紫外-可见吸收光谱与红外光谱.
紫外-可见吸收光谱与红外光谱
基本概念
紫外-可见吸收光谱：让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，即为紫外—可见吸收光谱。
红外光谱：又称为分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。
样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
两者都是红分了的吸收光谱图。
区别－－起源不同
1.紫外吸收光谱由电子能级跃迁引起紫外线波长短、频率高、光子能量大，能引起分子外层电子的能级跃迁。
电子跃迁虽然伴随着振动及转动能级跃迁，但因后者能级差小，常被紫外曲线所淹没。
除某些化合物蒸气（如苯等）的紫外吸收光谱会显现振动能级跃起迁外，一般不显现。
因此，紫外吸收光谱属电子光谱。
光谱简单。
2.中红外吸收光谱由振—转能级跃迁引起? 红外线的波长比紫外线长，光子能量比紫外线小得多，只能收起分子的振动能级并伴随转动能级的跃迁，因而中红外光谱是振动—转动光谱，光谱复杂。
适用范围
紫外吸收光谱法只适用于芳香族或具有共轭结构的不饱和脂肪族化合物及某些无物的定性分析，不适用于饱和有机化合物。
红外吸收光谱法不受此限，在中红外区，能测得所有有机化合物的特征红外光谱，用于定性分析及结构研究，而且其特征性远远高于紫外吸收光谱，除此之外，红外光谱还可以用于某些无机物的研究。
紫外分光光度法测定对象的物态以溶液为主，以及少数物质的蒸气；而红外分光光度法的测定对象比紫外分光光度法广泛，可以测定气、液、固体样品，并以测定固体样品最为方便。
红外分光光度法主要用于定性鉴及测定有机化合物的分子结构，紫外分光光度法主要用于定量分析及测定某些化合物的类别等。
特性
红外光谱的特征性比紫外光谱强。
因为紫外光谱主要是分子的∏电子或n电子跃迁所产生的吸收光谱。
因此，多数紫外光谱比较简单，特征性差。
UV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光谱(UV)为四大波谱之一，是
鉴定许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。
红外光谱主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。
应用实例：
紫外光谱的一些图：
紫外光谱例解：
2-(1-环己烯基)-2-丙醇在硫酸存在下加热处理,得到主要产物分子式为C9H14,产物经纯化,测得紫外光谱入max242nm(e10100).推断这个主要产物的结构，并讨论其反应过程。
解：这是醇在硫酸作用下消去水的反应，按一般反应结果应得到2-(1-环己烯基)-2-丙烯，与测定分子式相符。
按Woodward-Fieser 经验规则计算这个预期产物的入max值为
215+5*3=229nm
与产物的实测值242nm相差甚远，以上结构应否定。
如采取以下反应过程将得到3-丙叉基环己烯的产物，按规则计算入max值为
215+5*3+5=240，与实测值接近，表明后一种反应过程的设想和预期反应产物是正确的。
红外光谱不同类型键的伸缩振动频率
各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率
红外光谱例解：
如图是红外光谱图，图解如图中。
红外光谱上的基频峰与泛频峰
基本概念
基频峰：分子吸收一定频率的红外线，若振动能级由基态跃迁至第一激发态时，所产生的吸收峰称为基频峰。
泛频峰：在红外吸收光谱上，除基频峰外，还有振动能级由基态跃迁至第二振动激发态、第三激发态等现象，所产生的峰称为泛频峰。
二者的异同点
二者都是红外光谱上的峰。
基频峰是振动能级由基态跃迁至第一激发态，泛频峰是振动能级由基态跃迁至第二振动激发态、第三激发态等。
基频峰一般都较大，因而基频峰是红外光谱上最主要的一类吸收峰。
泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的“指纹”，是红外光谱中的峰跃迁禁阻峰。
两者都是红外光谱上的峰，如果懂得，对分析红外光谱图很有用。
泛频峰的存在增加了红外光谱的复杂性，但是增强了红外光谱的特征性。
取代苯的泛频峰出现在2000~1667cm-1的区间，主要由苯环上碳-氢面外的倍频峰等构成，特征性较强，可用于鉴别苯环上的取代位置，但峰强常常较弱，也有可能被淹没。
