紫外光谱分析法
紫外光谱分析法(考纲知识点总结)(1)
紫外光谱分析法考纲：紫外光谱分析法的方法原理以及与红外光谱的区别，K带、R带、B带、E带、生色团和助色团等专属名词的意义，各能级跃迁的区别与联系，谱图解析。
一、基本概念紫外吸收光谱：分子价电子能级跃迁。
电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁；带状光谱。
二、名词解释生色团：最有用的紫外-可见光谱是由n-π*跃迁和π-π*跃迁产生的，这两种跃迁均要求分子中含有不饱和基团，这类含有键的不饱和基团(能产生颜色的基团)称为生色团，如C=C、C=O、NO2等。
助色团：有一些含有n 电子的基团( 如–OH、–OR、–NH2、–NHR、–X等)，其本身没有生色功能(不能吸收> 200 nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生共轭作用，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。
K吸收带：由共轭体系的π→π* 跃迁产生的强吸收带，其εmax一般大于104，出现的区域为210~250nm。
随着共轭体系的增长，K吸收带发生红移。
R吸收带：由化合物的n→π* 跃迁产生的吸收带。
R 吸收带吸收波长较长(270~290nm)，吸收较弱，一般εmax＜100（非键轨道与π* 轨道正交，属于禁阻跃迁），测定这种吸收带需浓溶液。
（n电子：O、N、S等杂原子）B吸收带：B吸收带是芳香族化合物的特征吸收带，是苯环振动与π→π*跃迁重叠引起的。
强度很弱，εmax约为200。
出现的区域为230~270nm。
E吸收带：芳香化合物起因于π→π*跃迁的较强的或较弱的吸收谱。
E 带又分为E1、E2带。
E1带吸收峰约在180nm（εmax＞104 ，47000），E2带吸收峰约在200nm（εmax 约为103，7000），都属于强吸收。
红移：由于取代作用或溶剂效应导致紫外吸收峰向长波方向移动的现象。
蓝移：紫外吸收峰向短波方向移动。
增色作用：使紫外吸收强度增加的作用。
减色作用：使紫外吸收强度降低的作用。
三、电子跃迁类型1. σ→σ*跃迁：饱和烃（甲烷，乙烷）；E很高，λ<150 nm（远紫外区）。
紫外光谱分析方法
紫外光谱分析方法紫外光谱分析方法是一种常用于物质结构分析和定量分析的技术手段。
紫外光谱是指在紫外波段（190-400 nm）对物质进行光谱分析的方法。
该方法具有非破坏性、高灵敏度和快速分析等优点，被广泛应用于生物化学、药物研发、环境监测等领域。
紫外光谱的实验装置主要包括光源、光栅、样品室和光电探测器。
常用的光源有氘灯和钨灯，其中氘灯适用于较短的波长范围（190-330 nm），钨灯适用于较长的波长范围（330-400 nm）。
光栅的作用是分散进入样品室的光线，使不同波长的光线能够在不同的角度上聚焦，进而方便测量。
光电探测器则负责将进入探测器的光信号转化为电压信号，并通过仪器进行进一步的处理和记录。
紫外光谱的样品制备与分析一般需要依据不同的目的和要求而定。
对于有机物样品的制备，一般采用溶液法或固体法。
溶液法是将待分析的物质溶解于适当的溶剂中，制备成一定浓度的溶液。
固体法则是将待分析的物质直接研磨成粉末，并配备相应的基准溶液。
在样品的选择上，一般选择吸收最大值在200-400 nm之间的化合物。
在紫外光谱分析中，常用的分析方法主要包括定性分析和定量分析。
定性分析是根据物质的吸收特性来判断其结构和组成的方法。
通过观察样品在特定波长范围内的吸收峰的位置和强度，可以初步判定样品的组成和结构。
同时，还可以通过与已知物质的光谱进行比对，进一步确定样品的组成和结构。
定量分析则是根据样品在特定波长下的吸光度与物质浓度之间的线性关系，来确定样品中物质的浓度。
通常可利用标准曲线法、比色法、滴定法等方法进行定量分析。
