仪器分析 课件 第三章：紫外—可见分光光度法

'第三章ChapterthreeUltravioletandVisibleAbsorptionSpectrumUltravioletandVisibleSpectrophotometryForShort：UV-VIS紫外-可见吸收光谱法 研究物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱的分析方法称为紫外—可见分光光度法。紫外—可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收190~750nm的辐射来进行分析测定的方法。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。2 一、分子吸收光谱的产生在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间相对位移引起的振动和转动。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。下图为分子的能级示意图。E分子=E电子+E振动+E转动33-1分子吸收光谱 图3-1：双原子分子的三种能级跃迁示意图（实际上电子能级间隔要比图示大得多，转动能级间隔要比图示小得多）4 图中A和B表示不同能量的电子能级。在每一电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又有许多更小的转动能级。若用△E电子、△E振动、△E转动分别表示电子能级、振动能级转动能级差，即有△E电子△E振动△E转动。处在同一电子能级的分子，可能因其振动能量不同，而处在不同的振动能级上。当分子处在同一电子能级和同一振动能级时，它的能量还会因转动能量不同，而处在不同的转动能级上。所以分子的总能量可以认为是这三种能量的总和：E分子=E电子+E振动+E转动53-1分子吸收光谱 当用频率为的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差△E恰好等于该电磁波的能量h时，即有△E=h（h为普朗克常数）此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级；在宏观上则透射光的强度变小。若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度A）为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图——分子吸收光谱图。63-1分子吸收光谱 二、分子吸收光谱类型根据吸收电磁波的范围不同，可将分子吸收光谱分为远红外光谱、红外光谱及紫外、可见光谱三类。分子的转动能级差一般在0.005~0.05eV。产生此能级的跃迁，需吸收波长约为250~25m的远红外光，因此，形成的光谱称为转动光谱或远红外光谱。分子的振动能级差一般在0.05~1eV，需吸收波长约为25~1.25m的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱中，包括转动光谱，故常称为振-转光谱。由于它吸收的能量处于红外光区，故又称红外光谱。73-1分子吸收光谱 电子的跃迁能差约为1~20eV，比分子振动能级差要大几十倍，所吸收光的波长约为12.5~0.06m，主要在真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为电子光谱或紫外、可见吸收光谱。通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱的原因。83-1分子吸收光谱 又因为绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区（60~200nm）均有吸收，因此在测定这一范围的光谱时，必须将光学系统抽成真空，然后充以一些惰性气体，如氦、氖、氩等。鉴于真空紫外吸收光谱的研究需要昂贵的真空紫外分光光度计，故在实际应用中受到一定的限制。我们通常所说的紫外—可见分光光度法，实际上是指近紫外、可见分光光度法。93-1分子吸收光谱 10不同波长范围的电磁波所能激发的分子和原子的运动情况如表3-1所示。表3-1：电磁波谱 §3-2光吸收定律一.Lambert–Beer定律布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系：1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系:A∝bA∝c二者的结合称为朗伯-比耳定律，其数学表达式为：式中：A：吸光度；T:透射率；b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L-1；ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1；A＝－lgT＝－lg（It/I0)=εbc１.光吸收定律的表达式及其含义 ２.吸光度与透射率A＝-lgT＝-lg(It/I0)=εbcT＝10–A=10-εbcC1.00.50AC100500T%多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性，即：３.吸光度的加合性 4.摩尔吸光系数ε吸光物质的特征常数ε(λ)；在最大吸收波长λmax处，常以εmax表示。在温度和介质条件一定时，ε仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；不随浓度c和光程长度b的改变而改变：ε＝bc/A。吸光能力与测定灵敏度的度量；εmax越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。ε>105：超高灵敏；C=A/εb=0.01/105=10-7mol/Lε=(6～10)×104：高灵敏；C=A/εb=0.01/5×104=2×10-7mol/Lε<104：不灵敏。C=A/εb=0.01/104=10-6mol/Lε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。A＝-lgT＝εbc 5.