第二章紫外可见光分光光度法

第二章紫外可见光分光光度法

利用被测物质的分子对紫外-可见光选择性吸收的特性而建立起来的方法。利用被测物质的分子对紫外-可见光选择性吸收的特性而建立起来的方法。

一．分子吸收光谱的产生 • 在分子中存在着电子的运动，以及组成分子的各原子间的振动和分子作为整体的转动。分子的总能量可以认为等于这三种运动能量之和。即： • E分子= E电子+ E振动+ E转动

分子中的这三种运动状态都对应有一定的能级。即在分子中存在着电子能级、振动能级和转动能级。这三种能级都是量子化的。其中电子能级的间距最大（每个能级间的能量差叫间距或能级差），振动能级次之，转动能级的间距最小。

如果用△ E电子，△ E振动以及△E转动表示各能级差，则： • △ E电子＞△ E振动＞△E转动

由于组成分子能量的几部分都具有一定的能级，所以分子也具有一定的能级，如图是双原子分子的能级图：由于组成分子能量的几部分都具有一定的能级，所以分子也具有一定的能级，如图是双原子分子的能级图：

由图可见，在每一个电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一个振动能级上又有许多间距更小的转动能级。由于这个原因，处在同一电子能级的分子，可能因振动能量不同而处于不同的能级上。同理，处于同一电子能级和同一振动能级上的分子，由于转动能量不同而处于不同的能级上。由图可见，在每一个电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一个振动能级上又有许多间距更小的转动能级。由于这个原因，处在同一电子能级的分子，可能因振动能量不同而处于不同的能级上。同理，处于同一电子能级和同一振动能级上的分子，由于转动能量不同而处于不同的能级上。

当用光照射分子时，分子就要选择性的吸收某些波长（频率）的光而由较低的能级E跃迁到较高能级E‘上，所吸收的光的能量就等于两能级的能量之差：当用光照射分子时，分子就要选择性的吸收某些波长（频率）的光而由较低的能级E跃迁到较高能级E‘上，所吸收的光的能量就等于两能级的能量之差： • △E= E‘－E

其光的频率为：γ=△E/h • 或光的波长为：λ=hc/△E

由于分子选择性的吸收了某些波长的光，所以这些光的能量就会降低，将这些波长的光及其所吸收的能量按一定顺序排列起来，就得到了分子的吸收光谱。由于分子选择性的吸收了某些波长的光，所以这些光的能量就会降低，将这些波长的光及其所吸收的能量按一定顺序排列起来，就得到了分子的吸收光谱。

二、分子吸收光谱类型 • 远红外光谱、红外光谱及紫外-可见光谱三类。 • 分子的转动能级跃迁，需吸收波长为远红外光，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需吸收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。分子的振动能级差一般需吸收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。

电子的跃迁吸收光的波长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。电子的跃迁吸收光的波长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。

三．有机化合物的紫外—可见吸收光谱 • （一）、跃迁类型 • 主要有σ→σ*、n→σ*、n→π*、π→π*

* n* * n* n  * 

σ→σ*跃迁主要发生在真空紫外区。 • b. π→π*跃迁吸收的波长较长，孤立的π→π*跃迁一般在200nm左右 • C、n→π*跃迁一般在近紫外区（200 ~ 400 nm），吸光强度较小， • n→σ*跃迁吸收波长仍然在150 ~ 250 nm范围，因此在紫外区不易观察到这类跃迁。

在以上几种跃迁中，只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。

（二）、常用术语 • 1，生色团: • 有机物中含有n →π*或π→π*跃迁的基团；

2，助色团: • 助色团是指带有非键电子对的基团；可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，常见助色团助色顺序为： • -F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-

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。

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。如-R，-OCOR，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。如-R，-OCOR，

四．溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。下表为溶剂对一种丙酮紫外吸收光谱的影响。正己烷 CHCl3 CH3OH H2O * 230 238 237 243 n* 329 315 309 305

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。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。

五．吸收曲线（吸收光谱）及最大吸收波长 • 1．吸收曲线：每一种物质对不同波长光的吸收程度是不同的。如果我们让各种不同波长的光分别通过被测物质，分别测定物质对不同波长光的吸收程度。以波长为横坐标，吸收程度为纵坐标作图所得曲线。

例：丙酮 max = 279nm ( =15)  nm

525 545 350 1.0 MnO4- Cr2O72- 0.8 Absorbance 0.6 0.4 0.2 /nm 300 350 400 500 600 700 Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱

2、吸收峰和最大吸收波长max • 吸收曲线表明了某种物质对不同波长光的吸收能力分布。曲线上的各个峰叫吸收峰。峰越高，表示物质对相应波长的光的吸收程度越大。其中最高的那个峰叫最大吸收峰，它的最高点所对应的波长叫最大吸收波长，用λmax表示。

3．物质的吸收曲线和最大吸收波长的特点： • 1）不同的物质，吸收曲线的形状不同，最大吸收波长不同。 • 2）对同一物质，其浓度不同时，吸收曲线形状和最大吸收波长不变，只是吸收程度要发生变化，表现在曲线上就是曲线的高低发生变化。