其中，标准曲线法是最常用的方法之一、该方法是根据一系列已知浓度的样品制备标准曲线，然后通过对待测样品的吸光度进行测量，将吸光度代入标准曲线中，由此得出物质的浓度。
紫外光谱分析方法可以应用于多个领域。
在生物领域中，紫外光谱可以用于分析DNA、RNA、蛋白质、酶等生物大分子的组成和结构，用于研究生物大分子的相互作用和反应机理。
uv紫外光谱法
uv紫外光谱法UV紫外光谱法是一种常见的分析化学方法，用于定量和定性化合物的测定，检测和鉴定。
它是通过测量物质在紫外光区的吸收特性来确定化学物质的组成和浓度。
下面我们就来详细了解一下UV紫外光谱法的原理、应用以及优缺点。
一、原理我们首先要了解的是物质在紫外光区的吸收特性。
当物质受到一定波长的紫外线照射时，物质会发生电子跃迁，从而导致原子或分子的总能量发生变化。
这种变化会导致紫外光能量的吸收。
因此，不同化合物在不同波长的紫外线下的吸收情况是不相同的。
通过测量吸收的光强度，我们可以计算出物质的摩尔吸光系数。
这些数据可以用来定量分析和鉴定样品中的化合物。
二、应用UV紫外光谱法广泛应用于食品、化妆品、医药、农药、环境污染物、无机盐等领域的分析。
它可以鉴定有机化合物中是否含有特定的基团，并用来测定有机化合物中的碳、氢和氮等元素的含量。
这些数据可以用来确定样品的纯度、结构和含量。
UV紫外光谱法还可以用来研究分子结构与化学性质之间的关系，以及监测化学反应的进程和产品。
三、优缺点1. 优点(1)UV紫外光谱法非常敏感。
该技术可以检测到纳摩尔级别的溶液。
(2)该技术可以快速测定大量的样品。
(3)UV紫外光谱法无需样品预处理，适用于大多数有机化合物的分析。
(4)该技术的数据可靠性高，为无损分析法。
(5)UV紫外光谱法操作简便，易于实现自动化。
2. 缺点(1)该技术无法检测低吸收的化合物。
(2)UV紫外光谱法对于更高级别的分子结构分析能力有限。
(3)对于一些化学具有特殊吸收性的化合物，可能会被其他物质所遮挡或干扰，导致误差。
四、总结综上所述，UV紫外光谱法是一种常见的分析技术，具有敏感性高、无需样品处理、操作简便等优点。
它被广泛应用于食品、医药、化妆品、环境等领域，实现了快速、高效的化学分析，并在科研、质量控制、环境保护等方面扮演了非常重要的角色。
紫外可见光谱法
紫外可见光谱法紫外可见光谱法在分析化学领域中，紫外可见光谱法是一种非常常见的分析方法。
它是利用化合物的吸收和反射能力来确定它们的化学结构和浓度。
该方法可以被广泛应用于许多不同领域，例如生物化学、食品科学、环境科学和医学等。
本文将通过以下五大方面介绍紫外可见光谱法的应用和原理。
一、紫外可见光谱法的基本原理紫外可见光谱法是一种分析方法，它利用化合物吸收和反射光谱的差异性来确定其化学结构和浓度。
在包括紫外线和可见光线在内的一定波长范围内照射样品时，如果样品中存在带有π电子的化合物，它们会吸收一定波长范围内的紫外线或可见光线，所以样品的吸收谱呈现出一定的规律性。
其中最大吸收峰的位置和强度可以用来确定样品中不同化合物的存在和浓度。
二、紫外可见光谱法在生物化学中的应用紫外可见光谱法在生物化学研究中被广泛应用。
例如，该方法可以用于检测DNA、RNA和蛋白质等生物分子的含量和损伤。
此外，生物样品的吸收谱也可以用来确定其空间构象和相互作用。
三、紫外可见光谱法在食品科学中的应用在食品科学中，紫外可见光谱法可以用来检测食品中的营养成分和添加剂。
例如，通过检测胡萝卜素的吸收谱，可以确定食品中维生素A 的含量。
利用这种方法可以提高食品的质量和安全性。
四、紫外可见光谱法在环境科学中的应用紫外可见光谱法在环境科学中也有着重要的应用。
例如，它可以用于检测水中污染物的含量和种类。
此外，该方法还可以用来检测空气中的有机化合物和大气污染物。
五、紫外可见光谱法在医学中的应用紫外可见光谱法在医学研究中也被广泛应用。
例如，它可以用来检测血清或尿液中的代谢产物和蛋白质分析。
此外，该方法还可以用来检测药物的吸收、分布和代谢过程。
结论：综上所述，紫外可见光谱法是一种广泛应用的分析方法。
