紫外可见光谱 有机分析及波谱学

第2章 紫外-可见光谱法紫外-可见收光谱是最早应用于有机结构鉴定的波谱方法之一，也是常用的一种快速、简便的分析方法。

在有机结构鉴定中它在确定有机化合物的共轭体系、生色基和芳香性等方面比其它的仪器更有独到之处。

2．1 紫外光谱的基本原理分子可以吸收紫外-可见光区200-800nm 的电磁波而产生的吸收光谱称紫外-可见吸收光谱(Ultraviolet 一Visible Absorption Spectra)。

简称紫外可见光谱(UV-Vis)或紫外光谱(UV)。

紫外可见光可分为3个区域:远紫外区 10 － l90nm 紫外区 190 － 400nm 可见区 400 － 800nm其中远紫外区又称真空紫外区。

由于氧气、氮气、水、二氧化碳对这个区域的紫外光有强烈的吸收，对该区域的光谱研究较少。

一般的紫外光谱仪都包括紫外光和可见光两部分（200 ~ 800nm）。

紫外光谱又称之为电子吸收光谱。

紫外光谱和红外光谱统称分子光谱。

2.1.1 基本原理:紫外光谱是样品吸收光波，引起其电子从基态跃迁到激发态，记录下光波在通过样品前后的光能的变化得到。

分子轨道可以被看作是由对应的原子轨道以线性组合而成，以双原子分子A-B 的σ键来说，一个分子轨道能量低，为成键分子轨道，称为σ分子轨道。

另一个分子轨道能量高为空的反键分子轨道是由A 与B 的原子轨道相减而成的，称为σ*分子轨道。

A-B 分子的基态时。

组成键的两个电子都在能量低的σ分子轨道里面它对应能量为E 1。

分子也可能处于高能态，其中一个电子在σ分子轨道，而另一个电子在σ*分子轨道，其能量为E 2。

分子通常是处于基态的，但当分子受紫外光照射时，可吸收一定大小的能量(E=h υ)的紫外光，此能量恰好等于基态与高能态能量的差值(E 2- E 1)，使电子从E 1跃迁至E 2。

用仪器将紫外光强度在吸收池前后的变化记录下来，得到紫外光谱。

1. 谱线的形状、Franck 一Condon 原理，分子的能级中电子能级最大，分子在电子基态和激发态都存在着不同的振动能级。

波谱分析第一章紫外光谱1、为什么紫外光谱可以用于有机化合物的结构解析？紫外光谱可以提供：谱峰的位置（波长）、谱峰的强度、谱峰的形状。

反映了有机分子中发色团的特征，可以提供物质的结构信息。

2、紫外－可见区内（波长范围为100-800 nm ）的吸收光谱。

3、Lamber-Beer 定律适用于单色光吸光度：A= lg(I 0/I) = lc透光度：-lgT = bcA ：吸光度；l ：光在溶液中经过的距离；：摩尔吸光系数，为浓度在1mol/L 的溶液中在1 cm 的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度；c ：浓度。

4、有机物分子中含有π键的不饱和基团称为生色团；有一些含有n 电子的基团（如—OH 、—OR 、—NH ２、—NHR 、—X 等），它们本身没有生色功能（不能吸收λ>200 nm 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（吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加），这样的基团称为助色团。

5、λmax 向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移（或紫移）。

吸收强度即摩尔吸光系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。

6、电子跃迁的类型：1. σ→σ＊跃迁：饱和烃（甲烷，乙烷）；E 很高，λ<150 nm （远紫外区）。

2. n →σ＊跃迁：含杂原子饱和基团（-OH ，-NH 2）；E 较大，λ150~250 nm （真空紫外区）。

3. π→π＊跃迁：不饱和基团（-C=C-，-C=O ）；E 较小，λ~ 200 nm ，体系共轭，E 更小，λ更大；该吸收带称为K 带。

4. n →π＊跃迁：含杂原子不饱和基团（-C ≡Ｎ，C=O ）：E 最小，λ 200~400 nm （近紫外区）该吸收带称为R 带。

7、λmax 的主要影响因素：1. 共轭体系的形成使吸收红移；2. pH 值对光谱的影响：碱性介质中，↑，吸收峰红移，↑3. 极性的影响：π→π＊跃迁：极性↑，红移，↑；↓。

