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第二章_紫外可见光谱和荧光光谱

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紫外-可见分光光度法

紫外-可见分光光度法

30.01mg→100ml 5→50ml 浓度为30.01ug/ml
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。
紫外可见吸收光谱及荧光光谱分析

紫外可见吸收光谱及荧光光谱分析

紫外可见吸收光谱及荧光光谱分析公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]1. 简述荧光光谱法与紫外-可见光吸收光谱法的原理及两种方法的异同点。

①荧光光谱法原理：原子荧光光谱法(AFS)是原子光谱法中的一个重要分支，是介于原子发射(AES)和原子吸收(AAS)之间的光谱分析技术，它的基本原理就是：固态、液态样品在消化液中经过高温加热，发生氧化还原、分解等反应后样品转化为清亮液态，将含分析元素的酸性溶液在预还原剂的作用下，转化成特定价态，还原剂KBH4反应产生氢化物和氢气，在载气(氩气)的推动下氢化物和氢气被引入原子化器(石英炉)中并原子化。

特定的基态原子(一般为蒸气状态)吸收合适的特定频率的辐射，其中部分受激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光，检测器测定原子发出的荧光而实现对元素测定的痕量分析方法。

②紫外-可见光吸收光谱法的原理：紫外-可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收190-750nm的辐射来进行分析测定的方法，是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱。

在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、有形成双键的π电子、有未成键的孤对n电子。

当分子吸收一定能量的辐射能时，这些电子就会跃迁到较高的能级，此时电子所占的轨道称为反键轨道而这种电子跃迁同内部的结构有密切的关系。

在紫外吸收光谱中，电子的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*四种类型，各种跃迁类型所需要的能量依下列次序减小：σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*。

当某种物质受到光的照射时，物质分子就会与光发生碰撞，其结果是光子的能量传递到了分子上。

这样，处于稳定状态的基态分子就会跃迁到不稳定的高能态，即激发态：M（基态）+hv------M*（激发态）由于物质的能量是不连续的，即能量上一量子化的。

只有当入射光的能量（hv）与物质分子的激发态和基态的能量差相等时才能发生吸收：△E=E2-E1= hv=hc/λ而不同的物质分子因其结构的不同而具有不同的量子化能级，即△E 不同，故对光的吸收也不同。

紫外可见吸收光谱、漫反射光谱和荧光光谱及其应用

紫外可见吸收光谱、漫反射光谱和荧光光谱及其应用

υ3 3A2g→3T1g(P)
Tanabe—Sugano图
4.光谱化学系列和电子云扩胀
配合物的能级主要和配位场分裂 能Dg及d电子间的互斥参数B有关，在 分析一系列配合物的电子光谱中，发 现了跟这二个参数（Dg和B）有关的 变化规律，这就是所谓的“光谱化学 系列”和“电子云扩胀系列”，用此 可推出一些化学上有用的信息。
1）姜─泰勒效应
[Ti(H2O)6]3+的吸收光谱
1927年，H.A.John and E.Teller指出，若d壳 层电子云分布呈不对称，则配合物的构型将会 发生形变，产生长、短M-L键。这一现象称为 姜-泰勒效应。
姜-泰勒效应的本质：是体系消除基态简并态 ，电子填入较低的能级中，从而获得额外的 LFSE。
光谱化学系列中的△（或Dg）的大小不仅受到 静电效应的影响，而且还受到共价性的影响。
对同一配位体，Dg也因中心金属离子
的不同而有差别，变化规律大体有： Mn2+ ＜Co2+ = Ni2+ ＜V2+ ＜Fe3+ ＜Cr3+ ＜
V3+ ＜Co3+ ＜Mn4+ ＜Mo3+ ＜Rh3+＜Ir3+ ＜ Pt4+ ……
4） 振动偶合
配位场强度与金属──配体距离有关，振动偶合会使状态数 增多，增加了谱带的宽度。
5） 海森堡测不准关系
涉及能量和时间的测不准关系式为：
△Eτ≥1/2 h
式中 △E是寿命为τ的某个状态的能量不确定性。这个关系式 表明，具有有限寿命的状态并不具有准确的恒定的能量，其能 量有一分布或不确定性。此不确定性随寿命的减少而增加。除 基态外，所有的状态都表现出自发发射，所以激发态并无尖锐 的确定能量。而激发态的有限寿命及由此带来的能量不确定性 就使谱峰产生了一定的宽度，测不准加宽属于正常自然宽度， 许多因素对线宽的贡献大大超过了测不准关系。
荧光光谱

