紫外-可見吸收光譜(Ultraviolet Visible Absorption Spectroscopy），簡稱紫外光譜（屬分子光譜），是物質(zhì)的分子吸收紫外光-可見光區(qū)的電磁波時，電子發(fā)生躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜。通常我們所說的紫外光譜其波長范圍主要是為200～800nm（其中10～200nm為真空紫外區(qū)，由于空氣對遠(yuǎn)紫外區(qū)的電磁波有強(qiáng)吸收，因此其光譜研究較少）。由于不同物質(zhì)的分子其組成和結(jié)構(gòu)不同，它們所具有的特征能級也不同，其能級差不同，而各物質(zhì)只能吸收與它們分子內(nèi)部能級差相當(dāng)?shù)墓廨椛洌圆煌镔|(zhì)對不同波長光的吸收具有選擇性。
圖一 光波譜區(qū)及能量躍遷相關(guān)圖
物質(zhì)對光具有選擇吸收性，滿足Beer-Lambert定律：
A＝εcL＝－㏒(I/I0)
其中，A為吸光度，ε為摩爾消光系數(shù)，c為溶液的摩爾濃度，L為液層厚度，I為透射光強(qiáng)，I0為入射光強(qiáng)。通過使用紫外光譜儀，使紫外光依次照射一定濃度的樣品溶液，分別測得A，以A或ε或㏒ε作縱坐標(biāo)，波長（nm）為橫坐標(biāo)作圖，得紫外吸收曲線，此即紫外光譜。通過紫外-可見光譜及物質(zhì)對于紫外光-可見光區(qū)的電磁波的吸收程度我們可以對物質(zhì)的組成、含量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、測定、推斷。
一、紫外光譜基本原理
物質(zhì)對紫外-可見光區(qū)電磁波的吸收將導(dǎo)致分子中的價電子從能量較低的分子軌道向能量較高的空的反鍵分子軌道躍遷。因此，在紫外光譜中觀察到的吸收譜帶往往對應(yīng)于分子中某種形式的電子能級的躍遷。常見的有機(jī)分子中與價電子躍遷有關(guān)的分子軌道主要有：σ、σ*、π、π*、n，其能量高低為：σ＜π＜n＜π*＜σ*。基態(tài)時，價電子處在成鍵或非鍵軌道上，反鍵軌道是空的。因此，分子中價電子的躍遷主要有以下四種類型：σ→σ* 、 n→σ*、π→π*、n→π*，躍遷所需能量為σ→σ* ＞ n→σ*＞π→π* ＞n→π*。
（1）σ→σ*
一般飽和烷烴分子為此類躍遷，所需能量，吸收波長λmax <200，僅在遠(yuǎn)紫在外區(qū)通過真空紫外分光光度計才能檢測到它們的吸收譜帶。例如甲烷λmax =125nm、乙烷λmax 為135nm。
（2）n→σ*
該躍遷為雜原子的非鍵軌道中的電子向σ*軌道躍遷，一般在150~250nm左右。原子半徑較大的硫或碘的衍生物n電子能級較高，吸收光譜在近紫外220～250nm附近。含非鍵電子的飽和烴衍生物（ N、 P、 S、 O和鹵素原子）均呈現(xiàn)此類躍遷。
（3）π→π*
π電子躍遷到反鍵π* 軌道所產(chǎn)生的躍遷，若無共軛，與n→σ*躍遷差不多，200nm左右；若有共軛體系，波長向長波方向移動（ 200~700nm）。通常，含不飽和鍵的化合物發(fā)生π→π*躍遷，例如C=O 、C=C、 C≡C。
（4）n→π*
電子躍遷到反鍵π* 軌道所產(chǎn)生的躍遷，這類躍遷所需能量較小，吸收峰在200~400 nm左右；比π→π*躍遷相比時，n→π*躍遷具有所需能量小、吸收波長長的特點(diǎn)。含雜原子的雙鍵不飽和有機(jī)化合物，如C=S、O=N-、-N=N-會發(fā)生此類型躍遷。
事實(shí)上，到的是π→π*和n→π*躍遷，這兩種躍遷都需要分子中有不飽和基團(tuán)提供π軌道。
二、常用術(shù)語
（1）生色團(tuán)（發(fā)色團(tuán)）——含不飽和鍵的基團(tuán)，有π鍵
含有不飽和鍵，能吸收紫外可見光，產(chǎn)生 n→π* 或π→π*躍遷的基團(tuán)稱為生色團(tuán)。如C＝C、C＝O、NO2等，其結(jié)構(gòu)特征都含有π電子，當(dāng)這些基團(tuán)在分子內(nèi)獨(dú)立存在與其它基團(tuán)或系統(tǒng)沒有共軛或其它復(fù)雜因素影響時，它們將在紫外光區(qū)發(fā)生特定波長的吸收。
（2）助色團(tuán)——含雜原子的飽和基團(tuán)
一些本身在紫外和可見光區(qū)無吸收,但能使生色團(tuán)吸收峰紅移（向長波移動） ,吸收強(qiáng)度增大的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。如： -OH、 -OR、 -SH、 -NR2、鹵素等，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于都帶有n電子，當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時，由于n電子與π電子的p-π共軛，形成多電子的較大共軛體系， π→π*躍遷能量降低，吸收向長波移動，化合物顏色加深。