普图示例
苯衍生物的红外光谱图
图中手形指针所指的便是苯的泛频峰，与苯衍生物的红外光谱图表对比可知，是单取代的。
再从A、B、C等基频峰可以分析出这个红外光谱图是什么物质的。
请总结红外吸收光谱与紫外吸收光谱在原理以及应用上的共同点和区别
红外吸收光谱和紫外吸收光谱都是用来研究物质的光谱分析方法，它们在原理和应用上既有共同点，也有明显的区别。
共同点：
都是通过测量物质对特定波长光的吸收来研究物质的性质和结构。
都可以提供关于物质分子内部结构和化学键信息。
都可以用于研究分子振动、旋转等动态性质。
都是光谱分析方法，可以用于物质的定性和定量分析。
区别：
原理不同：红外吸收光谱是利用物质分子对红外光的吸收来研究物质的结构和化学键信息，而紫外吸收光谱则是利用物质分子对紫外光的吸收来研究物质的电子结构和化学键信息。
波长范围不同：红外吸收光谱的波长范围在0.7-50微米之间，而紫外吸收光谱的波长范围在0.1-3微米之间。
应用范围不同：红外吸收光谱主要用于研究有机化合物、聚合物、无机化合物等，而紫外吸收光谱则主要用于研究有机化合物、聚合物、金属配合物等。
灵敏度不同：红外吸收光谱的灵敏度较低，需要较大的样品量才能得到明显的谱图，而紫外吸收光谱的灵敏度较高，可以检测到较小的样品量。
分辨率不同：红外吸收光谱的分辨率较高，可以区分不同的化学键和官能团，而紫外吸收光谱的分辨率较低，难以区分不同的化学键和官能团。
总之，红外吸收光谱和紫外吸收光谱都是非常重要的光谱分析方法，它们在原理和应用上既有共同点，也有明显的区别。
紫外吸收光谱与红外吸收光谱
共轭烯烃（不多于四个双键）p p*跃迁吸收峰位置可由伍德
沃德——菲泽 规则估算。 max= 基+nii 基-----是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值； 无环、非稠环二烯母体： 基=217 nm
2020/10/25
异环（稠环）二烯母体：
基=214 nm
同环（非稠环或稠环）二烯母体：
基=253 nm
niI : 由双键上取代基种类和个数决定的校正项
(1)每增加一个共轭双键 +30
(2)环外双键
+5
(3)双键上取代基：
酰基（-OCOR） 0 卤素（-Cl，-Br） +5
烷基（-R）
+5 烷氧基（-OR） +6
2020/10/25
（3）羰基化合物共轭烯烃中的 p → p*
1．紫外—可见吸收光谱
有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果：
σ电子、π电子、n电子。
s*
HC O
s
Hp
n
p*
K
R
E
E,B
n
p
分子轨道理论：成键轨道—反键轨道。
s
当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反
键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为：
n→π＊ < π→π＊ < n→σ＊ < σ→σ＊
① Y=H,R n → s* 150-160nm p → p* 180-190nm
p* KR K
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n → p* 275-295nm
②Y= -NH2,-OH,-OR 等助色基团 p
5.紫外-可见吸收光谱法
•双波长分光光度计
双波长分光光度计的优点：是可以在有 背景干忧或共存组分吸收干忧的情况下 对某组分进行定量测定。 岛津UV-2700双光束双波长的
5.4 分析条件的选择 （一）显色反应的选择及类型 选择显色反应时应考虑的因素：
灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波 长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比 度”，要求△ > 60nm。
吸光度A与显色剂用量CR 的关系会出现如图所示的几种 情况。选择曲线变化平坦处。
2.反应体系的酸度
在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件 下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且 恒定的平坦区所对应的pH范围。
3.显色时间与温度
由实验确定。
4.溶剂
一般尽量采用水相测定。
（三） 波长的选择
