，724 以及Beckman DU-8型都是单光束特点；价格便宜，光源波动性较大，主要用作定量分析，不适于 定性分析分光光度计的类型types of spectrometer 2.双光束将通过单色器的光一分为二，一束通过参比溶液，一束通过试样，仪器在不同时刻记载参比信号和样品信号通过一次 测量可测得溶液的吸光度可消除光源不稳定、检测器灵敏度 变化等因素的影响仪器复杂，价格较高国产710，730和740 型都是双光束3.双波长将不同波长的两束单色光(λ1、λ2) 快束交替通过同一吸收 池而后到达检测器测出吸光度差△A 特点：无需参比池只用一个待测试样，完全扣除背景，提高了准 确度 △A =（  λ1 -  λ2 ）cL 优点：不用测量参比溶液，完全扣除了背景，准确度高无需联立方 程。

紫外吸收光谱的应用 applications of UV一、定性、定量分析qualitative and quantitative analysis1. 定性分析max：化合物特性参数，可作为定性依据；有机化合物紫外吸收光谱是简单而宽的吸收带,没有精细 结构,标志性差反映结构中生色团和助色团的特性，不完全反映分子特性；用紫外光谱推测分子结构很困难标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图«The sadtler standard spectra ,Ultraviolet»二、有机化合物结构辅助解析structure determination of organic compounds1.1 可获得的结构信息（1） 200-400nm 无吸收峰饱和化合物，单烯2） 270-350 nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮 n→π* 跃迁产生的R 带3） 250-300 nm 有中等强度的吸收峰（ε=200-2000），芳环的特征 吸收（具有精细解构的B带）4） 200-250 nm有强吸收峰（ε104），表明含有一个共轭体系（K带)共轭二烯：K带（230 nm）；不饱和醛酮：K带230 nm ，R带310-330 nm260nm,300 nm,330 nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系1.2 光谱解析注意事项(1) 确认max，并算出㏒ε，初步估计属于何种吸收带；(2) 观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；(3) pH值的影响加NaOH红移→酚类化合物，烯醇。

加HCl兰移→苯胺类化合物1.3 分子不饱和度的计算定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1计算： 若分子中仅含一，二，三，四价元素(H，O，N，C)，则可 按下式进行不饱和度的计算： = （2 + 2n4 + n3 – n1 ）/ 2n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环， 芳环的数目，验证谱图解析的正确性例： C9H8O2  = （2 +29 – 8 ）/ 2 = 61.4 解析示例有一化合物C10H16由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱  max=231 nm（ε 9000），此化合物加氢只能吸收2mol H2，，确定其结构解：①计算不饱和度 = 3；两个双键；②max=231 nm，③可能。