波谱分析--UV-Vis(PPT 37)

乙 烯 λ max162nm, 丁二烯 λ max217nm, 己三烯 λ max258nm,
22
K带吸收（德文konjugierte，共轭）：是共轭结构中 π→π*跃迁引起的吸收带。 特点：
级
电子绕原子核做相对运动-
--电子运动能---电子能级 Nhomakorabea因此紫外可见光谱是分子 在入射光的作用下发生价 电子的跃迁而产生的吸收 光谱，属于电子光谱的范 畴。
9
但是，在电子 跃迁的同时，伴随 着振动转动能级的 跃迁，呈现带状光 谱。
10
1.1.2 朗伯-比耳（Lambert-Beer)定 律
由于物质（溶液）对光的吸收，导致透过光的 强度减弱。
13
末端吸收:在短波 长处吸收很大但不 成峰形的部分。
A=0.38
O
最大吸收波长(λ max): 260 nm 最大吸收值对应的波长 肩峰 吸收光谱，又称吸收曲线
14
1.1.3 溶剂的选择
(1)样品在溶剂中溶解良好。 (2)溶剂在测定的波长范围内没有吸收(透明)。透明范
围的最短波长为透明界限。 (3)尽量采用低极性溶剂。 (4)尽量与文献所用溶剂一致。 (5)溶剂挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜等。 (6)所用溶剂与待测组分不发生化学反应。
子或原子团，一般为带有孤电子对的基团，如-OH, -OR, -
NHR, -SH, -SR, -X。
O
OH
Cl
N
16
(3)红移(Red shift)：吸收带的最大吸收波长向长波方向移动 的效应。
(4)蓝移(Blue shift)：吸收带的最大吸收波长向短波方向移动 的效应。
(5)增色效应(Hyperchromic effect)：使吸收带强度增加的效 应。

CH3NO2
λmax=280nm ε max=22
CH3(CH2)7CNO λmax=370nm ε max=55
UV-Vis原理及应用概述
4.2 K带
取自德文： konjugation（ 共轭基团），它是由 共轭体系的π→π* 跃迁产生的。K吸收带是共 轭分子的特征吸收带，因此用于判断化合物的 共轭结构。
跃迁类型
* * n* n*
n*，n*
n*， n* n* n*
UV-Vis原理及应用概述
3.2 助色团
有些原子或基团，本身不能吸收波长大于 200nm的光波，但它与一定的发色团相连时， 则可使发色团所产生的吸收峰向长波长方向 移动，并使吸收强度增加，这样的原子或基 团叫做助色团。一般指带有非键电子对的基 团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、 -I等。
UV-Vis原理及应用概述
2.1 σ→σ*跃迁
此跃迁所需能量最大，辐射波长最短，吸 收峰在远紫外区（真空紫外区），波长一般 小于150nm。 饱和烃中的C-C键属于这类跃迁，例如乙烷 的最大吸收波长max为135nm。
UV-Vis原理及应用概述
2.2 π→π*跃迁
此跃迁所需能量较小，孤立的π→ π*吸收峰在
面积逐渐减少时，它的角度和会逐渐 增加。Lambert被大家所熟悉的是他在 π上的研究。第一位提供严谨证法来 说明π是无理数。在Hermite证明e之 前，Lambert早已推测出e及π是超越 数了。Lambert使得双曲函数Hyper－ bolic Functions首度有系统的发展，而 且在物理学上对光和热的研究有许多 创新。因此可知Lambert在数学、物理、 天文均有重要的贡献。
UV-Vis原理及应用概述

C
O
CH3
—环己烷 …水
异丙叉丙酮的紫外-可见光谱
二、溶剂极性对吸收光谱精细结构的影响 例如：对称四嗪在不同溶剂中的吸收光谱
Ⅰ：在蒸汽态中 Ⅱ：在环己烷中 Ⅲ：在水中
★
三、正确选择溶剂 溶剂对紫外-可见吸收光谱影响很大，因此选择溶
剂应注意下列要求： 1.对试样有很好的溶解力，且对试样应是惰性的； 2.在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的
二、配位场跃迁
过渡金属离子及其化合物除了电荷迁移跃 迁外，还有配位场跃迁。
配位场跃迁的产生：过渡金属离子配合物 在配体的配位场作用下，5个能量相等的d 轨道或7个能量相等的f轨道裂分成几组能 量不等的d轨道或f轨道，当物质吸收光能 后，处于低能级的d电子或f电子可分别跃 迁至高能级的d轨道或f轨道，产生吸收光 谱。
最大吸收峰所对应的波长λmax是化合物中电 子能级跃迁时吸收的特征波长，对鉴定化 合物尤为重要，与λmax相应的εmax也是定性 和定量分析的另一重要参数。
整个吸收光谱的形状决定于物质的性质， 反映物质分子内部能级分布状况，是物质 定性的依据。
▲
6.2有机化合物紫外—可见吸收光谱
一、有机化合物电子跃迁类型 紫外-可见吸收光谱是由分子中价电子在电
能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物 质所显示的颜色是吸收光的互补色。
KMnO4的颜色及吸收光谱
▲
6.1 分子吸收光谱基本原理
一、电子跃迁产生紫外—可见吸收光谱 分子和原子一样，也有它的特征分子能级，
这些能级是由分子内部运动决定的。
①价电子的运动
分子内部运动
②分子内原子在平衡 位置附近的振动
使电子从给予体外层轨道向接受体相应的 轨道跃迁产生吸收光谱，此过程又称内氧 化-还原。