它在生物化学、食品科学、环境科学和医学等领域中都有着重要的应用。
它的原理是基于化合物吸收和反射光谱的差异性，这使得该方法可以用来确定样品中不同化合物的存在和浓度。
紫外可见吸收光谱法分析
例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrO42- ＋2H＋ = Cr2O72- ＋H2O 溶液中CrO42-、 Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不 相同。故此时溶液pH 对测定有重要影响。
五、有机化合物的紫外吸收光谱
知识回顾： 有机分子化学键的类型 两种或以上的原子或同一种原子由化学键连接； 主要化学键类型：σ键、π键、n键 （1）化学键的形成
处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。
4.2 吸光度的加和性
多组分的体系中，如各组分之间不发生相互作用，此时体系 的总吸光度等于各组分吸光度之和，称之为吸光度的加和性。
A = A1 + A2 + … +An
各组分在同一波长处吸光度等于各自物质在此波长处的吸光度 之和，而此波长并不一定是各组分的最大吸收波长
Optical response: Absorbance, Emission, diffraction,
reflection, refraction, polarization,scattering.
1.电磁波的基本性质
电磁波是一种光量子流，具有波粒二象性： 波动性
c /
频率 波长
光速＝2.9979×108m· s-1 ＝2.9979×1010cm· s-1
粒子性
E h hc /
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J· s
电磁辐射
紫外光区： λ=180～400nm
波长
可见光区：λ=400～800nm
红外光区： λ=800～1000nm
在红外区域，常用波数代替波长，波数与波长的相互 关系为：
1/
σ单位：cm-1，物理意义：1cm 的间距内有多少个光波
仪器分析-紫外可见光光谱分析
正己烷
258
n=4
1,3,5,7-辛四烯
环己烷
304
不共轭双键不发生红移。
C=O双键同C=C双键的共轭作用使n→*和→*跃迁的吸收峰都发生红移。
3）溶剂效应
01
02
03
04
05
极性溶剂使π-π*跃迁发生红移。
pH值
Note: 测UV-Vis应注明溶剂
pH增大，苯酚π-π*吸收带发生红移。
1
2
特点：灵敏度高，实际工作中常用。
1
常将M与某L（显色剂）生成具有电荷迁移的配合物，然后进行含量测定。
2
－* 跃迁 配体具有双键的金属络合物
3
2.3光的吸收定律
郎伯-比尔（Lambert-Beer ）定律 入射光强度 吸光强度 反光强度 透光强度 ＋ IS 散射光强度 均匀溶液，散射光小，可忽略
由于n—π共轭参与，使分子整体共轭效应增强。
取代基 苯环或烯烃（吸电子基）上的H被各种取代基取代，多发生红移。 空间异构
蓝移（紫移）：使化合物的吸收波长向短波方向移动效应。 影响蓝移因素： 1）溶剂效应 极性溶剂使n-π*跃迁发生蓝移 2）pH值 pH值减小，苯胺的π-π*吸收带蓝移n—π共轭参与少，使分子整体π共轭效应减少。
分子转动－转动能级(rotation)
分子整体能级 E=Ee+Ev+Er
01
03
02
04
05
分子从基态能级跃迁到激发态能级
当有一频率v , 如果辐射能量hv恰好等于该分子较高能级与较低能级的能量差时，即有：
激发态
基态
ΔE电=1-20eV ΔE振=0.05-1eV ΔE转 在分子能级跃迁所产生的能量变化，电子跃迁能量变化最大，它对应电磁辐射能量主要在区紫外—可见区。
紫外可见光谱分析法
2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + h → M* M + 热
基态
E1 （△E）
激发态
E2
