紫外吸收光谱

紫外吸收光谱
有关术语
1. 发团 ——指分子中能吸收紫外或可见光的基团,含有π键的不饱和基团,如NO2C=OCOOHCOORNO2N=N、芳基。若在饱和碳氢化合物中引入这种基团,将使这一化合物的最大吸收峰波长移至紫外及可见范围内
由于这些基团产生  * n  *n  * 跃迁吸收能量较低,吸收峰出现在紫外、可见光区
2. 助团——指本身不产生紫外及可见光吸收的基团,但与生团相连时,使生团的吸收向长波方向移动,且吸收强度增大      OHORXNH2NO2SH等含有n电子的基团,与发团相连可使最大吸收波长红移。
效应
定义
原因
红移
吸收波长向长波方向移动
向红基团(-OH -OR -NH2-SH -Cl-Br--SR- NR2
化合物结构的改变(共轭、引入助团、取代基)、溶剂的改变
蓝移
吸收波长向短波方向移动
向蓝(紫)基团(如-CH2-CH2CH3-OCOCH3
增效应
使吸收带的吸收强度增加
减效应
使吸收带的吸收强度降低
真实性故事
紫外吸收光谱的产生
        吸光物质分子中价电子吸收特定能量(波长)的电磁波(紫外光)产生分子的电子能级跃迁。 是研究物质在远紫外区(10200nm)和近紫外区(200400nm)的分子吸收光谱法。
真空紫外区(<160nm的紫外光会被空气中氧所吸收→真空/无氧条件下测定)
吸收光谱的特征及其表示方法
1、吸收光谱(吸收曲线)a吸收峰;b肩峰;c吸收      谷;    d末端吸收:在短波长处(200nm左右),只呈现强吸收,而不形成峰的部分
2、吸收曲线的横坐标,一般用波长表示。
3、吸收曲线的纵坐标
①透光率T(%),(透射比)
②吸光度A   
③吸收率A(%) A(%)=1T(%)
④吸光系数      A=abc
摩尔吸光系数ε   
一般认为:ε>104去氧胆酸为强吸收, ε.103~104为较强吸收ε.102~103为较弱吸收,ε<102为弱吸收
电子跃迁(transition)类型
各种跃迁所需要能量顺序:   *> n  * >  *>n  *
A在紫外和可见光谱区范围内,有机化合物的吸收带主要由  *  *n  *n  *及电荷迁移跃迁产生。
B无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁(即d—d张秋俭跃迁和f—f跃迁)产生(可见光区)。
1)σ~σ*跃迁:
      由饱和键产生,能级差大,吸收光波波长短,吸收峰多处于真空紫外区。
2n~ σ*跃迁:
      N, O, S, X的化合物中,杂原子的n电子向反键轨道的跃迁,吸收带较弱。吸收波长为150250nm的光子,吸收光谱大部分在真空紫外区
3 π~π*跃迁:
        不饱和化合物,尤其是存在共轭体系的化合物。吸收峰大都位于紫外区
      εmax较大,一般εmax104,λmax较大。
非共轭 轨道的  *跃迁,对应波长范围160-190 nm。两个或两个以上唧唧复唧唧 键共轭,对应波长增大,红移至近紫外区甚至可见光区
4 n~ π*跃迁:
        含π键和 n 电子的体系。吸收波长≥200nm   
        λmax较大,εmax较小。对应波长范围在近紫外区
5)、 电荷迁移跃迁 
、无机配合物FeSCN2+
电荷跃迁的吸收带谱带较宽,吸收强度大,εmax>104
6)配位场跃迁  d-df-f跃迁  过渡金属离子与配位体所形成的配合物
吸收带(bands——吸收峰在紫外-可见光谱中的波带位置
1. R吸收带(Radikalartin):由n→π*跃迁(跃迁禁阻,几率小)产生,它具有杂原双键的共轭基团NO2NO2N=N  特点:吸收波长长(约300),吸收强度弱, log 1   
2. K吸收带(Konjugierte):由共轭π→π*跃迁产生,强度强, log > 4210-250
特点:①吸收带的波长比R带短,一般λmax>200nm②跃迁几率大,吸收强度大,一般ε>104③随着共轭体系的增长, 电子云束缚更小,引起  *跃迁所需的能量更小,K带吸收向长波方向移动④K带吸收是共轭分子的特征吸收带,是紫外光谱中应用最多的吸收带
3. B吸收带(Benzenoid):苯环由苯环本身振动及闭合环状共轭双键π→π*跃迁产生,230-270nm,中心在254nm处,宽而,有精细结构,是苯环的特征吸收
4. E吸收带(Ethylenic):芳环中3个碳碳双键环状共轭系统π→π*跃迁产生,在184(E1,观察不到)203(E2)nm处。也是芳香族化合物的特征吸收带。
影响吸收带的因素:
A. 内部因素:①发团、助团;
②共轭体系的影响(跃迁几率↑):随共轭体系的增长,吸收峰红移
具有共轭双键的化合物,相间的π键与π键相互作用                                                                                                                                                                                                  (π-π共轭效应),生成大π键。由于大π键各能级之间的距离较近(键的平均化),电子容易激发,所以吸收峰的波长就增加,生团作用大为加强,
    ③样品溶液浓度的影响    ε为摩尔吸收系数            吸光度A具有加和性