荧光光谱


0.46
0.60
λexmax(nm) 205 286
365
390
λ max em
(nm)
278
321
400
480
3. 刚性平面结构 荧光物质的刚性和平面
性增加，有利于荧光发射。
芴
F=1
戊省 0.52 580 640
联苯
F=0.2
-O
O
O
荧光黄
C
COO产生荧光
F=0.92
-O
O
酚酞
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC COO不产生荧光
到S1电子态的最低振动、转动能级，然后以辐射形式释放能量回到基态。
C. 激发光谱与发射 IF4800 固定em=620nm(MAX) 固定ex=290nm (MAX)
光谱的镜像关系
4400 4000
1→ 4
1→1
4 3
3600
S1
3200
1→ 3
1→2
2 1
2800
1→ 2
2400
1→4
2000
1600
1200 800
1→4
400
1→1
0
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
4 3 2 1
S0 ex =290nm (MAX)
em= 620nm(MAX)
D.磷光光谱
与发射光谱相同条件下的磷光光谱
IF4800
4400 4000
488
τ p(s)
2.6
2.5
1.4
0.23 0.014 0.0023
含有重原子的溶剂，由于重原子效应荧光减弱、磷光增强。
紫外光谱和荧光光谱

紫外光谱和荧光光谱


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紫外-可见分光光度计
13
基本组成
光源 单色器 样品室 检测器 显示
一、光源
在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光 谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的 使用寿命。
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波谱分析-UV
可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～ 2500nm。
紫外区：氢、氘灯。发射185～400 nm的连续光谱。
10
因为只有由π→π＊和n→π＊跃迁才能产生紫外可见 吸收，而这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和 基团，所以这类含有π键的不饱和基团称为生色团。简 单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基 、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C≡N等 。 2、助色团（auxochrome)： 有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２ 、—NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收 λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生 n—π共轭作用，增强生色团的生色能力
16
五、结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果 处理。
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波谱分析-UV
有机化合物的紫外吸收光谱特征 一、非共轭有机化合物
1、饱和化合物
（1）烷烃 饱和烷烃C—C，C—H 只产生σ→σ* 跃迁， λmax ＜ 150 nm ，在近紫外区无吸收。因而饱和烷 烃可用作紫外吸收测定的溶剂。 如， CH4 λmax=125 nm； CH3CH3 λmax=135 nm
2015-5-6
25
HO
OH
O
O
O O
OH
-
O O-
H+
酸式型体只有一个
碱式型体整个分子是
C=O与苯环共轭，因
紫外可见吸收与分子荧光光谱

紫外可见吸收与分子荧光光谱

R'
R
C C
R=H, R'=CH3, λmax =272 nm, εmax=21000 空间阻碍使共轭体系破坏，λmax 蓝移， εmax 减小。
2 取代基的影响
H C H C H H
取代基 -SR 红移距离(nm) 45
-NR2 40
-OR 30
-Cl 5
-CH3 5
助色团取代， π→π*跃迁吸收带发生红移。
－COOR π→π*
5. 常用术语
1) 生色团
能吸收紫外、可见光的结构单元，是含有 非键轨道和π分子轨道的电子体系。
2) 助色团
是能使生色团吸收峰向长波方向位移并增强其 强度的官能团，是带有非键电子对的基团。
–OH, –NH2, –SH及卤族元素
3) 红移和蓝移 (或紫移)
红移：吸收峰的波长λmax向长波方向移动。 蓝移(紫移)：吸收峰的波长λmax向短波方向 移动。
两分子具有相同 的共轭基团
O=C–C =C
共轭基团相
同的不同分子， 紫外、可见吸 收光谱很相似。
异亚丙基丙酮
胆甾醇
不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相 似，λmax不变，浓度越大，吸光度越大；在 λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大。
2 Lambert-Beer定律
I0 Ia It Ir I0 Ia It
4 检测器
光电倍增管，二极管阵列检测器
二 紫外-可见分光光度计类型
1 单波长分光光度计
1) 单光束分光光度计
缺点
测量结果易受光源波动性 的影响，误差较大
2) 双光束分光光度计
可自动扫描吸收光谱；
自动消除光源强度变化带来的误差
2 双波长分光光度计
第二章+紫外吸收光谱

