第节紫外吸收光谱的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 紫外-可见分光光度法,一、定性分析,二、,结构分析,三、,纯度检测,四、定量分析,第三节 紫外吸收光谱的应用,1,一、定性分析,紫外,-,可见吸收光谱可用于鉴定有机化合物。在鉴定有机化合物时，通常是在相同的条件下，比较未知物与已知标准物质的紫外光谱图，若两者的谱图相同，则可认为待测样品与已知物质具有相同的生色团。,注意：紫外吸收光谱相同，两种化合物有时不一定相同，所以在比较,max,的同时，还要比较它们的,max,值。如果待测物质和标准物质的吸收波长、吸收系数都相同，则可认为两者是同一物质或有相同的共轭体系。,2,物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助色团的特性，吸收波长与分子中基团的种类及其在分子中的位置、共轭情况有关。,Woodward,（伍德沃德）和,Scott,（斯科特）规则,是关于共轭分子的波长的经验规律，据此可对一些共轭分子的吸收峰位置进行预测和计算，对分子结构的推断有参考价值。,Woodward,规则,计算共轭二烯烃、多烯烃、共轭烯酮类化合物的,*,跃迁的最大吸收波长的经验规则。,首先选择一个共轭双烯作为母体，然后加上下表中所列与共轭体系相关的经验参数计算。,3,2-4,个双键的共轭烯烃,异 环 或 开 环 共 轭 双 烯 母 体,max,217nm,同 环 双 烯 母 体,253nm,增 值,(nm),增加一个共轭双键,环外双键,每一个烷基或环烷基取代,-O-CO-R,或,-O-CO-Ar,-OR,-SR,-Cl,、,-Br,-NR,2,+30,+5,+5,0,+6,+30,+5,+60,溶 剂 校 正,0,4,(1),217+45+5=242 nm (242 nm,),(2) 217+35+5=237 nm,(3),该例中选同环二烯作母体,.,同环双烯,253,一个延伸双键,30,三个取代基,35,一个环外双键,5,一个酰氧基,0,303 nm (304),5,max,=114 + 5M + n(48.0-1.7n)-16.5 R,环内,-10R,环外,max,=1.7410,4,n,M:,共轭体系上取代基的烷基数；,n,：共轭双键数目,;,R,环内,:,含环内双键的环的个数；,R,环外,:,含环外双键的环的个数,四个以上的双键烯烃,6,例：,-,胡罗卜素,n=11,M=10,R,环内,=2,；,R,环外,=0,；,max,= 114+510+11,（,48.0-1.711,）,-16.52=453.3nm,（实测,452nm,，己烷）,max,= 1.7410,4,11=19.110,4,（,15.2 10,4,，己烷）,max=114 + 5M + n(48.0-1.7n)-16.5 R,环内,-10R,环外,max,=1.7410,4,n,7,、,不饱和醛酮,基数： 烯酮（开链或大于五元环酮）,五元环烯酮,、,-,不饱和醛,nm,202,210,增值：,延伸一个共轭双键,烷基或环烷基取代,和,以远,30nm,+10,+12,+18,C = C C = C C=O,8,9,溶剂校正：,氯 仿,+1nm,乙 谜,+7nm,水,-8nm,己 烷,+11nm,环己烷,+11nm,甲 醇,0,乙 醇,0,10,(1),基值：,215,-,羟基,+35,-,烷基,212,环外双键,5,279nm (274nm),（,2,） 基值：,215,-,烷基,+10,-,烷基,212,环外双键,25,259nm (257nm),11,（,3,） 基值：,215,-,烷基,+12,-,以远烷基,318,同环双键,+39,延伸双键,230,环外双键,3,5,395nm (388nm),（,4,） 基值：,202,-,烷基,+10,-,烷基,212,环外双键,+5,241nm (241nm),12,取代苯吸收波长计算母体,Scott,规则,X=,烷基,-R 246,X=-H 250,X=-OH, -OR 230,13,二、结构分析,1.,官能团鉴定,根据吸收光谱进行初步判断。