第十一章：紫外-可见分光光度法

第十一章：紫外-可见分光光度法

产生于分子的外层价电子在电子能级间的跃迁，属于电子光谱。

优点：仪器普及、操作简单、重现性好、灵敏度高

准确度0.5%~0.2%

第一节：紫外-可见分光光度法的基本原理和概念

电子跃迁类型

分子中的电子类型包括：成单键的σ电子，双键的π电子，未成键的n电子（p电子）

1. σ-σ^*:远紫外区，波长在150 nm以下
2. π-π^*:孤立双键一般在200 nm左右吸光系数大，共轭双键吸收增强
3. n-π^*:含有杂原子的不饱和基团，近紫外区，吸收强度小
4. n-σ^*:含-OH、-NH₂、-X、-S等基团化合物，200 nm左右
5. 电荷迁移跃迁：取代芳烃、过渡金属离子与含生色团的试剂，实质上是分子内的氧化还原反应，谱带宽，吸收强
6. 配位场跃迁：第四、第五周期过渡金属元素及镧系锕系，吸光系数小，在可见光区

紫外-可见吸收光谱的有关概念

吸收光谱：

• 吸收峰：
• 谷：
• 肩峰：
• 末端吸收：只在图谱短波端呈现强吸收而不成峰的部分
• 生色团：含有π-π^*、n-π^*跃迁的基团
• 助色团：含有非键电子或杂原子饱和基团，使相连的部分吸收峰长波移动，吸收强度增加的基团
• 红移：
• 蓝移（紫移）：
• 增色效应与减色效应：
• 强带和弱带：摩尔吸光系数大于10⁴为强带，小于10²为弱带

吸收带及其与分子结构的关系

1. R带：n-π^*跃迁引起，较长波长范围，吸收弱。溶剂极性增加，R带短移。
2. K带：π-π^*跃迁引起，吸收强，苯环上如果有发色团取代，并形成共轭也会出现K带
3. B带：芳香族化合物特征吸收带，重心在256nm，系数200左右
4. E带：芳香族化合物特征吸收带，由苯环三个乙烯的环状共轭系统的π-π^*跃迁产生，分为E₁、E₂带强
5. 电荷转移吸收带：无机物和有机物混合的分子配合物
6. 配位体场吸收带：过渡金属水合离子与显色剂所形成的配合物

影响吸收带的因素

核心是对分子中电子共轭结构影响

1. 位阻影响：
2. 跨环效应：非共轭基团之间的相互作用，空间位置作用
3. 溶剂效应：极性溶剂使π-π^*跃迁长波移动
4. 体系pH影响：

朗伯-比尔定律

E为吸光系数（给定单色光，溶剂和温度下为定值）

表示方式：

1. 摩尔吸光系数：一定波长，浓度为1 mol/L厚度为1 cm的吸光度，用或标记
2. 百分吸光系数或称比吸光系数：一定波长，100 ml溶液中含被测物质1 g、厚度为1 cm的吸光度用表示

换算关系：

吸光度具有加和性

偏离比尔定律的因素

化学因素：

• 溶质因解离、缔合与溶质作用而发生偏离

光学因素：

• 非单色光：入射光谱带宽度S
• 杂散光：
• 散射光和反射光：
• 非平行光：

透光率测量误差：来自仪器噪声，与光讯号无关称为暗噪声，有关称为散粒噪声

• 暗噪声：A值在0.2~0.7时误差较小，是测量最适宜范围，T=0.368 A=0.434为最小误差读数

第二节：紫外-可见分光光度计

主要部件

1. 光源：强、稳定、连续光谱发光面积小，氘灯、钨灯
2. 单色器：组成，色散原件
3. 吸收池：玻璃制成只能用于可见光区，石英都可用
4. 检测器：
   1. 光电池：硒光电池（只适用于可见光）、硅光电池（都适用）
   2. 光电管：
   3. 光电倍增管PMT：
   4. 光二极管阵列检测器DAD：
5. 讯号处理与显示器：

分光光度计的类型和光学性能

几种光路类型

1. 单光束分光光度计
2. 双光束分光光度计：减免银光源强度不稳定而引入的误差
3. 双波长分光光度计
4. 二极管阵列检测分光光度计：
5. 光纤探头式分光光度计：直接插入样品溶液中检测