第二章+紫外吸收光谱

第二章 紫外光谱与荧光光谱
物质吸收紫外/可见光引起电子能级间的 跃迁而产生的吸收光谱叫紫外/可见光谱。
2.1 紫外吸收光谱的基本概念和原理
一、紫外与可见光波波长范围：
远紫外光区
近紫外光区
可见光区
10 nm 190 nm
400 nm
800 nm
波长10-190 nm范围内的为远紫外区（真空紫外区）
波长190-400 nm范围内的为近紫外区(石英紫外区 )
芳香族化合物的π→π*跃迁。
B带波长230~ 270 nm, 中心在 254 nm, ε ≈204 E带把苯环看成乙烯键和共轭乙烯键π →π* 跃迁引
起的吸收带
2. 2 各类有机化合物的紫外吸收
一、饱和化合物
饱和烷烃 σ→σ*跃迁，λmax〈190 nm 饱和卤代烃、醇、胺等。
化合物 n→σ* εmax
3、选择定则
（1）电子自旋允许跃迁 电子在跃迁过程中，要求自旋方向保持不变。
S0 S1，S0 S2，T1 T2 跃迁允许 S0 T1，S0 T2 禁阻跃迁
（2）对称性允许 允许跃迁要求电子只能在对称性不同性的不同能级间 进行。
g u：σ σ π π 跃迁允许
g g， u u ： n π禁阻跃迁
三、紫外光谱的产生和电子跃迁的类型
253 nm
1个延长双键 30
3个环外双键 3 ×5
5个取代基 5×5
323 nm
实测值 320nm
253 + 3 ×5 + 5×5 =293 nm 实测值285nm
2、α,β-不饱和醛、酮最大λmax的计算
注：
（1）环上羰基不作为环外双键。 （2）有两个可供选用的α，β-不饱和羰基母体时，应 优先选择具有波长较长的作母体。例：
紫外光谱与荧光光谱的区别与联系

紫外光谱与荧光光谱的区别与联系

紫外光谱与荧光光谱的区别与联系嘿，朋友们！今天咱来唠唠紫外光谱和荧光光谱这俩玩意儿。

你说这紫外光谱啊，就像是个神秘的侦探，能通过对物质吸收紫外线的情况来探究它的秘密。

它能告诉我们物质里都有些啥成分，是不是挺厉害的？就好比你去参加一个聚会，紫外光谱能帮你一眼看穿每个人的独特之处。

那荧光光谱呢，就像是夜晚的萤火虫，闪闪发光，特别显眼。

它能让那些会发光的物质现出原形。

你可以想象一下，在一个黑黑的屋子里，只有那些有荧光特性的东西在那里亮闪闪的，多有意思呀！它们俩有啥区别呢？首先啊，紫外光谱关注的是吸收，而荧光光谱关注的是发射呀。

一个是看物质吸收了啥紫外线，一个是看物质发出了啥光。

这就好像一个人擅长倾听别人说话，另一个人擅长自己表达一样，各有各的本事呢！再说说它们的联系吧，它们就像是一对好兄弟，经常一起出现呢。

有时候知道了紫外光谱的情况，就能猜到荧光光谱大概会是啥样；反过来也一样。

就跟你知道了一个人的性格，大概也能猜到他在某些事情上的反应差不多。

你看啊，在化学研究里，要是没有这俩家伙帮忙，那得有多难啊！就好像你在黑暗中摸索，没有一点亮光。

它们能让我们更清楚地了解物质的性质和结构，为我们打开一扇又一扇科学的大门。

而且啊，在实际应用中，它们的作用可大了去了。

比如在医学上，可以用它们来检测疾病；在环境监测上，能帮我们发现那些有害的物质。

这不就像是我们生活中的好帮手吗？总之啊，紫外光谱和荧光光谱，一个像侦探，一个像萤火虫，它们各有特点，又紧密相连。

它们是科学世界里的宝贝，为我们的探索和发现提供了强大的助力。

没有它们，我们的科学研究可就没那么精彩啦！所以说，我们可得好好珍惜它们，让它们发挥出更大的作用呀！。

中国科技大学-物质光谱分析复习思考题--答案

中国科技大学-物质光谱分析复习思考题--答案

第一章光谱知识基础1、光学光谱依其波长及其测定的方法可以分为几种类型的光谱，说出其波长范围？2、光学光谱依其外形如何分类？依据电磁波辐射的本质如何分类？各自产生的本质是什么？根据电磁波辐射的本质，可分为3、光谱分析中所讨论的各类仪器在结构上有何异同点？4、各种光谱分析法在用途上各自的优势与局限性有哪些？第二章紫外可见吸收光谱1. 电子光谱（亦称紫外-可见光谱）产生的本质是什么？紫外-可见吸收光谱产生的本质是由物质分子中价电子的能级跃迁所产生的。

电子能级跃迁时伴随振动能级和转动能级的跃迁，因此得到的由许多谱线聚集而成的谱带。

2. 紫外- 可见吸收光谱中通常有哪几种价电子跃迁类型？除此还有哪两种跃迁可产生UV-Vis 吸收谱？共有六种除上述六种跃迁可产生紫外-可见吸收谱带外，还有两种跃迁也可产生紫外-可见吸收谱带，即电荷转移跃迁和配位场跃迁综上所述：发生在电磁光谱的紫外和可见光区内，由于电子的跃迁或转移而引起的吸收光谱共有以上八种价电子跃迁类型。

