紫外可见吸收光谱法分析
第三章 紫外-可见吸收光谱分析
2．不饱和脂肪烃 ．
在不饱和烃类分子中，除含有σ键外，还含有π 键，它们可以产生 σ→σ＊和π→π＊ 两种跃迁。 如果存在共轭体系，则随共轭系统的延长， 吸收带将明显向长波方 向移动，吸收强度也随之增强 在共轭体系中， π→π＊跃迁产生的吸收带又称为K（Konjugation） 带。其特点是：强度大，εmax›104；位置一般在217～280nm λmax和εmax的大小与共轭链的长短及取代基的位置有关 根据K带是否出现，可判断分子中共轭体系的存在的情况。在紫外光 根据 带是否出现，可判断分子中共轭体系的存在的情况 带是否出现 谱分析中有重要应用。
紫外－ §3-3 紫外－可见分光光度法的应用 一、 定性分析 二、纯度检查 三、结构推测 四、定量分析 单组分样品的定量分析 多组分样品的定量分析
一、 定性分析
1、依据：吸收光谱的特征——形状、波长、峰数目、强度、 吸光系数。 、依据：吸收光谱的特征 形状、 形状 波长、峰数目、强度、 吸光系数。 2、方法：对比法 、方法： (1) 对比吸收光谱特征数据 (2) 对比吸光度或吸光系数的比值
3．芳香烃 ．
苯有三个吸收带 E1带180∼184nm ε=47000 E 2带200∼204 nm ε=7000 苯环上三个共扼双键的 π → π*跃迁特征吸收带 B带 230-270 nm
ε=200
π → π*与苯环振动引起； 含取代基时， B带简化，红移 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。
化合物 H2O CH3OH CH3CL CH3I CH3NH2
λmax（nm） 167 184 173 258 215
εmax 1480 150 200 365 600
紫外-可见吸收光谱法概述
紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis）是一种常用的分析技术，用于研究物质在紫外光和可见光区域的吸收特性。
该技术基于物质分子在特定波长范围内吸收光能的原理，通过测量样品溶液在紫外-可见光谱范围内的吸光度来获取信息。
UV-Vis光谱法可用于定性分析和定量分析。
在定性分析中，通过比较样品的吸收光谱与已知物质的光谱图谱，可以确定样品中存在的化合物或功能基团。
在定量分析中，根据样品吸收的光强度与物质浓度之间的线性关系，可以确定样品中某种物质的浓度。
UV-Vis光谱仪通常由光源、单色器、样品室、光电探测器和数据处理系统组成。
工作原理是通过将光束分为可见光和紫外光两部分，然后透过样品溶液，测量透过样品的光强度和未经样品的光强度之间的差异。
样品吸收的光强度会被转换为吸光度或透射度，并绘制成光谱图。
UV-Vis光谱法在许多领域中得到广泛应用，包括化学、生物化学、环境科学、制药、食品科学等。
它可以用于分析物质的结构、浓度、纯度、反应动力学以及反应机理等方面的研究。
同时，UV-Vis光谱法操作简便、分析速度快，且样品准备相对简单，因此成为了一种常用的分析技术。
(UV-Vis)紫外-可见吸收光谱分析
朗伯-比耳定律 材料对光的吸收可以用吸收定律加以描述。
布格Bouguer和朗伯Lambert先后于1729年和1760年阐 明了光的吸收和吸收层厚度的关系，称为朗伯定律。 1852年比耳又提出了光的吸收和吸收物浓度之间的关 系，称为比耳定律。两者的结合称为朗伯比耳定律。
1
B(hv Eg ) 2
为吸收系数，B为常数，hv 为光子的能量
Eg 为半导体的禁带宽带。
( )2和 hv为线性关系，由半导体的吸收光谱，做 ( )2
B
B
(
)
2和
hv
的图谱，就得到线性吸收边
B
如果将吸收边的线性关系延伸到与 hv
轴相交的地方，就可以得到半导体的带隙 Eg
一般将用这种方法得到的带隙叫做光学带隙，它的测 量是紫外-可见吸收光谱在半导体材料中最常见的应用。
dI x
ai dni
