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实验室分析方法--紫外和可见光谱法概述

2022.1.24

紫外和可见光谱(ultraviolet and visible spectrum)简写为UV。紫外吸收光谱是由于分子中的价电子的跃迁而产生的。分子中价电子经紫外或可见光照射时,电子从能级跃迁到高能级,此时电子就吸收了相应波长的光,这样产生的吸收光谱叫紫外光谱。紫外吸收光谱的波长范围是100-400m纳米,其100-200m是远紫外区,200-400mm为近紫外区。一般的紫外光谱是指近紫外区。许多有机分子中的价电子跃迁,须吸收波长在200~1000 nm范围内的光,恰好落在紫外-可见光区域。

 

紫外可见吸收光谱定性分析的依据:光吸收程度最大处的波长叫做最大吸收波长,用λmax表示,同一种吸光物质,浓度不同时,吸收曲线的形状不同,λmax不变,只是相应的吸光度大小不同。而紫外可见吸收光谱定量分析的理论基础为朗伯-比尔定律,可见另一篇文章详细介绍。

 

紫外吸收光谱和可见吸收光谱都属于电子光谱 ,它们都是由于分子内的价电子在电子能级间跃迁而产生的。分子中的价电子有三种类型:形成单键的σ电子、形成双键的π电子、未成键的孤对电子,也称n电子或p电子。电子围绕分子或原子运动的概率的分布称为轨道,轨道不同,电子所具有的能量也会不同。分子轨道可以看做是两个原子靠近而结合成分子时两个原子的原子轨道线性组合而成的。以相应原子轨道作为分界线,能量高于相应原子轨道的分子轨道称为成键轨道,以σ*或π*表示;能量低于相应原子轨道的分子轨道称为反键轨道,以σ*或π*表示;而未成键的孤对电子能量与原子轨道基本一致,为非键轨道。因为π电子轨道较σ电子轨道重叠少,故相比来说π成键轨道能量高,π*反键轨道能量低。因此,分子中分子轨道能量高低顺序为:σ<π<n<π*<σ*。低能量轨道分子吸收一定的能量后可跃迁至高能量轨道。

 

分子中电子跃迁基本类型有:n→π*<π→π*<n→σ*<σ→σ*(按吸收能量大小顺序),除此之外还有电荷迁移跃迁和配位场跃迁等。

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由于一般的紫外光谱是指200-400nm,所以只能观察π→π*和n→π*跃迁,即紫外光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。

 

紫外可见吸收光谱应用广泛,利用紫外-可见吸收光谱的峰形和形状不仅可以对具有共轭体系的官能团和化学结构的化合物进行定性分析和简单的结构分析,测定一些平衡常数、配合物配位比等,还可以利用紫外-可见吸收光谱的峰强度可对单一组分或多组分进行定量分析。也可用于无机化合物和有机化合物的分析,对于常量、微量、多组分都可测定。紫外光谱在破析一系列维生素、抗菌素及天然产物的化学结构曾起过重要作用,如维生素A1、维生素A2、维生素B12、青霉素等。

 

紫外-可见分光光度法(ultraviolet and visible spectrophotometry; UV-Vis)是研究物质在紫外-可见光区(200~800nm)分子吸收光谱的分析方法。紫外—可见分光光度计是在紫外可见光区可任意选择不同波长的光来测定吸光度的仪器。它可以定性地判别有机物官能团鉴别、异构体,也可以对单组分、多组分不经分离定量。虽然紫外-可见分光光度计类型很多,性能差别悬殊,但其基本结构相似,一般由五个主要部件——光源、单色器、吸收池、检测器、讯号处理及显示器组成。


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