3. 在有机物紫外-可见吸收谱解析中吸收带如何分类？在有机物的紫外-可见谱解析中，通常将吸收带分为以下四种类型。

4. 紫外-可见分光光度法中的对比度是指什么？在实际分析测定中有什么意义？影响对比度的因素有哪些？在光度法中，对比度是指显色剂与金属离子所形成络合物( MeR )的最大吸收峰波长( )与显色剂本身( ) 最大吸收峰波长( ) 之间的差值。

对比度以来表示：般认为：40 nm 时，显色反应对比度较小；40~80 nm 时，显色反应对比度为中等；80 nm 时，显色反应具有较高的对比度。

般要求显色剂与有色化合物的对比度在60 nm 以上。

对比度实质上表示了显色反应颜色变化的程度；反映了过量显色剂对测定体系的影响。

如果显色反应的对比度大，则过量试剂对测定的影响较小；反之，对比度小，则过量试剂对测定的影响就比较大。

如何选择测定波长？如果显色反应的对比度较大，则测定波长往往与络合物的最大吸收波长一致。

实验 紫外-可见与分子荧光光谱

实验 紫外-可见与分子荧光光谱


基态上的各振动能级分 布与第一激发态上的各 振动能级分布类似
荧光的定量分析
在稀溶液中，荧光强度F 与物质浓度c有以下关系： F＝2.3Kφεb cI0＝2.3KφAI0， 当激发光强度一定，且浓度很小时，荧光强度与荧光物质浓度成 正比，即F=Kc。 这是荧光光谱法定量分析的依据。此关系只限于极稀溶液。 对于较浓的溶液，其吸光度超过0.05时，使荧光物质分 子之间以及荧光物质分子同溶剂分子之间的碰撞增加， 导致无辐射去活增加而发生自熄灭。 保证荧光分析线性的关键: 溶液尽量稀释 (吸光度小于0.05)
一 实验目的
1 掌握紫外－可见分光光度法和分子荧光的分析原理，了 掌握紫外－可见分光光度法和分子荧光的分析原理，了 解两者的区别与联系 2．熟悉紫外－可见分光光度计和分子荧光的结构及特点， ．熟悉紫外－可见分光光度计和分子荧光的结构及特点， 掌握其操作使用方法。 3．掌握苯及其衍生物的紫外吸收光谱及其鉴定方法，以及 溶剂极性对紫外吸收光谱的影响。 4. 掌握分子荧光激发光谱和发射光谱的概念和测定方法， 及标准曲线法定量测定硫酸奎宁含量的方法。 5. 掌握Origin软件进行数据画图及图谱处理 掌握Origin软件进行数据画图及图谱处理
3
仪器结构
——紫外分光光度计;
―――荧光分光光度计
荧光光谱法与紫外－可见分光光度法的比较 荧光光谱法与紫外－
仪器结构 分析方法 荧光光谱法灵敏度高， 荧光光谱法灵敏度高，信息大 灵敏度高 紫外－可见分光光度法应用广泛 紫外－
三. 仪器和试剂
仪器：UV-2450紫外－可见光谱 仪器：UV-2450紫外－可见光谱 FluroMaxFluroMax-4分子荧光光谱 试剂：苯、苯酚、苯甲酸、环己烷、丁酮、异丙叉丙 酮、无水乙醇、蒸馏水；
紫外可见分光光度法-第2章

紫外可见分光光度法-第2章

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基本原理：
荧光是由药物或代谢物等物质在吸收光能之后发射而出， 因此溶液的荧光强度和该溶液吸收光能的程度以及溶液中 荧光物质的荧光量子效率有关。溶液吸收光能，即被入射 光激发后，可以在溶液的各个方向观察荧光强度。由于激 发光的一部分被溶液吸收，一部分被透过。因此，在透射 光的方向观测荧光是不适宜的，一般是在与激发光源垂直 的方向观测荧光的强度。
3.要考虑成型工艺，合理计 算累积公差，以防按键手感 不良。
荧光分光光度法
16
原理：
药物及代谢物在光照射下吸收紫外光或可见光的能量， 使外层电子由基态跃迁到较高能级的激发态。当处于激发 态的电子又回到基态时，可将这部分能量以光子形式发射 出而产生荧光。产生的荧光其能量比吸收光的能量小一 些．因此荧光的波长比照射光的波长要较长一些。
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根据光的吸收定律： A＝εCL，一阶导数dA／dλ＝dε／ dλ·C·L 二阶导数d2A／dλ2＝d2ε／dλ2·c·L，依次类推，在 任意波长处，导数光谱上的导数值与浓度成正比，这就是 导数光谱定量的理论依据据。20世纪60年代后期，有了双 波长分光光度计，20世纪70年代中期，微处理机被装配到 了分光光度计上，人们利用它的记忆及数据处理功能，可 以直接描绘出一阶、二阶、三阶、四阶等导数光谱，这样 就使得导数光谱的应用得到较快的发展。由于导数光谱灵 敏度高、分辨能力好，能消除杂质干扰，提高被测物光谱 的纯度，作为一种紫外分光光度法的定量方法，受到人们 越来越多的重视。
一般情况下二次萃取的回收率较一次萃取低但样本净化好并可以通过调节测定液的ph值改变被测物的吸收光谱使之避开干扰所以二次萃取的方法在hplc上及gc法中相对运用较少而在紫外可见分光光度法中相对应用较在应用紫外可见分光光度法测定体内药物分析时究竟采用一次提取还是二次提取应根据被测药物浓度所用有机溶剂提取能力的强弱分析方法的专属性等全面考虑