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B带：它是芳香族化合物的特征吸收
带。是苯环振动及π→π* 重叠引起 的，强度较弱，εmax为200-300 。
E带：它也是芳香族化合物的特征吸 收之一。E带可分为E1及E2两个吸收带，
二者都属于π→π* 跃迁。E1带的吸 收峰在184nm左右，εmax＞104，是由 苯环内乙烯键上的π电子被激发所致；
I
T
式中A称为吸光度；I0是入射光的强 度，I是透过光的强度，T=I/I0为透射 比，用百分数表示。l是光在溶液中经 过的距离（一般为吸收池的长度）。c 是吸收溶液的浓度。 为吸收系数，在 一定的测试条件下， λmax的ε为常数， 近似表示跃迁几率的大小。
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波谱化学课件
第一章 紫外光谱
Ultraviolet and Visible Spectroscopy （UV-Vis Spectra）
化学化工学院 VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
授课教师：汪敦佳
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
（2）由于电子能级改变的同时，往往伴随有振动、转动能 级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，但峰形较宽。一般 来说，利用紫外吸收光谱进行定性分析信号较少。
（3）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，灵敏度高， 检出限低。
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
H C
O
n
H

二.价电子跃迁类型
紫外吸收光谱是由分子中价电子的跃 迁而产生的。紫外吸收光谱决定于分 子中价电子的分布和结合情况。
HC O
n
s
Hp
A.σ→σ*：一般发生在远紫外线区，10 ~200nm
B. π→π*：发生在近紫外线区 ~200nm
C. n→σ*：发生在远、近紫外线区之间
150nm~250nm
D. n →π* ：发生在近紫外线区与可见光区之间，
❖ 吸光物质的特征常数，ε(λ)
❖ 在温度和介质条件一定时，ε 仅与吸光物质的结构与性质有关
❖ 不随浓度c 和光程长度b 的改变而改变：ε＝ b c / A。
❖ εmax越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。
3.吸光度的加合性
多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、
化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性，即：
图a)：X,Y 组份最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。
具体做法：以浓度为cs的标准溶液调T=100%或A=0（调零），所测得的试样吸 光度实际就是上式中的A，然后求出c，则试样中该组份的浓度为(cs+c)。
2、多组分定量方法
① 由于吸光度具有加合性，因此可以在同一试样中测定多个组份。 设试样中有两组份 X 和 Y，将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所 示的三种情况：
5.最佳的吸光度测量范围
由L-B定律： AlgTbc
微分后得： dlgT0.43d4Tbdc
T
将上两式相比，并将 dT 和 dc 分别换为T 和 c，得
c 0.434T c TlgT
当相对误差 c/c 最小时，求得T=0.368 或 A=0.434。即当A=0.434 时，吸 光度读数误差最小！