一般根据待测组分的吸收光谱，选择最大 吸收波长作为测定波长。
收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可 能达到的最大灵敏度。 （5）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该 物质的灵敏度越高。 ε>105：超高灵敏； ε=(6～10）×104 ：高灵敏；
ε<2×104 ：不灵敏。
3. 吸光度A与透光度T的关系
透过光的强度It与入射光的强度Io之比称 为透光度或透光率，用T表示。 T = I t / I0
⑶ π→π＊跃迁
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近 紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104 L· mol-1· cm-1以上，属于
强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁 。如：乙烯π→π*跃迁的λmax为162 nm，εmax为1×104 L·mol1· cm-1。
在波长200-750nm内，基于分子内电子跃迁的吸收 光谱来确定物质的组成、含量，推测物质结构的一种 分析方法,又称为紫外-可见分光光度法。它属于分子 吸收光谱法。
红外吸收光谱法
由 V =0 V = 2 即 △V ＝2 V =0 V = 3 即 △V ＝3
3 2 1 V=0
基频吸收 倍频吸收
注：基态中不同的振动 能级用V＝0，1，2，… 表示
红外吸收光谱法
5、红外光谱的概念 分子吸收红外光，由分子振动、转动发生能级的跃迁（
基态V＝0至第一振动能级V＝1，即△V＝1）产生的光谱，称 为中红外光谱，简称红外光谱。
官能团区（ 4000－1300 cm-1）：在该区域内的红外吸收 均是各种基团的特征吸收峰，吸收峰比较稀。
指纹区 （ 1300－400 cm-1）：在该区域内的红外吸收大 多是一些单键的伸缩振动和各种弯曲振动（如C-C、C-N、C-O ）。振动类型复杂且重叠，受分子结构的影响十分敏感，任何 细致的差别都会引起光谱明显改变，如同人的指纹一样，很少 有两个化合物指纹区的吸收峰完全相同，用于确认有机化合物 是很可靠的。
红外吸收光谱法
2、红外、紫外、可见吸收光谱的区别
光谱区域 波长
分子运动形式
光谱类型
紫外可见 200－780nm 分子外层价电子跃迁 紫外可见吸收光谱
红外 0.78－500um 分子振动、转动
红外吸收光谱
△E电子 > △E振 > △E转
红外光的能量较小，分子吸收红外光不足以引起外层 价电子跃迁。
红外吸收光谱法
就得到该试样的红外吸收光谱图。
d
H
Cl
+q
-q
-q
O d
H
H
+q
+q
HCl、H2O 的偶极矩
红外吸收光谱法
三、红外光谱法的特点 除了单原子分子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，
红外吸收光谱与紫外荧光的区别
μ = q·d
10.2
第22讲
红外光谱基本原理
第8页
由于偶极子具有一定的原有振动频率，
显然，只有当辐射频率与偶极子频率相
匹配时，分子才与辐射发生相互作用
（振动偶合）而增加它的振动能，使振
动加激（振幅加大），即分子由原来的
基态振动跃迁到较高振动能级。可见，
并非所有的振动能级都会产生红外吸收，
只有发生偶极矩变化的振动才能引起可
第22讲
红外光谱基本原理
第1页
第四章 红外吸收光谱法
第22讲
红外光谱基本原理
第2页
§10-1 红外吸收光谱分析概述
一、定义：
利用物质对红外辐射的吸收所产生的红外吸收 光谱，对物质的组成、结构及含量进行分析测定 的方法叫红外吸收光谱分析法。红外吸收光谱又 称为分子振动转动光谱
二、与紫外可见吸收光谱法的比较
紫外 104~105 103~104 102~103
﹤102
第22讲
红外光谱基本原理
第4页
不同点 紫外可见吸收光谱 红外吸收光谱
光源
紫外可见光
红外光
起源
电子能级跃迁
振动能级跃迁
研究 范围
不饱和有机化合物
几乎所有有机化合 物;
共轭双键、芳香族等 许多无机化合物
特色
反映发色团、助色团 反映各个基团的振
的情况
动及转动特性
第22讲
红外光谱基本原理
第5页
• 波数为波长λ的倒数，即1cm中所含波的 个数
费米共振—当倍频或组合频与某基频峰位相近时， 由于相互作用产生强吸收带或发生峰的分裂，这 种倍频峰或组合频峰与基频峰之间的偶合称为费 米共振。