紫外可见光光谱

紫外可见光光谱
紫外可见光光谱是指在紫外和可见光波段（波长从200到800
纳米）范围内的电磁辐射光谱。

它包含了紫外和可见光波段的所有波长和频率。

紫外可见光谱中的波长较短的光称为紫外光，波长较长、能够被人眼识别的光称为可见光。

紫外可见光谱常用于分析物质的结构和性质。

不同的物质在紫外可见光谱上表现出不同的吸收和发射特征，可以通过测量光谱数据来确定物质的组成和浓度。

在生物化学、化工、环境科学等领域，紫外可见光谱都被广泛应用于定量和定性分析。

紫外可见光谱的应用还包括荧光光谱、吸收光谱、发射光谱等。

荧光光谱是测量物质吸收紫外光后发射光的能量和波长分布，可以用于物质的荧光性质研究；吸收光谱是测量物质对紫外可见光的吸收能力，可以用于分析物质的含量和结构特征；发射光谱是测量物质在受到激发后发射的光的能量和波长分布，可以用于物质的质谱分析和物质性质研究等。

总之，紫外可见光光谱在科学研究和分析实验中具有广泛应用，为研究物质的结构、性质和分析物质提供了重要的工具和方法。

光谱实验-本科实验讲义2011


0 1 lg lg T T tr
（2）
当一束平行单色光垂直照射到同种物质不同浓度，相同液层厚度的均匀透 明溶液时，入射光通量与溶液浓度的关系为
lg
0 k c tr
（3）
式中 k´为另一比例常数，它与入射光波长、液层厚度、溶液性质和温度有关。c 为溶液浓度。这就是比尔（Beer）定律。比尔定律表明；当溶液液层厚度和入射 光通量一定时，光吸收的程度与溶液浓度成正比。必须指出的是：比尔定律只能 在一定浓度范围才适用。因为浓度过低或过高时，溶质会发生电离或聚合，而产 生误差。 当溶液厚度和浓度都可改变时，这时就要考虑两者同时对透射光通量的影 响，则有 A lg
6
介质；三是吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。 （2）吸光度的加和性 在多组分的体系中，在某一波长下，如果各种对光有吸收的物质之间没有 相互作用，则体系在该波长的总吸光度等于各组分吸光度的和，即吸光度具有加 和性，称为吸光度加和性原理。可表示如下：
A总 A1 A2 A3 An An
图 7 单色器（光栅）工作原理 常用的色散元件有棱镜和光栅两种，目前主要以光栅为主。 （3） 样品吸收池 吸收池又叫比色皿，是用于盛放待测液和决定透光液层厚度的器件。吸收 池一般为长方体（也有圆鼓形或其他形状，但长方体最普遍），其底及二侧为毛 玻璃，另两面为光学透光面。为保护两个光学面，必须做到： 第一，拿取吸收池时，只能用手指接触两侧的毛玻璃，不可接触光学面。 第二，不能将光学面与硬物或脏物接触，只能用擦镜纸或丝绸擦试光学面。 第三，凡含有腐蚀玻璃的物质溶液，不得长时间盛放在吸收池中。 第四，吸收池使用后应立即用水冲洗干净。生物样品、胶体或其它在吸收池光学 面上形成薄膜的物质要用适当的溶剂洗涤。 第五，不得在火焰或电炉上进行加热或烘烤吸收池。 （4） 检测系统 检测器又称接受器，其作用是对透过吸收池的光作出响应，并把它转变成 电信号输出， 其输出电信号大小与透过光的强度成正比。 常用的检测器有光电池、 光电管及光电倍增管等，它们都是基于光电效应原理制成的。作为检测器，对光 电转换器要求是：光电转换有恒定的函数关系，响应灵敏度要高、速度要快，噪

课件紫外可见吸收光谱(共83张PPT)