紫外,-,可见吸收光谱中有机物发色体系信息的一般规律是：,（,1,）,200-800nm,无吸收峰的化合物，不含共轭体系，没有醛基、酮基、溴或碘等基团。可能直链烷烃、环烷烃，脂肪饱和胺、醇、醚、羧酸、烷基氟、烷基氯等。,（,2,）,210-250nm,有强吸收带，表明含有两个共轭双键，说明为二烯或不饱和酮，若在,260-350nm,有强吸收带，表明可能有,3-5,个共轭双键 。,紫外吸收光谱虽然不能对一种化合物进行准确鉴定，但对了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。,14,（,3,）,250-300nm,有中强吸收带且有一定的精细结构，表示具有苯的特征。,（,5,）若化合物有许多吸收峰，甚至延伸到可见光区，则可能为一长链共轭化合物或多环芳烃。,注意：,物质为紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助色团的特征，不是整个分子的特征，推测结构时，还需其它方法，如,IR,、,NMR,，,MS,等配合。,（,4,）若在270350,nm,波长范围内有低强度吸收峰(,10100Lmol-1cm-1),（,n,跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有,n,电子的生色团，如羰基。,15,2.,顺反异构体的确定,一般讲，反式异构体,max,，,max,比顺式大。,原因：顺式异构体的位阻效应影响了平面性，共轭程度降低 ，,max,蓝移，,max,降低。据此可判断顺式或反式存在。,顺式：,max,=280nm；,max,=10500,反式：,max,=295.5 nm；,max,=29000,16,3.,互变异构体的确定,酮式：,max,=204 nm,烯醇式：,max,=243 nm,例：乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式互变异构体，某实验室的一瓶乙酰乙酸乙酯用紫外光谱测得仅末端有一弱吸收，试问可能是哪种构型。,答,酮式 烯醇式,没有共轭双键 有共轭双键,故仅在末端,204 nm,故在,245 nm,处,处有一弱吸收 有强的,K,吸收带,据此可知该实验室的一瓶乙酰乙酸乙酯为酮式结构。,17,例,1.,具有,n,*,和,*,两种跃迁的化合物的光谱图如下，给出每种类型跃迁所引起的谱带的大致,max,，并解释。,答,n,*,max,=230nm,，,*,max,=190nm,，由于,n,*,跃迁的能量比,*跃迁能量低,故吸收发生在波长较长的吸收带,而,*跃迁的,吸收强度总是大于,n,*,吸收强度的,10,到,100,倍,故,*跃迁对应图中波长较短,吸收强度大的谱带。,18,例,2.,请将下列化合物的紫外吸收波长,max,值按由长波到短波排列， 并解释原因。,(1) CH,2,=CHCH,2,CH=CHNH,2,(2)CH,3,CH=CHCH=CHNH,2,(3) CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,NH,2,答, CH,3,CH=CHCH=CHNH,2, CH,2,=CHCH,2,CH=CHNH,2, CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,NH,2,19,例,3.,指出下列化合物的紫外吸收波长， 按由长波到短波吸收波长排列。,20,例,4.,下面为香芹酮在乙醇中的紫外吸收光谱,请指出二个,吸收峰属于什么类型。,答,吸收较大的峰为,C=C,的,*跃迁， 较小的吸收峰为,C=O,的,n,*,跃迁,.,21,例,5.,有一化合物,C,10,H,16,由红外光谱证明有双键和异丙基存在，其紫外光谱,max,=231,nm,（,9000）,，,此化合物加氢只能吸收2克分子,H,2，,，确定其结构。,解：计算不饱和度,= 3；,两个双键；共轭？加一分子氢,max,=231 nm，,可能的结构,计算,max,max,：232 273 268 268,max,=,非稠环二烯（,a,b）+2,烷基取代+环外双键,=217+2,5+5=232,（,231,）,22,三、纯度检测,（,1,）若某化合物在紫外区没有明显吸收，而其中杂质却有较强的吸收，则可方便检测出该化合物中的痕量杂质。