吸光系数的几种表示方法C---mol/Lε---摩尔吸光系数L·mol–1·cm-1C--g/La---吸光系数L·g–1·cm-1C--g/100mLE1%1cm---比吸光系数100mL·g–1·cm-1、a、E1%1cm之间的相互换算：二.Beer定律的的局限性１.仪器偏离单色光Lambert–Beer定律的前提条件之一是入射光为单色光。但实际上难以获得真正意义上的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光普通带。复合光可导致对朗伯-比耳定律的正或负偏离。1.00.50AC正偏离负偏离 ２.浓度的限制稀溶液Beer定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液(C<10-2mol/L)时才基本符合。当溶液浓度C>10-2mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。e.g.铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrＯ42-＋2H＋=Cr2Ｏ72-＋H2ＯCrＯ42-、Cr2Ｏ72-的吸光性质不同，即ε(λ)不同。此时溶液pH对测定有重要影响。３.化学偏离恒定的化学环境e.g.光吸收定律的假定：溶液必须使均相体系。胶体、乳胶、悬浮物、沉淀等非均相体系产生的光散射会引起对朗伯-比耳定律的偏离。４.非均相体系偏离真溶液 5.最佳的吸光度测量范围-lnT＝εbCd[lnT]＝-εbdC0.4343dT/T＝-εbdCdC/C= 0.4343dT/(TlgT)A=-lgT＝0.4343T＝0.368△C/C×100= 0.4343△T/(TlgT)×100= 0.4343×(±0.01)/[0.368×(-0.4343)]×100=±2.7%最佳的吸光度范围：A＝0.2~0.8当△T=±0.01，即透射率的测量误差为1%时： △T=0.01△T=0.01△T=0.005△T=0.005△T=0.001△T=0.001△T=0.0005△T=0.0005△T=0.0001△T=0.0001最佳的吸光度范围A＝0.2~0.8dC/C= 0.4343dT/(TlgT) 三.吸收光谱的表示方法1.logε~λnm(或埃)1232.logε~波数/cm-13.logε~频率/sec-1菲的吸收光谱 4.ε~λnm(或埃)5.A~λnm(或埃)最常用的谱图6.T~λnm(或埃)456菲的吸收光谱 在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主要由*、*、n*、n*及电荷迁移跃迁产生。由于电子跃迁的类型不同，实现跃迁需要的能量不同，因此吸收光的波长范围也不相同。其中*跃迁所需能量最大，n*及配位场跃迁所需能量最小，因此，它们的吸收带分别落在远紫外和可见光区。203-3有机化合物的紫外吸收光谱 一、有机化合物的紫外—可见吸收光谱（一）、跃迁类型基态有机化合物的价电子包括成键电子、成键电子和非键电子（以n表示）。分子的空轨道包括反键*轨道和反键*轨道，因此，可能的跃迁为*、*、n*n*等。213-3有机化合物的紫外吸收光谱 有机化合物的紫外吸收光谱取决于分子中外层电子的性质1，*跃迁：它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区。饱和烃中的—c—c—键属于这类跃迁，例如乙烷的最大吸收波长max为135nm；甲烷的最大吸收波长max为125nm。223-3有机化合物的紫外吸收光谱 2.n*跃迁：实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区，如CH3OH和CH3NH2的n*跃迁光谱分别为183nm和213nm，含有杂原子的跑和有化合物。3.*跃迁它需要的能量低于*跃迁，吸收峰一般处于近紫外光区，在200nm左右，其特征是摩尔吸光系数大，一般max104，为强吸收带。如乙烯（蒸气）的最大吸收波长max为162nm。23 4n*跃迁这类跃迁发生在近紫外光区和可见光区。它是简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于100。有机化合物的紫外吸收光谱中，n*和*跃迁产生的吸收带最有用。243-3有机化合物的紫外吸收光谱 NCH3CH3－+hvhvCRO+_吸收谱带较宽、吸收强度大、εmax≥104，是强吸收带。电子接受体电子接受体电子给予体电子给予体5电荷迁移跃迁所谓电荷迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁。因此，电荷迁移跃迁实质是一个内氧化—还原的过程，而相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。 26图3-2：电子跃迁能级示意图 27图3-3：电子跃迁所处的波长范围及强度 （二）、常用术语1，生色团从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。(含有键的不饱和基团)下面为某些常见生色团的吸收光谱。283-3有机化合物的紫外吸收光谱 3-3有机化合物的紫外吸收光谱29 2，助色团助色团是指带有非键电子对的基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。3，红移与蓝移（紫移）某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2）之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移效应。这种会使某化合物的最大吸收波长向长波方向移动的基团称为向红基团。303-3有机化合物的紫外吸收光谱 在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝移（紫移）效应。这些会使某化合物的最大吸收波长向短波方向移动的基团（如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3）称为向蓝（紫）基团。313-3有机化合物的紫外吸收光谱 A.饱和烃及其衍生物：σ→σ*、n→σ*（三）。有机化合物的电子光谱直接用烷烃获卤代烃的吸收光谱来分析这些化合物的实用价值不大，是极好的溶剂。