紫外可见光度计仪器: 分光光度计分为单波 长和双波长仪器。 1. 单波长分光光度计 (a) 单光束 (b) 双光束（空间分隔） (c) 双光束（时间分隔） 特点： 因光束几乎同时通过样 品池和参比池，因此可消 除光源不稳产生的误差。
2. 双波长分光度计
光源
单色器
检测器 单色器
切光器 吸收池
双波长分光光度计示意图
• 2、测定条件的选择
• （1）波长的选择 • —— 一般为最大吸收波长（灵敏、稳定） • （2）狭缝的选择 • —— 影响灵敏度和线性范围（不减少A的最大狭缝） • （3）吸光度的选择 • —— 吸光度在0.2 – 0.8 时，测量误差最小
由L-B定律：
A lg T bc
d lg T 0.434
•
•
蔽剂掩蔽被测离子，
再加显色剂等。
波谱分析 —— UV-Vis
• 4、共存离子干扰的消除方法
• （1）加入适当的掩蔽剂 • （2）改变干扰离子的价态 • 如铬天青S测定Al（Ⅲ）时，Fe（Ⅲ）有干扰， • 可加入抗坏血酸还原铁而消除干扰 （3）选择适当的波长 （4）其它 — 各种预分离技术
波谱分析 —— UV-Vis
波谱分析 —— UV-Vis
• •
• • •
6、朗伯-比尔吸收定律 —— ㏒（Io / I）= A = a b c
—— 由上式，A与 c 应为过原点的直线，但实际 分析时常有偏离，此时可从两方面分析： （1）样品溶液因素：上式仅在稀溶液成立；
•
（2）仪器因素：上式仅适用于单色光。
波谱分析 — UV-Vis
波谱分析 —— UV-Vis
（2）显色剂浓度 — 高灵敏度且吸光度恒定 • （3）温度的影响 • （4）显色时间 — 反应的时间及络合物的稳定性 • （5）参比溶液

• 3、芳香族化合物的吸收光谱
• （1）苯的吸收光谱（E1、E2 、B） • （2）烷基取代 — 使B带稍向长波移动；
• （3）助色团取代 — 使E、B带红移，强度增加；
• （4）生色团取代 — 使B带显著红移（见表P22）；
• （5）稠环芳香族化合物 — 共轭越大，红移越多（P26
）
波谱分析 —— UV-Vis
•
分析时常有偏离，此时可从两方面分析：
•
（1）样品溶液因素：上式仅在稀溶液成立；
•
（2）仪器因素：上式仅适用于单色光。
波谱分析 — UV-Vis
• 二、仪器结构与原理
•
—— 按光学系统可分为单光束、双光束、单波长
、
•
双波长分光光度计；由辐射源、分光器、吸
•
收池、检测器等组成（见图）。
•
•
光源 — 钨灯和氘灯（连续、稳定、恒定、长
-胡罗卜素
咖啡因 阿斯匹林
几种有机化合物的 分子吸收光谱图。
丙酮
波谱分析 —— UV-Vis
• 一、方法原理
• 1、有机化合物的紫外可见吸收光谱 • （1）非键和成键向反键的跃迁（四种）
（2）电荷迁移跃迁（分子内的氧化还原过程） 如 ph – NR2 ，ph –COR 等（吸光系数大于104）
各轨道能级高低顺序： n**； 可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*
波谱分析--UV-Vis
2020年4月28日星期二
不同物质结构不同或者说 其分子能级的能量(各种能级 能量总和)或能量间隔各异， 因此不同物质将选择性地吸收 不同波长或能量的外来辐射， 这是UV-Vis定性分析的基础。
定性分析具体做法是让不 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，据吸 收曲线的特性(峰强度、位置 及数目等)研究分子结构。

匹配：T =0.2% ~ 0.5%
4．检测器
• 将辐射能转变成电信号
光电池 光电管 光电倍增管 光电二极管阵列检测器
光电管
阴极（光敏）
阳极
R
指示器 放 大 器
紫敏光电管 200 ~ 625nm
红敏
625 ~ 1000nm
光电倍增管
挡板 阴极 阳极
共9个倍增极
光二极管阵列检测器
二
光源
样 品
极
光 栅
准直镜
• 将进入单色器的发散光变成平行光，又 作聚光镜，将色散后的平行单色光聚集 于出口狭缝。
光 栅
狭缝
• 入射狭缝—使光线成为一细长条照射到 准直镜
• 出射狭缝— 使需要的单色光投射到溶液中
过宽，单色光不纯，可使A改变 过窄，光通量小，灵敏度降低
3．吸收池
• 盛放试液 可见光区玻璃 紫外区石英
• 吸收池的校正（配对）
1. a 样品 b 参比
2. a 参比 b 样品
A1 = A样 - A参 A2 = A样 - A参
要求：A = A1 - A2 < 1%
第三节、紫外可见分光光度分析方法
一、定性鉴别
①对比吸收光谱特征数据 ②对比吸收度或吸收系数的比值 ③对比吸收光谱的一致性
①对比吸收光谱特征数据
例：VB12样品25.0mg用水溶成1000ml后， 盛于1cm吸收池中，在361nm处测得吸收度 为0.507，已知E值是207，计算其百分含量。
解：C测=A/El=0.507/207=0.00245 C样 = 25.0mg/ml = 0.0025g/100ml
VB12(%)=C测/C样100% = 0.00245/0.0025100% = 98.00%