,例：鉴定甲醇或乙醇中杂质苯含量。,苯在,max,=256nm,处有,B,吸收带。在此波长处醇几乎无吸收，即可检查出饱和烃化合物中是否含有共轭双键，芳香烃等化合物杂质 。,23,（,2,）某一化合物，在可见区或紫外区有较强吸收带，有时可用摩尔吸光系数来检查其纯度。,例：菲在氯仿溶液中,max,=296nm,，,=10230,精制菲（纯度很高）相同条件测得,max,=296nm,，,=9207,样品纯度：,9207/10230=90%,其余可能蒽等杂质。,24,四、定量分析,基本方法是：用选定波长的光照射被测物质溶液，测量它的吸光度，再根据吸光度计算被测组分的含量。,理论依据,定量分析依据为吸收定律，是由朗伯和比尔两个定律联合而成的，也叫朗伯,-,比尔定律。,吸收定律不但是紫外和可见光分光光度法定量分析的理论依据，而且适用,于各种光度法的吸收测量。,25,吸收定律：,A=kcb,吸光度,比例系数,溶液的浓度,透光液层厚度,当用适当波长的单色光照射吸收物质的溶液时，其吸光度与溶液浓度和透光液厚度的乘积成正比。,该定律适合于稀溶液,透过度,T,: 描述入射光透过溶液的程度:,T,=,I,t,/,I,0,吸光度,A,与透光度,T,的关系:,A, lg,T,26,比例系数,k,定义及表示法,k=A/cb,b,：,cm,。,k,单位随,c,单位变化而变化。,（,1,）,c: g/L,时，,k,叫质量吸收系数（或简称吸收系数），以,a,表示，单位,Lg,-1,cm,-1,（,2,）,c: mol/L,时，,k,叫摩尔吸收系数，以,表示，单位,Lmol,-1,cm,-1,根据,大小可区分峰强弱：, 10,4,强吸收 ，,10,3,10,4,较强吸收，,10,2,10,3,较弱吸收，,10,弱吸收,.,吸光系数,a,相当于浓度为1,g/L、,液层厚度为1,cm,时该溶液在某一波长下的吸光度。,摩尔吸光系数,在数值上等于浓度为1,mol/L、,液层厚度为1,cm,时该溶液在某一波长下的吸光度；,27,A,总,=A,1,+A,2,+A,3,+An,=,1,c,1,b+,2,c,2,b+,+,n,c,n,b,= (,1,c,1,+,2,c,2,+,+,n,c,n,)b,性质： 吸光度的加和性,如果溶液中含有,n,种彼此不相互作用的组分，它们对某一波长的光都产生吸收，那么该溶液对该波长光总吸光度,A,总等于溶液中,n,种组分的吸光度之和。 即吸光度具有加和性。,28,吸收曲线的讨论：,（1）同一种物质对不同波长光的吸光,度不同。吸光度最大处对应的波长称为,最大吸收波长,max,（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲,线形状相似,max,不变。而对于不同物,质，它们的吸收曲线形状和,max,则不同。,（,3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。,（4）,不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度,A,有差异，在,max,处吸光度,A,的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。,（5）,在,max,处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,动画,29,1.单组分的测定,（,1,）低含量组分的测定,低含量单组分的测定可采用绝对法、比较法、吸光系数法、标准加入法、,标准曲线法（,A-C,）,等,.,所谓,绝对法,就是测得,A,后直接据光吸收定律,A =,bc,求得,c,(,从有关手册中查得或计算得,),比较法,是在测定的线性范围内，通过测出一已知浓度,c,s,的标准溶液的,A,s,；再测出未知溶液的,A,x,，据光吸收定律,A =,bc,A,s,=,bc,s,A,x,=,bc,x,有些仪器上已将比较法变换为,浓度直读法,，不需计算。