M + 荧光磷光
E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收
吸收曲线与最大 吸收波长 max： 用不同波长的单色 光照射，测吸光度。
05:53:17
吸收曲线的讨论：
①同一种物质对不同波长光的吸光度
s*
E
K E,B
R
p*
n
p
s
05:53:17
（3）pp*跃迁 它需要的能量低于ss*跃迁 ，吸收峰一般处于近紫外光区，在 200 nm左右，其特征是摩尔吸光 系数大，一般max104，为强吸收 带。 （4）np*跃迁 这类跃迁发生在近紫外光区, 一般>200 nm 。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，属于禁阻跃迁。
•注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的吸收带将消失， 代之出现新的共轭吸收带，其波长将比单个发色团的吸收波长长，强度 也增强。
05:53:17
H H
C
C
H C
H C H
H
分子中： C为sp2杂化，分别与C、H形成σ键，故分 子在同一平面内，四个碳原子各余下一个 p 轨道，这几 个 p 轨道都垂直于此平面，互相平行，互相重叠，形成 一个离域的大π键，四个p电子不仅在两原子间运动，而 是在四个原子间运动。这样的共轭也叫做π—π共轭。
s*
E
K E,B
R
p*
n
p
s
05:53:17
1.2 常用术语
（1）生色团
紫外可见光谱法的应用范围
紫外可见光谱法（UV-Vis Spectroscopy）是一种非常常用的分析方法，它可以通过检测物质对紫外光和可见光的吸收来分析物质的性质和组成。
该方法具有操作简单、快速、准确、灵敏度高等优点，因此被广泛应用于化学、生物、环境等领域。
以下是紫外可见光谱法的一些应用范围：
1.分析有机化合物：紫外可见光谱法可以用于分析有机化合物的结构和组成，如检测有机物中的芳香族化合物、醇类、醛类、酮类、羧酸类、酯类等。
2.分析无机化合物：紫外可见光谱法也可以用于分析无机化合物的结构和组成，如检测水中的溶解氧、铁、氨氮等。
3.分析生物分子：紫外可见光谱法可以用于分析生物分子的结构和组成，如检测蛋白质、核酸、多糖等生物分子的含量和结构。
4.分析材料：紫外可见光谱法可以用于分析材料的结构和组成，如检测聚合物材料的分子量、分子量分布、结构等。
5.分析环境污染物：紫外可见光谱法可以用于分析环境污染物的结构和组成，如检测水中的污染物、空气中的污染物等。
总之，紫外可见光谱法是一种非常常用的分析方法，它在各个领域都有广泛的应用。
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分析化学与药物分析教研室 丁瑞芳
有机化合物结构鉴定4大波谱
１、紫外－可见光谱（ＵＶ）
２、红外光谱（ＩＲ）
３、核磁共振光谱（ＮＭＲ） ４、质谱（ＭＳ）
紫外－可见光谱
Ultraviolet－visible absorption spectra
是分子吸收紫外－可见光区１０～８００ nm的电磁波而产生的吸收光谱，简称紫外 光谱（ＵＶ）
含取代基时， B带简化，红移。
苯异丙烷溶液的紫外吸收光谱
二、吸收强度和吸光度的加合性
１、吸收强度
遵循Ｂeer－Ｌambert定律
ε>5000为强吸收; 5000 >ε>200中等吸收; ε<200弱吸收
２、吸光度的加合性 Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋„„＋Ａn
三、影响吸收带的因素
1、位阻影响
2、跨环效应
3、溶剂效应
四、紫外分光光度计的结构 和工作原理
结构
光源
色 单 器 样品 测 检 器 指示器
溶剂
在稀溶液中进行，要求所用溶剂在样品吸 收的波段中没有吸收。
吸收池
玻璃 石英 可见区 紫外-可见区
样品配制
样品溶液浓度控制在吸光度 0.2～0.7范围内
五、紫外光谱与有机化合物结 构的关系