在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法，分子光谱主要有以下几种:
可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400800 nm ，主要用于有色物质的定量分析。
紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区） ，可用于结构鉴定和 定量分析。
紫外吸收带的强度
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104L·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162nm，εmax为: 1×104L·mol-1·cm－1。
⑶ π→π＊跃迁
吸收强度标志着相应电子能级跃迁的几率，
遵从Lamder-Beer定律。 A:吸光度, : 消光系数, c: 溶液的摩尔浓度， l: 样品池长度 I0、I分别为入射光、透射光的强度
紫外光谱表示法：
电子吸收光谱的表示法：
丙酮
2.紫外光谱的表示法
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（纳米）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)、(吸收系数) 中的任何一个来表示。 T = I / I0 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。
5、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。
样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。
3、 样品室
紫外分光光度计的校正
波长校正

第一章 紫外光谱
教学基本要求
理解紫外-可见光谱产生的基本原理； 掌握各种电子跃迁所产生的吸收带及其特征； 掌握光吸收定律及其用于紫外-可见光谱的条件；
了解紫外-可见分光光度计的主要组成部件及各部
件的要求； 掌握常见有机化合物的紫外-可见光谱；能运用 λmax经验规则，判断不同的化合物。
紫外和可见光谱---UV-Vis---统称为电子光谱。 电子光谱的范围：10~800nm。
c. 光吸收时溶液的光学性质必须是均匀的。在胶体溶液、 乳浊液或悬浊液中，入射光会因散射而损失，导致实际 测定的A偏离该定律。
d. 在吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。
2
紫外光谱谱图 当一定波长范围的连续光（紫外光）照射样品时，
化合物会对不同波长的光进行吸收，使透射光强度发 生改变，于是产生了以吸收谱线组成的吸收光谱，以 λ 为横轴，吸光度（A）或透过率（T）为纵轴，便可获 得紫外吸收光谱。
分为三大块：
400~800nm 可见光区，有色物质在此区域有吸收； 200~400nm 近紫外区，芳香族化合物和具有共轭体 系的物质在此区域有吸收； 10~200nm 远紫外区，又称为真空紫外区。（O2，N2， CO2以及水蒸气在此区域有吸收） UV的优点：仪器价格较低，操作简便。
一、基本原理
1 朗伯-比尔定律
如果空间位阻使共轭效应减小， 则吸收峰发生蓝移，吸收强度降低； 如果位阻完全破坏了发色基团间的共轭效应， 则只能观察到单个发色基团各自的吸收带。
例如：
下列芳香族化合物K带εmax
CH3
NO2
NO2
8900
CH3 NO2
6070
H3C CH3 CH3 NO2 H3C H3C CH3
5300

21
当取代基上具有的非键电子的基团与苯环的π电子体系共轭相 连时，无论取代基具有吸电子作用还是供电子作用，都将在不同 程度上引起苯的E2带和B带的红移。
当引入的基团为助色基团时，取代基对吸收带的影响大小与 取代基的推电子能力有关。推电子能力越强，影响越大。顺序为 －O－＞－NH2＞－OCH3＞－OH＞－Br＞－Cl＞CH3
2.3.1 概述
紫外-可见吸收光谱（Ultraviolet and Visible Spectroscopy, UV-VIS）统称为电 子光谱。
紫外-可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸 收200～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的 方法。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道 上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无 机物质的定性和定量测定。
图2.23 紫外—可见吸收曲线
3
2.3.2 紫外吸收光谱的基本原理
1 电子跃迁类型
（1）σ→σ* 跃迁 指处于成键轨道上的σ电子吸收
光子后被激发跃迁到σ*反键轨道
（2）n→σ* 跃迁 指分子中处于非键轨道上的n电
子吸收能量后向σ*反键轨道的跃迁
（3）π→π* 跃迁 指不饱和键中的π电子吸收光波
能量后跃迁到π*反键轨道。
9
iii B—带 B带（取自德文：benzenoid band, 苯型谱带）。它
是芳香族化合物的特征吸收带。是苯环振动及π→π*
重叠引起的。在230～270nm之间出现精细结构吸收， 又称苯的多重吸收，如图2.20。 iv E-带 E带（取自德文：ethylenic band，乙烯型谱带）。 它也是芳香族化合物的特征吸收之一（图2.25）。E带 可分为E1及E2两个吸收带，二者可以分别看成是苯环
对位—OCH3取代 +25