T I I0
I 为透射光的强度
I0 为入射光的强度
A lgI0
lgT
I
1760年朗伯(Lambert)阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的 关系，即 A∝b
1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间 也具有类似的关系，即 A∝ c
二者的结合称为朗伯-比尔定律，其数学表达式为：
AlgTkbc
Abc
摩尔吸光系数ε的讨论:
（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）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
➢ 含有杂原子的不饱和化合物可以发生n→p*跃迁， 如含有羰基、硝基、亚硝基等
➢ n→p*跃迁所产生的吸收带称为R带
常用概念
➢ 发色团（或生色团）：具有π电子的不饱和基团，即 可在紫外-可见光区产生吸收的官能团。如C=C、 C≡C、 C=O、-NO2等
➢ 助色团：有一些含有n电子的基团(如-OH、-NH2、OR、-SH、-Cl、-Br、-I等)，它们本身没有生色功能
第二节
紫外-可见分光 光度计
UV-Vis spectrometer
一、基本组成
二、分光光度计的 类型
一、基本组成
1. 光源
➢ 要求：提供能量，激发被测物质分子使之产生价电子的跃迁， 从而产生电子光谱；在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光 谱；具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。
2. 有机化合物的紫外可见吸收光谱

uv 和 荧光光谱焦点

uv 和荧光光谱焦点紫外光谱（UV）和荧光光谱是一种常用的光谱分析技术，它们在化学、生物、材料等领域中具有重要的应用价值。

本文将介绍紫外光谱和荧光光谱的基本原理、测量方法和应用领域，并对其特点和优缺点进行比较。

紫外光谱是指可见光的紫外区域，波长范围通常在200-400纳米之间。

紫外光谱分析是一种通过测量物质对紫外光的吸收和散射来确定其化学成分和结构的方法。

根据物质对紫外光的吸收特性，可以推断物质的电子结构和化学键。

紫外光谱的测量方法主要有分光光度法和分光比色法。

分光光度法是通过分光光度计测量样品对紫外光的吸收强度来确定物质的浓度。

分光比色法是通过比较样品和参比物在紫外区域的吸收光谱来确定物质的浓度。

紫外光谱具有以下特点和优点：首先，紫外光谱对于大多数有机化合物和无机化合物都有较高的灵敏度和选择性；其次，紫外光谱测量方法简单、快速、非破坏性，可以实时监测样品的质量和反应过程；此外，紫外光谱还可以用于研究物质的光敏性、稳定性和光化学反应等。