,动画,30,一般常用的标准曲线法步骤如下：,a.,先将待测样品组分的标准样配成一定浓度的溶液，做紫外可见光谱（,A,、,lg,或,），找出,max,。,b.,将波长固定在,max,处。测定一系列不同浓度待测样品组分的标准样溶液的吸光度。以溶液浓度,c,为横坐标，吸光度,A,为纵坐标，作标准工作曲线。,31,c.,未知样品用相同溶剂配成合适浓度的溶液，在,max,处测定其吸光值,A,未,。,d.,在标准工作曲线上找出对应,A,未,的浓度，再计算未知样品中待测组分的含量。,动画,32,示差分光光度法（示差法）,普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。,设：待测溶液浓度为,c,x,，,标准溶液浓度为,c,s,(,c,s,c,x,),，则：,A,x,=,b,c,x,A,s,=,b,c,s,x,s,=,b,(,c,x,-,c,s,）=,b,c,测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差,，,与,c,呈直线关系。由标准曲线上查得相应的,c,值，则待测溶液浓度,c,x,：,c,x,=,c,s,+,c,（,2,）高含量组分的测定,33,指被测体系中有两个以上的吸光组分，进行多组分混合物定量分析，依据是吸光度的加和性。假定溶液中同时存在两种组分,X,和,Y,，吸收光谱一般有两种情况。,2.多组分的同时测定, 若各组分的吸收曲线互不重叠，,则可分别在波长,1,、,2,时，测得组分,a,和,b,，而相互不产生干扰。, 若各组分的吸收曲线互有重叠，则,在波长,1,、,2,，测得吸光度,A,1,和,A,2,，由吸光度的加和性,求解联立方程组，得出各组分的含量,c,a,、,c,b,。,A,1,=,a1,bc,a,b1,bc,b,A,2,=,a2,bc,a,b2,bc,b,34,应用,配位显色反应,当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外可见吸收光谱。,氧化还原显色反应,某些元素的氧化态，如,Mn(),Cr(),在紫外可见光区强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。,例如：钢中微量锰的测定，,Mn,2,不能直接进行光度测定,2,Mn,2,5 S,2,O,8,2-,8 H,2,O =2 MnO,4,+ 10 SO,4,2-, 16H,+,将,Mn,2,氧化成紫红色,MnO,4,后,，,在525,nm,进行测定。,反应体系的酸度,在相同实验条件下，分别测定不同,pH,值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的,pH,范围。,动画,35,例,1,：纤维素酶降解纤维素制备葡萄糖产率计算,DNS(3,5,二硝基水杨酸,),与还原糖发生氧化还原反应，生成了,3,氨基,5,硝基水杨酸，其产物在煮沸条件下显色，其颜色深浅与还原糖含量有比例关系，利用这一原理测定还原糖的含量。,用蒸馏水溶解,100 mg,葡萄糖定容到,100 ml,配制成,1 mg/ml,的标准葡萄糖溶液。分别取,0,、,0.2 ml,、,0.4 ml,、,0.6 ml,、,0.8 ml,、,1.0 ml,标准葡萄糖溶液于,6,支试管中，再补加蒸馏水至,1.0 ml,，分别加入,0.5 ml DNS,显色剂，放入沸水浴中煮,5,分钟急速冷却，再加,4ml,蒸馏水。用分光光度计在,540 nm,波长下测其吸光度值。以吸光度,A,为纵坐标，标准葡萄糖浓度为横坐标，作标准曲线，并可得到曲线方程以及相关系数。,36,取样品液,1.0 ml,于试管中，加入,0.5 ml DNS,显色剂，放入沸水中煮,5,分钟，急速冷却后加,4 ml,蒸馏水，在,540 nm,波长下测其吸光度值，并可直接读出样品的浓度为,0.216 mg/mL,。,葡萄糖产率的计算,葡萄糖产率,100%,DE%=,c = 0.096A 0.007 r = 0.9993,37,脱色前后样品,左：脱色前,右：脱色后,例,2,：生物石油馏分的脱色研究,38,脱色率,DE%=,a.,深色馏分,; b.,脱色后的馏分,; c. 0,#,柴油,紫外吸收光谱图,39,