σ→σ*：λmax＜150nmn→σ*H2OCH3CICH3BrCH3Iλmax/nm：167173204258取代元素的极性B.不饱和烃及共轭烯烃：σ→σ*、π→π*(K吸收带)化合物1,3-丁二烯1,3,5-己三烯1,3,5,7-辛四烯1,3,5,7,9-葵五烯1,3,5,7,9-,11十六烷基六烯λmax/nm217268304334364εmax21,00043,000121,000138,000 C.羰基化合物：n→π*(R吸收带)、n→σ*、π→π*醛、酮:n→π*λmax~270~300nmεmax~10-20α,β不饱和醛酮:n→π*λmax~310-330nmεmax~10~20π→π*λmax~220-260nmεmax~10000羧酸及其衍生物:n→π*存在助色团：-OH、-OR、-NH2、-Cl形成n→π共轭，π轨道降低，π*轨道能量升高n轨道能量不受影响，因此n→π*蓝移λmax~210nm识别α,β不饱和醛酮 羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n*吸收带，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR等，由于这些助色团上的n电子与羰基双键的电子产生n共轭，导致*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变n轨道的能级，因此实现n*跃迁所需的能量变大，使n*吸收带蓝移至210nm左右。343-3有机化合物的紫外吸收光谱 生色团化合物溶剂max/nmmax羰基CH3COCH3正己烷28016羧基CH3COOH乙醇20441硝基CH3NO2异辛烷28022亚硝基C4H9NO乙醚6652035表3-常见生色团n*跃迁的吸收特性 4苯及其衍生物苯有三个吸收带，它们都是由*跃迁引起的。E1带出现在180nm（MAX=60，000）；E2带出现在204nm（MAX=8，000）；B带出现在255nm（MAX=200）。如图：3-4所示：36 37图3-4苯的紫外吸收光谱 38图3-5苯和甲苯的紫外吸收光谱（环己烷） 在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是E2带和B谱带。393-3有机化合物的紫外吸收光谱 5稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃，如萘、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加。403-3有机化合物的紫外吸收光谱 当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，由于引入含有n电子的N原子的，这类杂环化合物还可能产生n*吸收带。产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。1.电荷迁移跃迁无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。413-4无机化合物的紫外-可见吸收光谱 在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。423-4无机化合物的紫外-可见吸收光谱 此外，一些具有d10电子结构的过渡元素形成的卤化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于这类跃迁而产生颜色。电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。43 配位场跃迁（包括d-d跃迁和f-f跃迁）元素周期表中第四、五周期的过度金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配体的存在下，过渡元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。当它们的离子吸收光能后，443-4无机化合物的紫外-可见吸收光谱 低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f-f跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。45 溶剂对紫外—可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。正己烷CHCl3CH3OHH2O*max/nm230238237243n*max/nm329315309305463-5溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由n*跃迁产生的吸收带发生蓝移，而由*跃迁产生的吸收带发生红移。因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注明在何种溶剂中测定。由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。473-5溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注意下列几点：（1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。（2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。（3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。483-5溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收强度和精细结构。例如：Ｂ吸收带的精细结构在非极性溶剂中较清楚，但在极性溶剂中则较弱，有时要消失而出现一个宽峰。因此，在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。493-5溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 另外，溶剂本身有一定的吸收带，如果和溶质的吸收带有重叠，将妨碍溶质吸收带的观察。紫外吸收光谱分析中常用溶剂的最低波长极限均列于表中，低于此波长，溶剂的吸收不可忽视。50 §3-6紫外-可见分光光度计一.