（3）長移與短移
由于取代作用或溶劑效應(yīng)導(dǎo)致生色團(tuán)的吸收峰向長波移動的現(xiàn)象稱為紅移。凡因助色團(tuán)的作用使生色團(tuán)產(chǎn)生紅移的，其吸收強(qiáng)度一般都有所增加，稱為增色作用。由于取代基的作用或溶劑效應(yīng)導(dǎo)致生色團(tuán)的吸收峰向短波方向移動稱為藍(lán)移，相應(yīng)地使吸收強(qiáng)度降低的作用稱為減色作用。
（4）吸收帶——吸收峰在吸收光譜上的波帶位置
a、R 吸收帶：由n→π*躍遷引起，是含雜原子的不飽和化合物的吸收帶。
特點(diǎn)：躍遷所需能量較小，吸收峰位于200~400 nm；吸收強(qiáng)度弱， ε ＜100，為羰基的特征吸收譜帶。
b、K 吸收帶：有共軛體系的π→π*躍遷引起，是共軛不飽和化合物的吸收帶。
特點(diǎn)：躍遷能量較R帶大，吸收峰位于210~280nm；吸收強(qiáng)度強(qiáng)， ε＞10000。隨著共軛體系的增長，K吸收帶長移， 210 ~ 700nm， ε 增大。K 吸收帶是共軛分子的特征吸收帶，可用于判斷共軛結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用最多的吸收帶。
c、B吸收帶：由閉合環(huán)狀共軛雙鍵π→π*躍遷所產(chǎn)生的吸收帶，它是芳環(huán)、雜芳環(huán)化合物的特征吸收帶。如苯環(huán)的B帶： λ=230~270nm，為含有多重峰或精細(xì)結(jié)構(gòu)的寬吸收帶。
d、E吸收帶：E帶也是芳香化合物的特征吸收峰，也是由π→π*躍遷產(chǎn)生，分為E1、 E2帶，二者可看成苯環(huán)中的大π鍵和共軛乙烯等鍵引起。
三、紫外光譜和有機(jī)分子結(jié)構(gòu)關(guān)系
紫外光譜適于分子中具有不飽和結(jié)構(gòu)的特別是共軛結(jié)構(gòu)的化合物。從紫外光譜中我們可以得到以下結(jié)構(gòu)信息：
a）、在210～250nm有強(qiáng)吸收，表示有K吸收帶，則可能含有兩個雙鍵的共軛體系，如共軛二烯或α，β-不飽和酮等。同樣在260，300，330nm處有高強(qiáng)度K吸收帶，在表示有三個、四個和五個共軛體系存在。
b）、在260～300nm有中強(qiáng)吸收（ε＝200～1 000），則表示有B帶吸收，體系中可能有苯環(huán)存在。如果苯環(huán)上有共軛的生色基團(tuán)存在時，則ε可以大于10 000。
c）、在250～300nm有弱吸收帶（R吸收帶），則可能有含雜原子的不飽和基團(tuán)存在，如羰基等。
四、紫外-可見光光譜應(yīng)用
a）結(jié)構(gòu)分析
由于紫外-可見吸收光譜其譜圖簡單，吸收峰個數(shù)少，對于鑒定未知物的結(jié)構(gòu)較為困難，主要表現(xiàn)出化合物的發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)的特征。因此，可利用紫外可見吸收光譜確定有機(jī)化合物中不飽和基團(tuán)，還可區(qū)分化合物的構(gòu)型、構(gòu)象、同分異構(gòu)體。
b）純度檢驗(yàn)
如果一化合物在紫外區(qū)沒有吸收峰，而其雜質(zhì)有較強(qiáng)吸收，就可方便的檢出該化合物中的痕量雜質(zhì)。例如：要鑒定甲醇和乙醇中的雜質(zhì)苯，可利用苯在254nm處的B吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長范圍內(nèi)幾乎沒有吸收；中有無二硫化碳雜質(zhì)，只要觀察在318nm處有無二硫化碳的吸收峰即可。
c）異構(gòu)體的確定
有些特殊的極性化合物，在極性或pH不同的溶劑中光譜有很大的變化，表明結(jié)構(gòu)存在某種平衡體系，常見的有互變異構(gòu)體的平衡和酸堿平衡。乙酰乙酸乙酯、乙酰**等β－二羰基化合物都存在酮式和烯醇式互變異構(gòu)平衡，在極性溶劑中以酮式為主，兩者光譜不同。如乙酰乙酸乙酯在水中顯示低強(qiáng)度的R帶，在乙烷中，則顯示高強(qiáng)度的K帶。在極性不同的溶劑中，平衡常數(shù)不同。
此外，紫外光譜還可以進(jìn)行定量分析，可在藥物釋放方面進(jìn)行應(yīng)，對于不含有紫外吸收的聚合物或者藥物分子，可以將含有特異吸收峰的分子反應(yīng)修飾到這些分子上，通過檢測修飾分子的UV信號，對聚合物以及小分子進(jìn)行定性和定量的分析。
小結(jié)
不同的有機(jī)化合物具有不同的吸收光譜，雖然紫外光譜主要用于具有共軛體系的分子，其應(yīng)用具有一定的局限性，但可用與其它光譜一起相互印證，進(jìn)行簡單的定性分析，用于鑒定共軛發(fā)色團(tuán)，推斷未知物骨架，還可以進(jìn)行定量分析。
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