紫外光谱在许多领域中有广泛的应用。

在化学分析中，紫外光谱可用于定量和定性分析有机化合物、药物、农药、食品和环境样品等。

在制药工业中，紫外光谱可以用于药物的质量控制、反应过程监测和杂质检测。

在生物学中，紫外光谱可以应用于核酸、蛋白质和细胞的研究。

在环境科学中，紫外光谱可用于检测大气和水体中的有机污染物。

荧光光谱是指物质在光激发下发出的荧光光子在波长范围内的分布。

荧光是一种特殊的发光现象，它是通过吸收光能量后，物质中的电子受激跃迁到激发态，然后从激发态返回到基态时释放光能产生的。

荧光光谱分析是通过测量物质在激发光源作用下发出的荧光光子的强度和波长来确定其化学成分和结构的方法。

荧光光谱的测量方法主要有荧光光谱仪和激光光谱仪。

荧光光谱仪可以测量样品对激发光的吸收强度和发射光的强度，从而得到荧光光谱图。

激光光谱仪可以测量样品激发光激发后的发射光谱，具有更高的灵敏度和分辨率。

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max= 184 nm ( = 47000), max= 204 nm (6900） max= 255 nm (230）
2.1.6 影响紫外光谱的因素
(1) 紫外吸收曲线的形状及影响因素 紫外吸收带通常是宽带。
影响吸收带形状的因素有：被测化合物的结构、测定的状态、
测定的温度、溶剂的极性。 (2) 吸收强度及影响因素 能差因素： 能差小，跃迁几率大 空间位置因素:处在相同的空间区域跃迁几率大 (3) 吸收位置及影响因素 几个基本概念： 生色基：能在某一段光波内产生吸收的基团，称为这一段波长 的生色团或生色基。
(3)π→π* 不饱和烃, 共轭烯烃和芳香烃类可发生此类跃迁, 吸收波长大多在紫外区(其中孤立双键的λmax小于 200 nm), 吸收峰的吸收系数ε很高. (4) n→π* 在分子中含有孤对电子的原子和π键同时存在时, 会发生n→π*跃迁, 所需能量小, 吸收波长＞200 nm, 但吸收系数ε很小，一般为10-100. 不同分子结构具有不同电子跃迁方式, 有的基团可 有几种跃迁方式。在紫外光谱中主要研究的跃迁是 在紫外区域有吸收的π→π*和n→π*两种。
1.2
Absorbance/a.u.
(A)
a b
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 400 500
c d e
600 / nm
700
800
2.2 荧光光谱
2.2.1荧光光谱法基本原理 (1) 荧光(Fluoresence)和磷光(Phosphoresence) 荧光和磷光同属发光光谱法，它们与分子吸收分光 光度法紧密相关。分子在吸收辐射能而被激发到较高电 子能级后，它们为了返回基态而释放出能量。荧光是分 子在吸收辐射之后立即(在10-8 s数量级)发射的光，而磷 光则是在吸收能量后延迟释放的光。两者间的区别是； 荧光是由单态—单态的跃迁产生的，而磷光所涉及的是 三线态—单态跃迁。 荧光光谱具有很高的灵敏度。样品中含有1~100 ppm生色团即可产生足够强的检测信号。采用多种不同 的表征方法，使荧光发光方法具有多功能性，并可获得 分子水平的信息。
实例一
max= 217nm（母体二烯烃）+35nm（环外双键） +30nm（延伸双键）+5 5nm(共轭体系上取代烷基） = 287nm
2.1.7 定量分析 朗伯-比尔定律是紫外光谱定量分析的基础: A=logI0/I= εlc
（I0、 I –入射光和透射光强； ε -–-摩尔消光系数；l–-试 样的光程长；c–溶质浓度） 参数λmax 和εmax 很重要： （1） λmax 表示吸收的最大波长，即最大的吸收峰位臵。 （2） εmax表示最大吸收的摩尔消光系数。因为ε 与A成 正比，谱图可以用ε为纵坐标，因而ε也可以表示吸收峰 的强度。一般地， ε > 104 为强吸收（ ε 不超过105） ε= 103 ----104为中等吸收 ε< 103 为弱吸收，由于这种跃 迁的几率很小，称为禁戒跃迁。
2.1.3 电子跃迁 有机物在紫外和可见光区域内电子跃迁的方式一般有:
σ→σ*,
n →σ*,
π→π*,
n→π* 1) σ→σ* 饱和烃中的C-C键是σ键.产生σ→σ*跃迁所需能量大, 吸收波长小于150 nm的光子, 即在真空紫外区有吸收.
(2) n →σ*
含 O, N, S 和卤素等杂原子的饱和烃衍生物可发生 此 类 跃 迁 , 所需能量也较大, 吸收波长为150-250 nm 的光子. C-OH 和 C-Cl 等基团的 吸收 在真空紫外区域内. C-Br, C-I 和 C-NH2等基团的吸收在紫外区域内，其 吸收峰的吸收系数ε较低，一般ε＜300.
E吸收带（ π - π *跃迁）与B吸收带一样，是芳香族的特征谱带， 吸收强度大（ε=2000—14000，吸收波长偏向紫外的低波长部分， 有的在远紫外区。如苯的E2 和E1分别在184nm （ε=47000）和 204nm (ε=7000），苯上有助色团取代时， E2移向近紫外区。
2.1.5 各类化合物的紫外吸收
增色效应：使值增加的效应称为增色效应。
减色效应：使值减少的效应称为减色效应。
max与化学结构的关系
应用伍德沃德和费塞尔规则来估算化合物紫外吸收max的位臵。
该公式为： max= 母体二烯烃（或C=C-C=O）+ 环内双烯 + 环外双键 + 延伸双键+ 共轭体系上取代烷基 + 共轭体系上取代的助色基.
f f /( f K
Байду номын сангаас
现代最常用的测量方法是相对测量法得到相对荧光量子产率。 在同一设备和激发光强度下测定已知量子产率标准溶液(以s 脚注)，和另一未知量子产率溶液(以x脚注)的校正荧光发射光谱 面积D时，有以下的关系： 2 nx A Dx fx 2 s fs ( A 0.05)
2.2.2 荧光光谱的测量 荧光光谱仪由光 源、单色器、记录系 统等组成。并具有两 个单色器，一个为激 发单色器，另一个为 发射单色器。下图为 这类仪器光学系统示 意图。
PE LS55 Luminescence Spectrometer