主要组成及部件的功能1.工作原理及仪器结构框图光源碘钨灯氘灯单色器测量池参比池样品池光电倍增管数据处理和仪器控制光源样品池单色器检测器数据处理仪器控制 紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。（一）光源对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类。热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯；523-6紫外-可见分光光度计 气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯可使用的范围在340~2500nm。这类光源的辐射能量与施加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电压4次方成正比。光电流与灯丝电压的n次方（n1）成正比。因此必须严格控制灯丝电压，仪器必须配有稳压装置。在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。它们可在160~375nm范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同位素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源，其光谱分布与氢灯类似，但光强度比相同功率的氢灯要大3~5倍。533-6紫外-可见分光光度计 （二）单色器单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度度、选择性及校准曲线的线性关系等。能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。543-6紫外-可见分光光度计 棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于350~3200nm的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从185~4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。553-6紫外-可见分光光度计 入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决定单色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。（三）吸收池吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区。为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。563-6紫外-可见分光光度计 （四）检测器检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置。常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。硒光电池对光的敏感范围为300~800nm，其中又以500~600nm最为灵敏。这种光电池的特点是能产生可直接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中。光电管在紫外-可见分光光度计上应用较为广泛。573-6紫外-可见分光光度计 光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏度比一般的光电管要高200倍，因此可使用较窄的单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。（五）信号指示系统它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度计装配有微处理机，一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处理。583-6紫外-可见分光光度计 二、紫外-可见分光光度计的类型紫外-可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。1单光束分光光度计经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。2双光束分光光度计经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，593-6紫外-可见分光光度计 一束通过参比池，一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消除光源强度变化所引起的误差。3双波长分光光度计由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长（1和2）的单色光；603-6紫外-可见分光光度计 利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值ΔA（ΔA=A1-A2）。对于多组分混合物、混浊试样（如生物组织液）分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。利用双波长分光光度计，能获得导数光谱。通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便地转化为单波长工作方式。如果能在1和2处分别记录吸光度随时间变化的曲线，还能进行化学反应动力学研究。613-6紫外-可见分光光度计 它可用来进行在紫外区范围有吸收峰的物质的检定及结构分析，其中主要是有机化合物的分析和检定，同分异构体的鉴别，物质结构的测定等；另一方面，如果物质组成的变化不影响生色团及助色团，就不会显著地影响其吸收光谱，因此物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助色团的特性，而不是它的整个分子的特性。62§3-7紫外吸收光谱的应用 所以，单根据紫外光谱不能完全决定物质的分子结构，还必须与红外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱以及其它化学的和物理化学的方法共同配合起来，才能得出可靠的结论。