有机波谱分析入门在化学领域中，有机波谱分析是一项极其重要的技术手段，它就像是一把神奇的钥匙，能够帮助我们打开有机化合物结构的神秘大门。

对于初学者来说，理解和掌握有机波谱分析可能会感到有些困难，但别担心，让我们一起来揭开它的神秘面纱，轻松入门。

有机波谱分析主要包括紫外可见光谱（UVVis）、红外光谱（IR）、核磁共振谱（NMR）和质谱（MS）等。

这些技术各有特点，相互补充，为我们提供了丰富的关于有机化合物结构的信息。

先来说说紫外可见光谱。

它主要用于研究分子中价电子的跃迁。

当分子吸收了特定波长的紫外或可见光后，电子会从低能级跃迁到高能级，从而产生吸收峰。

通过测量这些吸收峰的位置、强度和形状，我们可以推断分子中是否存在共轭体系、芳香环等结构。

比如说，如果一个化合物在 200 400 nm 范围内有较强的吸收峰，很可能就存在共轭双键。

接下来是红外光谱。

这就像是分子的“指纹”，不同的官能团在红外光谱中会有特定的吸收峰位置。

比如，羟基（OH）在 3200 3600 cm⁻¹有吸收峰，羰基（C=O）在 1650 1750 cm⁻¹左右有吸收峰。

通过分析红外光谱图，我们可以确定化合物中存在哪些官能团，从而对其结构有初步的了解。

核磁共振谱则是有机波谱分析中的“明星”技术。

它分为氢谱（¹H NMR）和碳谱（¹³C NMR）。

氢谱能够告诉我们分子中氢原子的种类、数量和它们所处的化学环境。

比如说，苯环上的氢原子化学位移通常在 7 8 ppm 左右。

碳谱则提供了碳原子的信息。

通过分析核磁共振谱图中的化学位移、耦合常数等数据，我们可以清晰地了解分子的骨架结构。

质谱相对来说稍微复杂一些，但它的作用也不可小觑。

质谱能够测量分子的质荷比，从而确定分子的相对分子量和分子结构。

通过对质谱图中碎片离子的分析，我们可以推断分子的断裂方式，进一步了解分子的结构。

那么，如何进行有机波谱分析呢？首先，我们需要获取高质量的波谱数据。

紫外光谱知识点总结一、紫外光谱基本原理1、概述紫外吸收光谱：分子吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁，所产生的吸收光谱称紫外吸收光谱，简称紫外光谱（属电子光谱）紫外光的范围为4～400nm，200~400nm为近紫外区，4~200nm为远紫外区，一般紫外光谱用来研究近紫外(200~400 nm) 吸收。

2、朗伯比尔定律A＝εcL＝－㏒(I/I)A：吸光度ε：摩尔消光系数 c：溶液的摩尔浓度 L：液层厚度3、紫外光谱中常用的术语发色团（chromophore）：也称生色团，是指在一个分子中产生紫外吸收带的基团，一般为带有π电子的基团。

有机化合物中常见的生色团有：羰基、硝基、双键、三键以及芳环等。

发色团的结构不同，电子跃迁类型也不同，通常为n→ π*、π→π*跃迁，最大吸收波长大于210nm。

助色团（auxochrome）：有些基团，本身不是发色团，但当它们与发色团相连时，可以使含有发色团的有机物的颜色加深，这类基团称为助色团。

助色团通常是带有孤电子对的原子或原子团，如：－OH、－ NH2、－NR2、－OR、－SH、－SR、－X（卤素）等。

在这些助色团中，由于具有孤电子对的原子或原子团与发色团的π键相连，可以发生p－π共轭效应，结果使电子的活动范围增大，容易被激发，使π→π*跃迁吸收带向长波方向移动，即红移。

红移（red shift）：也称向长波移动（bathochromic shift），当有机物的结构发生变化（如取代基的变更）或受到溶剂效应的影响时，其吸收带的最大吸收波长（λmax）向长波方向移动的效应。

蓝移（blue shift）：也称向短波移动（hypsochromic shift），与红移相反的效应，即由于某些因素的影响使得吸收带的最大吸收波长（λmax）向短波方向移动的效应。

增色效应（hyperchromic effect）：或称浓色效应，使吸收带的吸收强度增加的效应。

减色效应（hypochromic effect）：或称浅色效应，使吸收带的吸收强度减小的效应。

一、实验目的通过本次实验，掌握紫外-可见光谱的基本原理和操作方法，学习如何利用紫外-可见光谱对有机化合物进行定性和定量分析，并解析实验数据，了解紫外吸收光谱在有机化合物结构分析中的应用。

二、实验原理紫外-可见光谱（UV-Vis光谱）是一种基于分子对紫外-可见光的吸收特性进行物质定性和定量分析的方法。

当分子吸收紫外-可见光时，其价电子会从基态跃迁到激发态，产生吸收光谱。

紫外-可见光谱的波长范围一般在200～800 nm之间，其中紫外光波长在200～380 nm，可见光波长在380～800 nm。

紫外-可见光谱分析的主要原理是：根据分子吸收光谱的特征吸收峰（λmax）和摩尔吸光系数（ε）等参数，对有机化合物进行定性和定量分析。

紫外吸收光谱的强度与分子中含有的生色团和助色团有关，生色团是能够吸收紫外光的官能团，助色团则能增强或减弱生色团的吸收。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：紫外-可见分光光度计、移液器、比色皿、吸管、蒸馏水、乙醇等。

2. 试剂：待测有机化合物样品、标准品、溶剂等。

四、实验步骤1. 准备样品：将待测有机化合物样品配制成一定浓度的溶液。

2. 空白对照：用溶剂配制空白溶液，作为对照。

3. 测量吸光度：将样品和空白溶液分别置于比色皿中，在紫外-可见分光光度计上测量其吸光度。

4. 绘制吸收光谱：以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制样品的紫外-可见吸收光谱。

5. 数据分析：根据吸收光谱的特征吸收峰（λmax）和摩尔吸光系数（ε）等参数，对样品进行定性和定量分析。

五、实验结果与讨论1. 实验结果（1）样品A的紫外-可见吸收光谱- 最大吸收波长（λmax）：310 nm- 摩尔吸光系数（ε）：1.5×10^4 L·mol^-1·cm^-1（2）样品B的紫外-可见吸收光谱- 最大吸收波长（λmax）：260 nm- 摩尔吸光系数（ε）：3.0×10^4 L·mol^-1·cm^-12. 讨论（1）根据紫外-可见吸收光谱，样品A和样品B的最大吸收波长分别位于310 nm 和260 nm。