简单分子
＊
< σ →σ
＊
Types of transition
σ→σ＊ transition
s*
Absorption wavelengthλ is
between 10-200 nm。
For example : Mathane λ max = 125 nm ,
E
p*
K E,B R
n
p
s
Ethaneλ max = 135 nm。
（1）含有O、N、S、卤素等杂 原子的饱和基团，
如—OH、—OR、—NH２、
s* p*
K R
—NHR、—X 等，与生色团相 连时，就会发生n →π＊跃迁。
E
n
p
s
E ,B
（2）含有杂原子的不饱和基团， 如-C=O、-N=N-等，在杂原子 上有未成键的n 电子，发生n →π＊跃迁。
Absorption band 吸收带
p →
p*
in Conjugated alkene (共轭烯烃)
共轭烯烃（不多于四个双键） π→π* 跃迁吸收峰可由 伍德沃德——菲泽 ( Woodward- Fieser ) 规则估算。
max= 基+ nii
共轭双键：丁二烯π→π* 跃迁的λmax 为217nm， Εmax 为: 2.1×104 L· mol-1· cm－1。
杂芳环化合物 五元杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序 增强芳香性，其紫外吸收也沿此顺序逐渐接近 于苯的吸收。在上述三种杂芳环中，硫的电子 较氮、氧能更好地和二烯的π 电子共轭，因此 噻吩的紫外吸收在最长波长。生色团、助色团 的取代，导致五元杂芳环的紫外吸收发生较大 的变化(深色位移和增色效应)。 吡啶的共轭体系和苯环相类似，故吡啶的 紫外吸收类似于苯的紫外吸收， 吡啶在251nm 处的吸收强，ε ＝2000，也显示精细结构。
助色团在苯环上取代的衍生物
助色团有孤电子对，它能与苯环 电子共轭，所以助色团在苯环上的取 代使B带、E带均移向长波方向，B带 被强化，同时精细结构常消失。
生色团在苯环上取代的衍生物
生色团在苯环上取代后，苯环的大π 键 和生色团的键相连产生更大的共轭体系，这 使B带产生强烈的红色位移且在200－250nm之 间出现一个K带(ε ＞10000)，有时B带淹没在 K带之中。
一些共轭羧酸的UV吸收： 化合物 实测值（ε×104）计算值 CH2=CHCO2H 200（1.0） CH3CH=CHCO2H 205（1.4） =CHCO2H 220（1.4）222（217＋5） CH3(CH=CH)2CO2H 254（2.5）256（30＋18＋208） CH3(CH=CH)3CO2H 294（3.7）286（60＋18＋208） CH3(CH=CH)4CO2H 332（4.9）316（90＋18＋208）
E带和B带 ------芳香烃及其杂环化合物的吸收光谱
苯的吸收光谱：
E1带: 180184 nm =47000 E2带: 200204 nm =7000 苯环上三个共扼双键的 p → p* 跃迁特征吸收带； 有助色团,E2向长波移动,有生色团,E2与 K合并,红移
B带: 230-270 nm , =200 p → p* 与苯环振动引起；
max 1480 150 200 365 600
π→π＊跃迁
Unsaturated alkane π→π*
s*
Chromophore (生色团): 含有π键 的不饱和基团称为生色团。 —C＝C—、 —C＝O、 —N＝O、 —N＝N—、 —C三C 、—C三N
E
p*
K E ,B R
n
p
s
n→π＊跃迁
紫外光谱的基本原理
一、分子轨道能级和电子跃迁类型 轨道： 成键轨道 反键轨道
ultraviolet spectrometry of organic compounds
s
H
C
H
p
O
n
s*
E
K E,B
R
p*
n
p
s
σ 电子、π 电子、n 电子
formaldehyde
n →π ＊ < π →π ＊ < n →σ
R带: R带相当于n →π* 跃迁所吸收的能量产生的吸收带。含有杂