光学性能

1. 波长范围：
2. 光谱带宽：
3. 波长准确度：
4. 波长重现性
5. 透光率测量范围
6. 吸光度测量范围
7. 光度准确度：
8. 光度重复性
9. 分辨率
10. 杂散光：

仪器的校正

1. 波长的校正：氢灯或氘灯的发射谱线；绘制镨钕玻璃的吸收光谱；苯蒸汽在紫外去的B吸收带
2. 吸光度的校正：铬酸钾、硫酸铜、硫酸钴胺标准溶液
3. 吸收池的校正（配对）：

紫外-可见分光光度分析方法

定性分析

1. 对比吸收光谱特征数据：波长、吸收峰、谷、尖峰、吸光系数
2. 对比吸光度比值：根据不同吸收峰处吸光度比值作为鉴别依据
3. 对比吸收光谱一致性：非极性溶剂、窄的光谱通带

纯度检查

1. 杂质检查：
2. 杂质的限量检测：某处吸光度大小限度；峰谷吸光度比值

单组份的定量方法

溶剂的紫外截止波长：

吸光系数法（绝对法）

从手册中查吸光系数

工作曲线法

• 配置一系列浓度不同的标准溶液
• 绘制工作曲线
• 在相同条件下测出样品吸光度
• 用直线回归方程计算试样浓度

对照法

在相同条件下配置标准溶液与试样溶液，在选定波长处分别测量吸光度，计算。

紫外-可见分光光度法不仅可以测定试样中组分的含量，而且还可以测定弱酸（碱）的离解常数和配合平衡常数及配合物的组成。计算题

弱酸解离常数：

同时测定多组分的定量方法-计算分光光度法

计算分光光度法：运用数学、统计学与计算机科学的方法，在传统分光光度法基础上，通过测量试验设计与数据的变换、解析和预测对物质进行定性定量的方法，属于化学计量学的范畴。

分为数值计算法和数学变换法两大类

数值计算法：图解法、信号处理法、矩阵解法

数学变换法：导数光谱法、正交函数法、褶合光谱法

等吸收双波长法：

​ 选择波长原则：干扰组分b在这两个波长应具有相同吸光度；被测组分在这两个波长处吸光度差值应足够大。

紫外吸收光谱用于有机化合物分子结构研究

有机化合物的紫外吸收光谱

1. 饱和碳氢化合物：200~400无吸收
2. 含孤立助色团和生色团的饱和有机化和物：
3. 共轭烯烃：
4. α，β不饱和醛酮酸和酯：
5. 芳香族化合物：
   1. 苯和取代苯：有E₁、E₂、B带三个吸收带，当苯环上有取代基时，苯的三个吸收带都长移，吸光系数增大，B带精细程度降低。取代基红移效应次序：
   2. 助色团取代：
   3. 生色团取代：出现K带，B带长移，有时B被K掩盖
   4. 芳杂环化合物：分子中杂原子上n电子参加了芳环共轭所需的六个π电子，这类化合物不显示n-π^*跃迁

有机化合物结构研究

1. 从吸收光谱初步判断基团：
   1. 210~250可能有两个共轭单位，260~300有强吸收可能有3~5个共轭单位，250~300有弱吸收，表示羰基存在；在250~300中等强度吸收，表示有苯环存在，如果有颜色，分子中含有的共轭生色团一般在5个以上
2. 异构体的推定：结构异构体、顺反异构体
3. 化合物骨架推定：未知化和物与已知化合物的紫外吸收光谱一致时，可认为两者有同样的生色团

比色法

比色法是对于能吸收可见光的有色溶液的测定方法，通常也称为可见光分光光度法

特点：灵敏，简便，许多不吸收可见光的物质可通过显色反应变为有色物质，一般通过配位反应

显色反应及其条件

对显色反应的要求：

1. 被测物质与生成的有色物质之间，有确定的定量关系
2. 产物足够的稳定性
3. 如试剂本身有色，则反应产物与试剂颜色有明显的差别
4. 产物摩尔吸光系数足够大
5. 显色反应有较好的选择性，如果需要萃取，应该有足够大的分配比

反应条件：

1. 显色试剂与溶剂：依据显色反应灵敏度、稳定性、反应选择性选择显色试剂，同时考虑显色试剂用量
2. 酸碱度：
3. 时间：
4. 温度及其他：考虑温度对反应速度及溶解度影响

通过试验确定显色反应的最适宜条件，对于已经制定的比色方法不应随意改变条件，可以通过绘制吸光度-条件曲线选择最适宜条件