六．光的选择性吸收与物质颜色的关系： 1．可见光的颜色和互补色：在可见光范围内，不同波长的光的颜色是不同的。平常所见的白光（日光、白炽灯光等）是一种复合光，它是由各种颜色的光按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器可将它分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单色光。

白光除了可由所有波长的可见光复合得到外，还可由适当的两种颜色的光按一定比例复合得到。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。白光除了可由所有波长的可见光复合得到外，还可由适当的两种颜色的光按一定比例复合得到。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。

2．物质的颜色与吸收光的关系： • 当白光照射到物质上时，如果物质对白光中某种颜色的光产生了选择性的吸收，则物质就会显示出一定的颜色。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。

复合光 光谱示意表观现象示意完全吸收完全透过吸收黄色光

物质颜色 吸收光物质颜色吸收光颜色波长范围（nm）颜色波长范围(nm) 黄绿紫 400～450 紫绿 560～580 黄蓝 450～480 蓝黄 580～600 橙绿蓝 480～490 绿蓝橙 600～650 红蓝绿 490～500 蓝绿红 650～760 紫红绿 500～560

§2—2 光吸收定律 • ——朗白—比耳定律 • 一．基本概念：当强度为I0的一定波长的单色入射光束通过装有均匀待测物的溶液介质时，该光束将被部分吸收Ia，部分反射I r ，余下的则通过待测物的溶液It ，即有： • I0=Ia + It +I r

如果吸收介质是溶液（测定中一般是溶液），式中反射光强度主要与器皿的性质及溶液的性质有关，在相同的测定条件下，这些因素是固定不变的，并且反射光强度一般很小。所以可忽略不记，这样：如果吸收介质是溶液（测定中一般是溶液），式中反射光强度主要与器皿的性质及溶液的性质有关，在相同的测定条件下，这些因素是固定不变的，并且反射光强度一般很小。所以可忽略不记，这样： • Io=Ia+It

即：一束平行单色光通过透明的吸收介质后，入射光被分成了吸收光和透过光。即：一束平行单色光通过透明的吸收介质后，入射光被分成了吸收光和透过光。 • 待测物的溶液对此波长的光的吸收程度可以透光率T和吸光度A用来表示。

透光率——透光率表示透过光强度与入射光强度的比值，用T来表示，计算式为：透光率——透光率表示透过光强度与入射光强度的比值，用T来表示，计算式为： T= It /Io T常用百分比（T%）表示。吸光度——透光率的倒数的对数叫吸光度。用A表示： A=-lgT

二、朗白—比耳定律： • （一）定律内容： • 当用一束强度为Io的单色光垂直通过厚度为b、吸光物质浓度为c的溶液时，溶液的吸光度正比于溶液的厚度b和溶液中吸光物质的浓度c的乘积。数学表达式为： • A=-lgT=Kbc

（二）比例常数K的几种表示方法： • 吸收定律的数学表达式中的比例常数叫“吸收系数”，它的大小可表示出吸光物质对某波长光的吸收本领（即吸收程度）。它与吸光物质的性质、入射光的波长及温度等因素有关。

另外，K的值随着b和c的单位不同而不同。下面就介绍K的几种不同的表示方法。另外，K的值随着b和c的单位不同而不同。下面就介绍K的几种不同的表示方法。

1．吸光系数： • 当溶液浓度c的单位为g/L,溶液液层厚度b的单位为cm时，K叫“吸光系数”，用a表示，其单位为L/g·cm，此时： • A=abc • 由式可知：a=A/bc，它表示的是当c=1g/L、b=1cm时溶液的吸光度。

2．摩尔吸光系数： • 当溶液浓度c的单位为mol/L，液层厚度b的单位为cm时，K叫“摩尔吸光系数”，用ελ表示，其单位为L/mol·cm，此时： • A=ελbc • 由此式可知：ελ=A/bc，它表示的是当c=1mol/L，b=1cm时，物质对波长为λ的光的吸光度。

对于K的这两种表示方法，它们之间的关系为：对于K的这两种表示方法，它们之间的关系为： • ελ=aM • M为吸光物质的分子量。

ελ和a的大小都可以反映出吸光物质对波长为λ的单色光的吸收能力。但更常用和更好的是用ελ来表示吸光物质对波长为λ的光的吸收能力。摩尔吸光系数越大，表示物质对波长为λ的光的吸收能力越强，同时在分光光度法中测定的灵敏度也越大。ελ和a的大小都可以反映出吸光物质对波长为λ的单色光的吸收能力。但更常用和更好的是用ελ来表示吸光物质对波长为λ的光的吸收能力。摩尔吸光系数越大，表示物质对波长为λ的光的吸收能力越强，同时在分光光度法中测定的灵敏度也越大。

（三）吸收定律的适用条件： • 1．必须是使用单色光为入射光； • 2．溶液为稀溶液；

3．吸收定律能够用于彼此不相互作用的多组分溶液。它们的吸光度具有加合性，且对每一组分分别适用，即：3．吸收定律能够用于彼此不相互作用的多组分溶液。它们的吸光度具有加合性，且对每一组分分别适用，即： • A总= A1+ A2+ A3…+ An • =ε1bc1+ε2bc2+ε3bc3…+εnbcn • 4．吸收定律对紫外光、可见光、红外光都适用

第二章 紫外可见光分光光度法