原子的不饱和基团，如-C=O、-N=N- 、-NO、-NO2等发色团 的特征。
特点：（1）吸收较弱；
（2）波长较长 K带 : 由于共轭双键中π → π* 跃迁所产生的吸收带称为K带。 （2）波长在217-280nm之间。 （3）利用紫外吸收光谱是否有K吸收带，作为判断共 轭体系的重要依据。 特点：（1）吸收强度大，摩尔吸光系数大（104-105之间）。
含取代基时， B带简化，红移。
烷基苯
烷基无孤电子对，但它的超共轭效应使苯环B吸 收带略有红色位移，对E吸收带效应不明显。 苯环上有－CH2OH、－(CH2)nOH、－CH2NH2等取 代时，助色团被一个或多个CH2与苯环隔离开了， 因此它们的紫外吸收光谱与甲苯相近。 苯环上有－CH2ph、－CH2CHO、－CH2CH=CH2等 取代基时，生色团被CH2隔开而不能和苯环形成共 轭体系，因此紫外吸收不发生红移。CH2的这种作 用称为“隔离效应”。
紫外可见光可分为３个区域：
远紫外区 近紫外区 可见区 １０～１９０nm １９０～４００nm ４００～８００nm
紫外光谱以吸收波长（nm）对 吸收强度（吸收度Ａ或摩尔吸 收系数ε ）作图得到吸收曲线 表示。
本身特点：
１、灵敏度和准确度高
２、应用范围广，对全部金属元素和大 部分非金属及其化合物都能进行测量 ３、能定量或定性测量大部分有机化合 物 ４、仪器便宜，操作简单快速
B.含非共轭烯、炔基团的化合物
这些化合物都含π 电子，可以发生 π →π *跃迁，其紫外吸收波长较σ → σ *为长，但乙烯吸收在165nm、乙炔吸 收在173nm。因此，它们虽名为生色团， 但若无助色团的作用，在近紫外区仍无 吸收。
C.含不饱和杂原子的化合物
在这类化合物中， σ → σ *、 π →π *属远紫外吸收， n → σ *亦属远 紫外吸收，不便检测，但n →π *跃迁的吸 收波长在紫外区，可以检测。虽然n →π * 的跃迁为禁阻跃迁，吸收强度低，但毕竟 其吸收位置较佳，易于检测。因此，在紫 外鉴定中是不应忽视的。
④计算 maxΒιβλιοθήκη 273268268
max =非稠环二烯（a,b）+2 × 烷基取代+环外双键
=217+2×5+5=232（231）
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），每摩尔此化 合物加氢只能吸收2摩尔H2，确定其结 构。
解：①计算不饱和度 = 3；
②max=231 nm，K带；两个双键；共轭，一个环。 ③可能的结构
A
B
C
D
max：232
多取代苯环 a.对位取代 当两个取代基属相同类型时，双取代的最长 吸收波长近似为两者单取代时的最长波长。当两 个取代基类型不同时(即一个是间位定位取代基， 另一个是邻、对位定位取代基)，两个取代所产 生的深色位移大于单个取代基产生的深色位移之 和。
邻位或间位取代 此时两个基团产生的深色位移近似等于它们单取代 时产生的深色位移之和。
+ 30 +5
乙酰基（-O-COR） 0 烷基（-R） +5
卤素（-Cl，-Br） +5 烷氧基（-OR） +6
-S-R
+30
-NR2 +60
例 题
母体:
烷基取代(4×5) 环外双键(2×5)
217 nm
20 nm 10 nm
247 nm
注意：用上述规则进行计算时，有计算误差 较大的例外情况。当存在环张力或两个烯 键不处于同一平面而影响共扼体系的形成 时，计算值都偏离实测，菠烯即是一例：
含有共轭体系的分子
A.共轭体系的形成使吸收移向长波方向
右图显示了从乙烯变 成共轭丁二烯时的电子能 级的变化。原烯基的两个 能级各自分裂为两个新的 能级，在原有π→π*跃迁 的长波方向出现新的吸收。 一般把共轭体系的吸收带称为K带(源于德文 konjugierte)。K带对近紫外吸收是重要的，因 其出现在近紫外范围，且摩尔吸收系数也高，一 般ε＞10000。
Saturated alkane usually used as solvents.