2021
14
（2）简单的不饱和化合物
不饱和化合物由于含有π键而具有π→π* 跃迁， π→π* 跃迁能量比σ→σ*小，但对于非共轭的简单不
饱和化合物跃迁能量仍然较高，位于真空紫外区。最 简单的乙烯化合物，在165nm处有一个强的吸收带。
当烯烃双键上引入助色基团时，π→π* 吸收将
发生红移，甚至移到紫外光区。原因是助色基团中的
2021
22
当取代基上具有的非键电子的基团与苯环的π电子体系共轭相 连时，无论取代基具有吸电子作用还是供电子作用，都将在不同 程度上引起苯的E2带和B带的红移。
当引入的基团为助色基团时，取代基对吸收带的影响大小与 取代基的推电子能力有关。推电子能力越强，影响越大。顺序为
－O－＞－NH2＞－OCH3＞－OH＞－Br＞－Cl＞CH3 当引入的基团为发色基团时，其对吸收谱带的影响程度大于
2021
18
(4) α，β-不饱和羰基化合物
α，β-不饱和醛、酮紫外吸收计算值
计算举例
（i）六元环α，β—不饱和酮基本值 215
2个β取代
+12×2
O
1个环外双键
+5
计算值
244nm（251nm）
（ii）六元环α，β—不饱和酮基本值
215
1个烷基α取代
＋10
O
2个烷基β取代
＋12×2
2个环外双键
＋5×2
图2.27 1，3丁二烯分子轨道能级示意图
2021
30
2 超共轭效应
当烷基与共轭体系相连时，可以使波长产生少量红 移。
2021
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3 溶剂效应
（1）n→π*跃迁所产生的吸收峰随溶剂极性的增加 而向短波长方向移动。因为具有孤对电子对的分子 能与极性溶剂发生氢键缔合，其作用强度以极性较 强的基态大于极性较弱的激发态，致使基态能级的 能量下降较大，而激发态能级的能量下降较小（如 图2.28a），故两个能级间的能量差值增加。实现 n→π*跃迁需要的能量也相应增加，故使吸收峰向 短波长方向位移。

• The electron of atom (molecule) at ground state can absorb proton and transit to higher energy orbital called excited state.
• Atom or molecule can absorb the radiation only when the energy of proton is equal to the energy difference of the two orbitals
215
methylene 220
chloride
Chloroform 237
carbon
257
tetrachloride
2.3 UV spectra and molecular
structure
• The absorbing groups in a molecule are called chromophores
n - p* and p - p* Transitions
(continue)
• Molar absorbtivities from n - p* transitions are relatively low, and range from 10 to100 L mol-1 cm-1 . p - p* transitions normally give molar absorbtivities between 1000 and 10,000 L mol-1 cm-1 .
n - p* and p - p* Transitions
• Most absorption spectroscopy of organic compounds is based on transitions of n or p electrons to the p* excited state. This is because the absorption peaks for these transitions fall in an experimentally convenient region of the spectrum (200 700 nm). These transitions need an unsaturated group in the molecule to provide the p electrons.

44
(3). 吸收池
样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相 应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种 。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。
有0.1-10cm多种规格，以1cm的最常用。
45
(4). 检测系统
利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可 测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍 增管。
子或原子团，一般为带有孤电子对的基团，如-OH, -OR, -
NHR, -SH, -SR, -X。
O
OH
Cl
N
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(3)红移(Red shift)：吸收带的最大吸收波长向长波方向移动 的效应。
(4)蓝移(Blue shift)：吸收带的最大吸收波长向短波方向移动 的效应。
(5)增色效应(Hyperchromic effect)：使吸收带强度增加的效 应。
紫外可见光谱一般简称紫外光谱（UV)。
7
1.1.1 紫外吸收的产生
光是电磁波，光的能量(E)用波长(λ)或频率(ν) 表示
光的能量与波长成反比，与频率成正比，波长越长，能 量越低，频率越高，能量越高。
8
分子绕其重心转动---转动 能---转动能级
能级 差逐
分子内原子在平衡位置附 渐增 近振动---振动能---振动能 大
起源：均由苯环的π-π*跃迁引起，是苯环的UV特征 吸收。 特点：
①B带为宽峰 ，有精细结构 (苯的B带在230－ 270nm，中心在254nm)
εmax偏低：200＜ε＜1500 (苯的ε为215)； ② E1带特强(εmax ＞10000) , λmax 184nm；
E2 带 中 等 强 度 (2000 ＜ εmax ＜ 10000),λmax 203nm。