63 当然，紫外光谱也有其特有的优点。例如具有π键电子及共轭双键的化合物，在紫外区有强烈的K吸收带，其摩尔吸收系数可达104～105L·mo1-1·cm-1，检测灵敏度很高(红外吸收光谱的ε很少超过103L·mo1-1·cm-1)，因而紫外吸收光谱的λmax和εmax还是能像其它物理常数，如熔点、旋光度等一样，可提供一些有价值的定性数据。其次，紫外吸收光谱分析所用的仪器比较简单而普遍，操作方便，准确度也较高，因此它的应用是很广泛的。64§3-7紫外吸收光谱的应用 1．定性分析以紫外吸收光鉴定有机化合物时，通常是在相同的测定条件下，比较未知物与已知标准物的紫外光谱图，将两者的谱图相同，则可认为待测试样与已知化合物具有相同的生色团。如果没有标准物，也可借助了标准谱图或有关电子光谱数据表进行比较。65§3-7紫外吸收光谱的应用 但应注意，紫外吸收光谱相同，两种化合物有时不一定相同，因为紫外吸收光谱常只有2～3个较宽的吸收峰，具有相同生色团的不同分子结构，有时在较大分子中不影响生色团的紫外吸收峰，导致不同分子结构产生相同的紫外吸收光谱，但它们的吸光系数是有差别的，所以在比较λmax的同时，还要比较它们的εmax66§3-7紫外吸收光谱的应用 2.有机化合物分子结构的推断根据化合物的紫外及可见区吸收光谱可以推测化合物所含的官能团。a.例如化合物在220～800nm范围内无吸收峰，它可能是脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇、羧酸、氯代烃和氟代烃，不含双键或环状共扼体系，没有醛、酮或溴、碘等基团。b.如果在210～250nm有强吸收带，可能含有二个双键的共轭单位；c.在260～350nm有强吸收带，表示有3～5个共轭单位。67§3-7紫外吸收光谱的应用 d.如化合物在270～350nm范围内出现的吸收峰很弱(ε＝10～100L·mo1-1·cm-1)而无其它强吸收峰，则说明只含非共轭的，具有n电子的生色团。例如：68§3-7紫外吸收光谱的应用 69 e.如在250～300nm有中等强度吸收带且有一定的精细结构，则表示有苯环的特征吸收。紫外吸收光谱除可用于推测所含官能团外，还可用来对某些同分异构体进行判别。例如乙酰乙酸乙酯存在下述酮-烯醇互变异构体：70§3-7紫外吸收光谱的应用 酮式没有共轭双键，它在204nm处仅有弱吸收；而烯醇式由于有共轭双键，因此在245nm处有强的K吸收带(ε＝18000L·mo1-1·cm-1)。故根据它们的紫外吸收光谱可判断其存在与否。71 又如1，2-二苯乙烯具有顺式和反式两种异构体：已知生色团或助色团必须处在同一平面上才能产生最大的共轭效应。由上列二苯乙烯的结构式可见，顺式异构体由于产生位阻效应而影响平面性，使共轭的程度降低，因而发生浅色移动(向短波方向移动)，并使值降低。由此可判断其顺反式的存在。72 3．纯度检查如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其中的杂质有较强吸收，就可方便地检出该化合物中的痕量杂质。例如要检定甲醇或乙醇中的杂质苯，可利用苯在256nm处的B吸收带，而甲醇或乙醇在此波长处几乎没有吸收(图3-5及3-6)。又如四氯化碳中有无二硫化碳杂质，只要观察在318nm处有无二硫化碳的吸收峰即可。73§3-7紫外吸收光谱的应用 74图3-5：甲醇中杂质苯的鉴定1-纯甲醇，2-被污染的甲醇图3-6，容器塞子对乙醇的污染1-纯乙醇，2-乙醇被软木塞污染，3-乙醇被橡皮塞污染 如果一化合物，在可见区或紫外区有较强的吸收带，有时可用摩尔吸收系数来检查其纯度。例如菲的氯仿溶液在296nm处有强吸收(1gε＝4.10)。用某法精制的菲，熔点100℃，沸点340℃，似乎已很纯，但用紫外吸收光谱检查，测得的1gε值比标准菲低10％，实际含量只有90％，其余很可能是蒽等杂质。75§3-7紫外吸收光谱的应用 不相共轭的双键具有典型的烯键紫外吸收带，其所在波长较短；共轭双键谱带所在波长较长，且共轭双键越多，吸收谱带波长越长。饱和脂酸酯及不相共轭双键的吸收光谱一般在210nm以下。含有两个共轭双键的约在220nm处，三个共轭双键的在270nm附近，四个共轭双键的则在310nm左右。工业上往往要设法使不相共轭的双键转变为共轭，以便将不干性油变为干性油。紫外吸收光谱的观察是判断双键是否移动的简便方法。76§3-7紫外吸收光谱的应用 4．定量测定（比尔定律）紫外吸光光度法的定量测定原理及步骤与可见区吸光光度法相同。例如一些国家已将数百种药物的紫外吸收光谱的最大吸收波长和吸收系数载入药典。紫外吸光光度法可方便地用来直接测定混合物中某些组分的含量，如环己烷中的苯，四氯化碳中的二硫化碳，鱼肝油中的维生素A等。773-7紫外吸收光谱的应用 对于多组分混合物含量的测定，如果混合物中各种组分的吸收相互重叠，则往往仍需预先进行分离。例如染料中间体α-蒽醌磺酸在253nm处有吸收峰，可用它来进行定量测定，但通常该试样中含有杂质(一般是β-蒽醌磺酸，2，6-或2，7-蒽醌双磺酸等)，此时可采用薄层层析法预先分离后测定之。如果各组分的吸收峰重叠不严重，也可不经分离而同时测定它们的含量。例如测定混合物中磺胺噻唑(ST)及氨苯磺胺(SN)的含量时，先作出ST及SN两个纯物质的吸收光谱(图3-7)。78§3-7紫外吸收光谱的应用 图3-7.ST及SN在乙醇中的紫外吸收光谱图 选定两个合适的波长λ1及λ2，使在λ1时εST(ST的摩尔吸收系数)和εSN都很大，而在λ2时则使εST和εSN的差值很大(即重叠不严重)，在此例中可选λ1＝260nm，λ2＝287.5nm。然后分别在λ1及λ2处测定混合物的吸光度A，根据吸收值的加和性原则：80§3-7紫外吸收光谱的应用 81§3-7紫外吸收光谱的应用 1.某化合物在己烷中的最大吸收波长为305nm，在乙醇中的最大吸收波长为307nm，试问其光吸收涉及的电子能级跃迁属于哪种类型，为什么？2有机化合物的四种电子跃迁类型的特点：包括所处的波长范围、吸收的强度等3.影响紫外吸收的因素有哪些？4.紫外-可见吸收光谱定性和定量的依据是什么？82思考题与练习题 了解有机化合物、无机化合物紫外、可见吸收光谱产生的基本原理；掌握有机化合物、无机化合物中电子跃迁的基本类型。掌握紫外—可见分光光度计的主要组成部件及各部件的要求。掌握紫外吸收光谱的应用83教学要求'