B.空间效应:①空间位阻影响:发团由于立体阻碍会妨碍他们共面,影响共轭效应→蓝移。如二苯乙烯反式结构的K带最大吸收比顺式明显长移;
2 跨环效应:某些β、γ不饱和酮,虽无共轭,但有跨环效应,由于适当的台体排列→羰基
氧上的孤对电子和双键的π电子发生作用,使相当于π→π*跃迁的R带长移,ε增大
C.外部因素:①溶剂效应:影响吸收峰位、吸收强度、光谱形状。(影响能级差)
换用极性较大的溶剂,n→π*蓝移,π→π*红移;物质处于气态时,振/转动→精细结构;物质溶于非极性溶剂,限制分子的自由转动→峰形变宽;物质溶于极性溶剂,分子振动受影响→宽峰
→正确地选用溶剂(纯度高)的原则:(1)溶剂能溶解试样,溶剂对溶质是惰性的;(2)在溶解度允许的范围内,尽量选择极性较小的溶剂(获得精细结构);(3)溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收
②体系PH值影响——分子离子化的影响;温度
各类有机物的紫外吸收光谱——有机化合物的紫外吸收谱带位置可通过经验公式计算出来。
1、饱和烃及其取代衍生物
  λmax<150nm 饱和有机化合物在紫外光谱分析中常用作溶剂,如己烷、环己烷、庚烷、异辛烷、乙醇、甲醇等
若有助团和饱和烃相连,除  *跃迁外,还产生n  *跃迁, λmax产生红移
2、不饱和烃及共轭烯烃
1)简单的碳-碳双键
产生  *  *两种跃迁,   *跃迁所需的能量较   *跃迁小。λmax<190nm
2)共轭双键 研究对象
当有两个以上的双键共轭时,随着共轭系统的延长,   *跃迁的吸收带 将明显向长波方向移动,吸收强度也随之增强。  如:番茄红素11C=C键(红)
3、醛和酮
      醛和酮中均含有羰基( C=O)。 能实现n  * 跃迁(λmax.270-300nm附近,ε=1020); n  * 跃迁(λmax.180nm左右);   *跃迁(λmax.150nm左右)
    一般紫外光度计只能检测n  *跃迁产生的R吸收带。
        R带是醛酮的特征吸收带,是判断醛酮的重要依据
    当羰基双键与乙烯双键共轭时,形成了α、β不饱和醛、酮(由于共轭效应,使乙烯基  *跃迁吸收带红移至220260nm,成为K吸收带,强吸收。羰基双键R带红移至310330nm ε<100,弱吸收。可作为识别用)
    当羰基被—OH—NH2—OR取代→蓝移;硫羰基相对于氧羰基红移
4、芳香族化合物
1)苯:    E1 180184nm处( ε=4700)强吸收带    E2 204nm处(全球原油储存空间将三个月内用尽 ε=7900)中强吸收带(末端)    B230270nm ε=254)弱吸收带是苯环的精细吸收带或称苯带
2)取代苯  ①当苯环上有发团取代且与苯环共轭时,E2带与K带合并,吸收峰向长波移动;②苯环与助团相连,E2带长移至210nm;③二取代苯:a对二取代苯,同为吸或斥电子基团,波长移动约与单取代相近;一个吸、一个斥则长移大于两者之和;b邻二取代苯,波长移动值大约为单独取代时移动值之和。
紫外分光光度计
紫外分光光度计仪器由辐射光源、单器、吸收池和检测器信号处理及读数装置等组成。
1、光源    对光源基本要求:足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小
氢灯和氘灯(辐射强度比氢灯大45倍):160375nm,多用在紫外区(钨及碘钨灯3402500 nm,多用在可见光区)。
2、单器(Mnochromator)    与原子吸收光度仪不同,在UV光度计中,单器通常置于吸收池的前面!(可防止强光照射引起吸收池中一些物质的分解)
3、吸收池:用于盛放样品。可用石英材料制作(可见光区可用玻璃)。玻璃吸收紫外光
4、检测器:硒光电池、PMT            5、信号处理及读数系统
定量分析        原理:ε为摩尔吸收系数;吸光度A具有加和性
1、单一组分测定:选择λmax,利用标准曲线法
2、多组分测定
1)各组分的吸收曲线互相不重叠,与单一组分测定方法相同。
2小撒探会)各组分的吸收曲线互相重叠,根据吸光度的加和性原理。
紫外吸收光谱的应用
紫外光谱对于判断有机化合物中的发团和助团的种类、位置、数目以及区别饱和不饱和化合物、测定分子共轭程度,进而确定未知物的结构骨架等方面有独到的优点
一、确定是否为已知化合物      1.通常与标准图谱比较      2.与文献报道对照
. 确定分子结构(从可能结构中选择)(1)通过计算推定    2)通过图谱比较推定
确定分子可能的结构片断几个经验规律
1200~400nm范围内没有吸收带:饱和脂肪族化合物或只含一个双键的烯烃;  2200~250nm有强吸收:共轭二烯或α、β不饱和醛酮;  3200~250nm有强吸收,250~290nm有中等强度吸收:存在芳环;  4>250nm有强吸收:长共轭体系;    5270-350 nm范围有低强度或中等强度 的吸收带(R带),且200nm以上没有其它吸收,说明分子中含有醛、酮羰基;(6)若紫外吸收谱带对酸、碱性敏感,碱性溶液中 max红移,加酸恢复至中性介质中的 max(210 nm)表明为酚羟基的存在。酸性溶液中 max 蓝移。加碱可恢复至中性介质中的 max(230 nm)表明分子中存在芳氨基。

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