i 1
Ix
s
当光束通过厚度为b的吸收层时，产生的总的吸光度等
于在全部吸收层内吸收的总和，对上式积分得到：
m
ln I0
ai ni
i 1
I
s
吸光度是指吸光体对光的吸收程度，通常人们用
A
log
I0 I
来表示，因此，根据吸光度A的定义
A log I0
I
2. 禁戒的直接跃迁
某些情况下，即使在直接禁带的半导体材料中，其价 带顶和导带底都在K空间的原点，但是它们之间的跃 迁即K=0可能被选择定则禁止，而K不为0的情况下的 跃迁反而被允许，一般把这种跃迁称为禁戒的直接跃 迁。同样通过计算，可以得到吸收系数和光子能量的 关系
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
出射狭缝：使分析所需波长的单色光通过。
准光镜 光源
棱镜
成像物镜
入射狭缝
出射狭缝
光
电
管
棱镜单色器的结构原理示意
狭缝大小的影响
紫外－可见分光光度计
单色器中入射狭缝越窄，则光谱带上任 意一点的波长成分越纯，光谱的质量就越高； 出射狭缝越小，则产生单色光的带宽小、单色 性好、但能量小，影响仪器的信噪比。
第三章
第三章 紫外—可见吸收光谱分析(分子)
第一节 概述:
第二节 紫外－可见吸收光谱 与分子结构的关系
第三节 紫外－可见分光光度计的 基本组成与结
构
第四节 紫外－可见分光光度计的 性能
第五节 紫外－可见吸收光谱法的
第一节 概 述:
紫外～可见吸收光谱分析，简称UV-V IS。
利用分光光度计测量物质对紫外～可 见光的吸光度和通过物质的紫外～可见吸收光 谱来确定物质的组成、含量，推断物质结构的 分析方法，称紫外～可见吸收光谱分析，又称 为紫外～可见分光光度法。
(1)单色器的组成:
紫外－可见分光光度计
入射狭缝：只许光源分一束光进入。
准光镜：将光源产生的光转变为平行光束， 使其照射在色散元件上的入射角均相等。
色散元件：为棱镜或光栅，将复合光色散成 按一定波长顺序排列的单色光。
成像物镜：将色散原件产生的单色平行光， 在其焦平面的不同位置聚焦，成为出射狭缝对应波长 的单色光。
药物分析中的紫外可见吸收光谱法
药物分析中的紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱法在药物分析中的应用引言：药物分析是研究药物性质和质量的一项重要领域，其中紫外可见吸收光谱法被广泛应用于药物的定性和定量分析。
本文将就药物分析中紫外可见吸收光谱法的原理、仪器设备以及应用案例进行探讨。
一、原理紫外可见吸收光谱法是一种通过测量物质在紫外和可见光波段对电磁辐射的吸收来鉴定和定量分析物质的方法。
其基本原理是根据分子在特定波长的电磁辐射下，电子跃迁从基态到激发态，吸收特定波长的光能，并呈现出吸收峰。
二、仪器设备紫外可见吸收光谱法需要使用紫外可见分光光度计进行分析。
该仪器主要由光源、单色器、试样室、光电倍增管和计算机系统等组成。
光源提供紫外和可见光波段的光线，单色器用于选择特定波长的光线，试样室中放置待测样品，光电倍增管转化光信号为电信号，计算机系统用于数据处理和谱图显示等功能。
三、应用案例1. 药物质量控制紫外可见吸收光谱法可用于药物的定量分析和质量控制。
通过建立药物与特定波长光的吸收关系，可以快速准确地确定药物中特定成分的含量。
例如，对某种药物中有效成分含量进行测定，可以根据其在特定波长处的吸光度与含量之间的线性关系来计算出含量。
2. 药效研究紫外可见吸收光谱法还可用于药效研究中。
通过测量药物在不同波长下的吸光度，可以得到药物的吸收光谱。
根据吸收峰的强度和位置可以判断药物的溶解度、稳定性以及药物与其他物质的相互作用等信息，从而为药效研究提供依据。
3. 药物相互作用研究紫外可见吸收光谱法还可用于研究药物与其他物质之间的相互作用。
例如，通过测量药物与药剂、辅料以及体内代谢产物等物质之间的吸光度变化，可以分析药物在配方中的相互作用情况，为合理选用药剂和优化配方提供依据。