2.2.3 溶液的荧光强度与浓度的关系
(1) 荧光的寿命 荧光分子的平均寿命( )定义：当不存在进一步的激发时，处 于激发态的分子数目衰减到初始值的1／e所经历的时间，用下式 表示: 1/( f K
式中，kf为荧光发射的速率常数； K 为各种非辐射去活化过程 的速率常数总和。荧光强度的衰变一般遵从如下速率方程式:
式中F0 和 Ft分别表示t=0和t=t时的荧光强度。作lnFt-t的关系曲线, 从该曲线的斜率可求出荧光寿命 . 没有非辐射去活化过程存在时的荧光寿命为内在的寿命,用 表示: 1/
K吸收带（ π - π *跃迁）由共轭烯烃和取代芳香化合物引起。特 点是波长较短但吸收较强（ε > 10000）。
B吸收带（苯环振动加 π - π *跃迁）该吸收带是芳环、芳杂环的特 征谱带，吸收强度中等（ε=1000）。特点是在230—270nm，谱 带较宽且含多重峰或精细结构, 精细结构是由于振动次能级的影响， 当使用极性溶剂时，精细结构常常看不到。
第二章 紫外-可见光谱和荧光光谱
2.1 紫外-可见光谱的基本原理
2.1.1 紫外-可见光谱 紫外光谱(Ultraviolet spectroscopy, UV)是吸收光谱. 通常说的
紫外光谱的波长范围是200-380 nm, 常用的紫外光谱仪的测试范 围可扩展到可见光区域, 包括400-780 nm的波长区域. 低于200 nm的吸收光谱属真空紫外光谱, 要用专门的真空紫外光谱仪测试.
紫外光的波长以300nm代入上式，求出紫外光的能量为：
E =4（ev）
电子能量 1-20 ev
分子的能量 分子振动能量 0.05-1 ev
转动能量 0.05-1 ev
形成较宽的谱带
2.1.2 紫外光谱图的组成 紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。
横坐标表示吸收 光的波长,用nm 为 单位。 纵坐标表示吸收 光的吸收强度，可 以 用 A( 吸 光 度 ), T(透射比或透光率 或 透 过 率 ),1-T( 吸 收率)、ε(吸收系 数)中的任何一个来 表示。
(1) 饱和有机化合物的紫外吸收
只有部分饱和有机化合物（如C-Br、C-I、C-NH2）的n*跃迁 有紫外吸收。 (2) 不饱和脂肪族有机化合物的紫外吸收 只有具有-共轭和p-共轭的不饱和脂肪族有机化合物可以在
近紫外区出现吸收。吸收是由*跃迁和n*跃迁引起的。
(3) 芳香族有机化合物的紫外吸收 芳香族有机化合物都具有环状的共轭体系，一般来讲，它们都 有三个吸收带。最重要的芳香化合物苯的吸收带为：
(2) 激发(Excitation, Ex)光谱 荧光物质的激发光谱是指不同激发波长的辐射引起物质发射 某一波长荧光的相对效率。也就是，固定发射波长，改变激发波 长，所得的荧光强度与激发波长的关系曲线为激发光谱。 理论上最大激发波长与最大吸收波长是一致的，由激发光谐 可选择最佳激发波长。 (3) 发射(Emission, Em)光谱 使激发光的波长和强度保持不变，让荧光物质所产生的荧光 通过发射单色器后照射到检测器上，扫描发射单色器并检测各种 波长下相应的荧光强度，然后记录荧光强度对发射波长.
大多数有机分子的电子态可以归纳为两大类：单态 和三重态。处于单态时，分子内所有电子的自旋是配对 的；处在三至态时，一组电子自旋是不成对的。
分子在吸收适当的辐射能时，它从基态内的一个振动能级上 升到某一受激电子能级(通常是第一受激单态，S1)中的某一振动 能级。吸收步骤发生在10-15S以内。在紧接吸收之后处于受激单 态较高振动能级中的分子，通过碰撞而把过多的能量转移给其它 分子，以及将过多的能量分配给受微分子内振动或旋转的其它可 能模式，从而很快回到受激态的最低振动能级。 当受激分子恢复到基态时，产生自发辐射，即荧光现象。这一 辐射过程(S1-S0) 的寿命很短，约10-8s，所以在许多分子里它能有 效地与其它转移激发能的过程相竞争。 如果单态的势能曲线和三重态的势能曲线交叉，某些单态受 激分子可以通过系统间的交叉而转到最低三重态，再从这里回到 基态的某一振动级，便发射磷光。磷光的发射必须改变自旋状态， 因此这一发射过程的速度比荧光慢得多，可达10-2~100 s。 荧光和磷光的发射波长长于激发波长，除了X射线荧光外，大 多荧光法的工作波长在200~800nm之间。
助色基： 当具有非键电子的原子或基团连在双键或共轭 体系上时，会形成非键电子与电子的共轭 （p- 共轭），从而使电子的活动范围增大，吸 收向长波方向位移，颜色加深，这种效应称为 助色效应。能产生助色效应的原子或原子团称 为助色基。 红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向长波 方向移动的现象称为红移现象。 蓝移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向短波 方向移动的现象称为蓝移现象。