第22讲
化学实验中的常见光谱分析方法
化学实验中的常见光谱分析方法光谱分析是化学实验中常用的一种分析方法，通过不同物质吸收或发射特定波长的电磁辐射来分析物质的组成和性质。
在化学实验室中，常见的光谱分析方法包括紫外-可见吸收光谱、红外光谱、质谱以及核磁共振等。
本文将详细介绍这些常见的光谱分析方法及其应用。
一、紫外-可见吸收光谱紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）是一种常用的分子光谱分析方法，通过测量物质在紫外-可见光区域的吸收特性，可以推断物质的分子结构和浓度。
在紫外-可见光谱实验中，常用的仪器是分光光度计。
该仪器可以测量物质溶液对不同波长光线吸收的程度，从而得到吸收光谱图。
通过对比标准物质的吸收光谱，可以确定待测物质的浓度。
紫外-可见光谱广泛应用于有机化合物的分析，如药物检测、环境监测等。
在药物领域，紫外-可见光谱可以用于测定药物的纯度以及药物在体内的代谢率。
在环境监测中，紫外-可见光谱可以检测水中有机物的浓度，监测水质污染状况。
二、红外光谱红外光谱是一种分析物质结构和功能的常见方法，通过测量物质与红外辐射的相互作用来分析物质的化学特性。
红外光谱仪是红外光谱实验中使用的仪器，它可以测量物质在不同波长的红外辐射下的吸收情况。
红外光谱广泛应用于有机分子的结构确定和功能分析。
通过红外光谱，可以确定有机化合物中的官能团、化学键类型以及分子的组成。
在药物研究中，红外光谱常被用于药物质量控制和表征。
通过对比标准物质的红外光谱，可以鉴定未知药物的成分。
三、质谱质谱是一种通过分析化学物质的离子质量与荷质比（m/z）的比例来确定其分子结构和分子量的方法。
质谱仪是质谱分析中使用的仪器，它可以将化学物质转化为离子，并测量不同离子质荷比的强度。
通过质谱仪得到的质谱图，可以确定化合物的分子式和分子结构。
质谱广泛应用于有机化学和生物分析等领域。
在有机化学中，质谱可以用于鉴定化合物的结构和确定分子量。
在生物分析中，质谱可以用于鉴定蛋白质的氨基酸序列和脂肪酸的结构。
紫外-可见分光光度法
E=A / C C为100ml溶液中所含被测物质的重量 （按干燥品或无水物计算），g
（C = 0.003001g ×（1-水分）/ 100ml)
二.鉴别: 按各该品种项下的规定，测定供试品
溶液在有关波长处的最大及最小吸收，有 的并须测定其各最大吸收峰值或最大吸收 与最小吸收的比值，均应符合规定。
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 材料本身的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。
玻璃吸收池因为能吸收紫外光，故只 能用于320nm以上的可见光区。
石英吸收池因不吸收紫外光而常用 于3０0nm以下的紫外光区，但也可用于 可见光区。
最常用的光路长度为: 1cm的吸收池。
表示方法：
（1）百分吸收系数（E）：
以
E 1% 1cm
表示。
E=A/C(%)×L(cm)
中国药典规定的吸收系数即为
E 1% 1cm
。
在用吸收系数法计算含量时，E11c%m 通常要
大于100
（2）摩尔吸收系数（ε）：
当溶液的浓度（C）为1mol/L,光路长 度（L）为1cm时，相应的吸光度为摩尔吸 收系数，以ε表示。
通常使用的紫外-可见分光光度计的工作波长 范围为190～900nm。
第二节 光吸收基本定律和吸收系数
1.光吸收基本定律： 比尔—郎伯（Beer—Lambert）定律
为光吸收基本定律，是分光光度分析的 理论基础。 Lambert于1730年提出了光 强度与吸收介质厚度的关系。1852年 Beer提出了光强度与吸收介质中吸光物 质浓度之间的关系。
光源为空心阴极灯。每种元素都 有各自的空心阴极灯，因此原子 吸收光谱是锐线光谱。
各种光谱的区别
各种光谱的区别
不同种类的光谱在物理和化学领域中具有多种应用。
以下是一些常见光谱的区别：
1.可见光谱：可见光谱是指可见光的波长范围，大约从380
到750纳米。
它是人眼可以感知到的光谱范围，对于研究
物体的颜色和光的吸收、反射和透射具有重要意义。
2.紫外-可见光谱（UV-Vis光谱）：紫外-可见光谱涵盖了紫外
和可见光波长范围。
它用于研究物质的电子能级、光吸收、光散射等。
通过分析样品对特定波长光的吸收或透射，可
以获取关于样品的分子结构、浓度、化学性质等信息。