4. 药物稳定性研究药物在贮存和使用过程中会受到光线、温度、湿度等因素的影响，从而导致药物的质量变化。
紫外可见吸收光谱法可用于药物稳定性研究，通过测量药物在不同条件下的吸光度变化，可以评估药物的稳定性，从而为药物的储存和使用提供依据。
紫外可见吸收光谱分析法
2020/10/25
（3）n →π＊跃迁
由n电子从非键轨道向π*反键轨道的跃迁(R 带)，基团中 既有π电子，也有n电子，可以发生这类跃迁。如:
C=O, N=N, N=O, C=S
-OH、-OR、 -NH2、 -NR2、 -SH、 -SR、 -Cl、-Br
D. 蓝移
是指一些基团与某些生色团(C=O)连接后，使生色团的吸 收带向短波移动，这种效应成为蓝移，该基团称为蓝移基团 ：
-CH3、-CH2CH3、 -O-COCH3
2020/10/25
E. 增色效应
最大吸收带的 εmax 增加时称为增色效应。 F. 减色效应
B. 助色团
是指分子中的一些带有非成键电子对的基团。本身在紫 外-可见光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，使生 色团的吸收带向长波移动，且吸收强度增大。
-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I
2020/10/25
C. 红移
是指一些带有非成键电子对的基团与生色团连接后，使 生色团的吸收带向长波移动，这种效应成为红移，该基团 称为红移基团：
特点: (a). 与组成π键的杂原子有关,杂原子的电负性越强，
λmax 越小; (b). n →π* 跃迁所需能量最小，大部分吸收在
200 ~ 700 nm； (c). n →π* 跃迁的几率比较小，所以摩尔吸光系数比较
小 ，一般~ 102。
2020/10/25
(4) π→π* 跃迁
是π电子从成键π轨道向反键π*轨道的跃迁，含有π电子 基团的不饱和有机化合物，都会发生π→π*跃迁。如含有 碳碳双键、碳碳叁键的化合物。吸收一般在200 nm附近。
紫外可见光吸收光谱
紫外可见光吸收光谱紫外可见光吸收光谱是一种重要的分析方法，广泛应用于化学、光学、生物学等领域。
下面我将从什么是紫外可见光吸收光谱、应用领域、分析方法、仪器设备、典型实验步骤以及注意事项等方面进行介绍。
一、什么是紫外可见光吸收光谱紫外可见光吸收光谱又称紫外可见吸收光谱，是物质分子在紫外、可见光区的吸收光谱。
简单来说，就是利用物质吸收光的特性进行分析。
二、应用领域紫外可见光吸收光谱被广泛应用于分析化学、光学、生物医学、环境监测等领域。
如利用紫外可见吸收光谱对生物大分子如DNA、蛋白质等进行分析、对环境中的水质、空气等进行检测，还可用于药物研究等方面。
三、分析方法紫外可见光吸收光谱的分析方法是利用物质吸收光的特性进行分析。
通过分析不同波长的光线在样品中的吸收情况，可以了解样品所含的化学物质的组成及浓度。
四、仪器设备紫外可见光吸收光谱的仪器设备主要有：紫外可见分光光度计，样品池，光源，检测器。
五、典型实验步骤（1）准备样品：取少量样品并将其溶解在适量的溶液中，使其达到稳定状态。
（2）将溶液倒入样品池中，并将样品池放置于紫外可见分光光度计中。
（3）选择波长：根据样品的特性选择合适的波长进行分析。
（4）根据波长设置仪器参数：包括选择光路、调整光栅、检测器增益等。
（5）记录吸收光谱：启动分光光度计进行测试并记录数据。
（6）数据处理：利用计算机等工具对数据进行处理和分析。
六、注意事项（1）在记录数据前，应先了解仪器的基本操作流程，以便能更准确地记录数据。
（2）在取样时应注意取样量，建议取量小，避免影响测试结果。
（3）在进行测试时，应尽可能排除环境因素的影响，以保障测试结果的准确性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
末 端 吸 收
最大吸收峰 肩峰 峰谷
应选用max处或肩峰处测定.
吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系, 应控制条件(酸度、浓度、介质等). 稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强.
4）朗伯-比尔定律的应用（定量分析）
溶液浓度的测定
A＝ b c
A
0.80 Ax 0.60
*
工作曲线法
E( ) E(n ) E( ) E(n )
* * * *
（1）σ→σ*跃迁：能量最高，吸收峰位于远紫外区，波长范围为10nm ～200nm。 饱和烃中的—C—C—基团的电子跃迁属于这种类型。 例如乙烷的最大吸收波长为135nm。
（2）n→σ* 跃迁：由处于基态的n电子，跃迁到σ*反 键轨道。（含杂原子饱和基团）
电磁波谱区及常用光学分析方法
光谱区域
射 线 X射线
波
长
光 学 分 析 方 法
γ射线光谱法 X射线光谱法
5pm～140pm 10-3 nm～10nm
光学区
10nm～1000μm
原子发射、原子吸收、 原子荧光、紫外可见吸收 红外吸收、分子荧光光谱法
微
波
Байду номын сангаас
1mm～1m
微波光谱法
无线电波
1m以上
核磁共振波谱法
能量较高，吸收峰在远紫外区和近紫外区。波长范围 为150nm～250nm。如CH3OH的n→σ*跃迁，最大吸收 波长为183nm。 （3）π→π*跃迁：由处于基态的π电子，跃迁到π*反键 轨道。 （不饱和-C=C-基团） 能量低于n→σ*跃迁，摩尔吸光系数很大：
max 10 4 L mol1 cm1
(校准曲线)
0.40 0.20
0.00
cx 0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg· mL-1)
5）光的选择吸收性 光的吸收：
当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、原 由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）。
子或离子与光子发生“碰撞”。光子的能量被分子、原子所吸收，
仅当光子能量与被照物质基
①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称 为最大吸收波长λ max。 ②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λ max不变。而对于不同
物质，它们的吸收曲线形状和λ max则不同。
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。 ④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在λ max
光学分析法的分类
光谱方法： 测量发射或吸收光谱 的波长和强度
非光谱方法
折光、旋光、衍射、比浊法
原子发射光谱 原子光谱 定性、定量
原子吸收光谱
物质内部特定的能级跃迁
红外吸收光谱
分子光谱
紫外吸收光谱
光谱的强度： 定量分析
特征光谱的波长： 定性、结构分析
二、紫外-可见吸收光谱分析法概述 （Ultraviolet Spectrophotometry, UV）
σ键比π键稳定，键力大；
n键主要是出现在含有N、O、S、卤素等的有机物中。 （2）成键轨道和反键轨道
依据轨道能量的高低来划分
电子首先填充在能量低的成键轨道以便形成分子
五、有机化合物的紫外吸收光谱
5.1 电子跃迁光谱 处于 σ 、 π 、 n轨道上基态电子； 接受外界能量后，向高能级反键
空轨道σ*、π*跃迁。
分子和原子一样，有它的特征能级。
分子的内部运动方式有三种：价电
子相对于原子核的运动、分子内原
子在平衡位置附近的振动和分子本 身绕其重心的转动。
分子内能＝电子能+振动能+转动能 分子的能级差： E E2 E1
hv光 hc /
分子的紫外吸收光谱产生机理
紫外-可见光谱属于 电子跃迁光谱。 电子能级间跃迁的 同时总伴随有振动和转
二、紫外-可见吸收光谱分析法概述 （Ultraviolet Spectrophotometry, UV）
