分子的紫外-可見吸收光譜法是基于分子內電子躍遷產生的吸收光譜進行分析的一種常用的光譜分析法。分子在紫外-可見區的吸收與其電子結構緊密相關。紫外光譜的研究對象大多是具有共軛雙鍵結構的分子。
紫外-可見光區一般用波長(nm)表示。其研究對象大多在 200 nm—380 nm 的近紫外光區和 380 nm—780 nm 的可見光區有吸收。紫外-可見吸收測定的靈敏度取決于產生光吸收分子的摩爾吸光系數。該法儀器設備簡單,應用十分廣泛。如醫院的常規化驗中,95%的定量分析都用紫外-可見分光光度法。在化學研究中,如平衡常數的測定、求算主-客體結合常數等都離不開紫外-可見吸收光譜。
2. 原理
紫外-可見吸收光譜是分子內電子躍遷的結果,它反映了分子中價電子躍遷時的能量變化與化合物所含發色基團之間的關系。不同的化合物由于分子結構不同,電子躍遷的類型就不同,所以紫外-可見吸收光譜會具有不同特征的吸收峰,其吸收峰的波長和強度與分子中價電子的類型有關。
2.1 分子中電子躍遷和吸收譜帶的類型
在紫外-可見區域內,有機化合物吸收一定能量的輻射時,引起的電子躍遷主要有σ→σ*、n→σ*、π→π*、n→π*這 4 種類型。σ、π分別表示σ、π鍵電子,n 表示未成鍵的孤對電子,* 表示反鍵狀態。價電子在吸收一定的能量后,將躍遷至分子中能量較高的反鍵軌道,各種電子躍遷所需能量大小為:σ→σ*> n→σ*>π→π*> n→π。
2.1.1σ→σ* 躍遷
由單鍵構成的化合物如飽和碳氫化合物只有σ電子,只能發生σ→σ* 躍遷,其吸收發生在遠紫外區,波長小于 210 nm。大氣中的氧在遠紫外區會有強烈吸收,所以飽和烴必須在真空條件下操作,才能測得它們的吸收光譜,因此,遠紫外又稱真空紫外。
2.1.2.n→σ* 躍遷
含有雜原子的飽和化合物都可能發生n→σ* 躍遷。n→σ* 躍遷比σ→σ*躍遷所引起的吸收峰波長略長,大多是接近或在近紫外區。例如甲烷吸收峰在 125 nm,而一氯甲烷的吸收峰在 173 nm,碘甲烷吸收峰在 258 nm。由 n→σ*躍遷產生的吸收峰多為弱吸收峰,它們的摩爾吸光系數(ε max)一般在 100~300 范圍內,因而在紫外區有時不易觀察到。
2.1.3π→π躍遷(K帶)
含共軛雙鍵的分子均可發生π→π*躍遷。實現π→π*躍遷比實現σ→σ*躍遷所需的能量小,其吸收峰大多出現在 200 nm 附近。發生在共軛非封閉體系中的π→π *躍遷大多是強吸收峰(K帶)。
如果芳香族化合物的紫外吸收光譜中同時出現 K帶、B 帶和 R 帶,則R 帶波長最長,B帶次之,K帶最短,但吸收強度的順序正好相反。
2.1.4 n→π*躍遷(R帶)
化合物分子中同時存在雜原子和雙鍵時,就可發生 n→π*躍遷。例如-CO、- NN-、-NO等基團。
2.2 吸收光譜圖
物質對光的吸收強度(吸光度)隨波長變化的關系曲線稱為吸收光譜曲線或吸收光譜。吸收光譜描述了該化合物對不同波長光的吸收能力,因此,不同結構的化合物應具有不同的吸收光譜(不同的吸收波長和吸光度)。
以不同波長的光透過某一濃度的被測樣品溶液,測出不同波長時溶液的吸光度,然后以波長為橫坐標,以吸光度為縱坐標作圖,即可得到被測樣品的吸收光譜。