3.红外光谱：红外光谱涵盖了超过可见光波长的范围，通常
从780纳米到1毫米。
通过观察物质在红外光波段的吸收
和散射，可以推测物质的化学组成、分子键振动和结构等。
红外光谱广泛应用于光谱学、有机化学和材料科学等领域。
4.核磁共振谱（NMR谱）：核磁共振谱是通过测量原子核在
外加磁场中的共振现象来研究样品的结构和化学环境。
核
磁共振技术基于原子核的自旋和核磁矩，广泛用于化学、
生物学和医学等领域。
5.质谱：质谱是通过测量离子的质量和相对丰度，分析样品
中的化学组成和分子结构。
质谱通常涉及样品原子或分子
的离子化和分离，并在质谱仪中进行检测和分析，广泛应
用于有机化学、生物医学和环境科学等领域。
这些是常见光谱的一些区别，每种光谱都有其特定的应用领域和分析目的。
选取适当的光谱和技术取决于研究或分析的具体需求和样品性质。
紫外光谱与红外光谱的区别
紫外光谱与红外光谱的区别
1）定义不同、
紫外可见吸收光谱：让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后测量其对不同波长光的吸收程度（吸光度A），以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收曲线，即为紫外可见吸收光谱。
红外光谱：又称为分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。
样品收到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振转能级从基态跃迁带激发态，相应于这些区域的投射光强减弱，记录百分透过率T%对波长或波数的曲线，即为红外光谱。
两者都是分子的吸收光谱图。
2）
1）
•。
核磁共振波谱与紫外可见光谱及红外光谱的区别
核磁共振波谱与紫外可见光谱及红外光谱的区别核磁共振波谱与紫外可见光谱及红外光谱的主要不同有两点：①原理不同紫外可见吸收光谱是分子吸收200～700nm的电磁波，吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁，主要是引起最外层电子能级发生跃迁。
红外光谱是分子吸收2.5～50um（2500～50000nm）的电磁波，吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁。
核磁共振波谱则是在外磁场下，吸收60cm～300m 的电磁波，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁。
②测定方法不同。
紫外和红外等一般光谱是通过测定不同波长下的透光率（T%=出射光强/入射光强）来获得物质的吸收光谱。
这种方法只适用于透过光强度变化较大的能级跃迁。
60cm～300m的电磁波穿透力很弱，故核磁共振无法通过测定透光率来获得核磁共振光谱，它是通过“共振吸收法”来测定核磁共振信号的。
共振吸收法是指：在一定磁场强度下，原子核在一定频率的电磁波照射下发生自旋能级跃迁时引起核磁矩方向改变进而产生感应电流，通过放大、记录此感应电流便得到核磁共振信号。
依次改变磁场强度（或电磁波的照射频率）使满足不同化学环境核的共振条件，收集共振引起的磁感应信号，经过数学处理，就获得核磁共振波谱图。
③谱图的表示方法不同：紫外谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化。
红外谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化。
核磁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化。
④提供的信息不同：紫外提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息。
红外提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率。
核磁提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息。
核磁共振谱的优缺点：优点：(仪器的灵敏度和分辨率非常高，较容易解析NMR图(随着计算机技术的应用，多脉冲激发的方法的采用及由此产生的二维谱图、多维谱图等许多新技术，是许多复杂化合物的结构测定引刃而解，NMR可以说是化学研究中最有力的武器之一。