定义：利用物质的分子化学键的价电子跃迁对吸收紫外-可见
光区(波长范围200nm～800nm)的电磁辐射的吸收进行分析测 定的一种方法。
由于紫外-可见光谱法主要研究的是分子吸收，故又称做
分子光谱法。物质分子吸收紫外光后，产生的是分子中价电 子的跃迁，所以紫外光谱也有“电子光谱”之称。
紫外-可见吸收光谱的特点 （ 1 ） 灵 敏 度 高 ： 测 定 下 限 可 达 10-5 ～ 10-6 mol· L-1,104%～10-5
%；
（2）准确度：能够满足微量组分的测定要求：相对误差
2%～5％；
（3）选择性：可在多组分中选一种或多种同时测定； （4）设备简单、操作简便、应用广泛。
三、分子吸收光谱
动能级间的跃迁。即电
子光谱中总包含有振动 能级和转动能级间跃迁 产生的若干谱线而呈现 宽谱带。
物质不同，跃迁的类型不同，跃迁的几率不同，吸收 强度也不相同，从而产生了特征吸收光谱曲线。
四、光吸收基本定律
4.1 吸收曲线
（1）单色光和复合光 单色光：光量子能量一定、波长一定。 复色光：由各种波长的可见光按照一定的比例混合而成 的光。
（4）朗伯-比尔定律 1）基本内容
意义:
A = lg(I0/It) = lg(1/T) = —lgT = Kbc
当一束平行单色光通过均匀、非散射的溶液时，其 吸光度与溶液中吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成 正比. 2）k 吸光系数 Absorptivity
当c的单位用g· L-1表示时，当 c 的单位用 mol· L-1 表示时， 用 表示: 用a 表示: －摩尔吸光系数 a—质量吸光系数 A＝abc A＝ b c ( 的单位: L· mol-1· cm-1)
(a 的单位: L· g-1· cm-1)
摩尔吸光系数ε的意义
①吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； ②不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定 时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关； ③可作为定性鉴定的参数； ④同一吸收物质在不同波长下的 ε 值是不同的。在最大吸收波长 λmax 处的摩尔吸光系数，常以 εmax 表示。 εmax 表明了该吸收物质最 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。
强吸收带，吸收峰一般在近紫外区。如苯 ( 蒸气 ) 的最 大吸收波长为204nm。
（4 ）n→π*跃迁：由处于基态的 n 电子，跃迁到反键轨 道。能量较低，吸收带在200nm～400nm之间。 特点:谱带强度弱，摩尔吸光系数小(禁阻跃迁），ε在 10L· mol-1· cm-1 ～100L· mol-1· cm-1之间。
（2）透光率
I0 入射光 It 透过光
T=
It I0
100%
（3）吸光度
朗伯定律:
A=lg(I0/It)=k1b
当入射光的 ,吸光物质的c一定时,溶液的吸光度A与液层 厚度b成正比.
比尔定律 A=lg(I0/It)=k2c 当入射光的 , 液层厚度 b 一定时 ,溶液的吸光度 A 与吸 光物质的c成正比.
紫外-可见吸收光谱法的诞生及发展
公元初60年左右—古希腊人普利尼首次采用比色法； 1729年—玻格，介质厚度与光吸收的关系； 1760年—朗伯定律，光吸收的程度与液层厚度成正比； 1852年—开始采用目视比色法进行比色分析；同时比尔定律提出
-物质对光吸收与液层厚度及液体浓度呈正比；
19世纪末--正式形成朗格-比尔定律。
态和激发态能量之差相等时 才能发生吸收； 不同的物质由于其结构不同 而具有不同的量子化能级， 其能量差也不相同，物质对 光的吸收具有选择性；
×
×√ ×
吸收曲线：
将不同波长的光透过某一固定浓度待测溶液，测量每一波长 下溶液对光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图 ，即可得到吸收曲线（吸收光谱）。 描述了物质对不同波长光的吸收能力。