紫外可见光谱及其应用(结合文献).doc

紫外-可见吸收光谱法UV-Vis SpectrophotometerUV-Vis Spectrophotometer主要内容紫外-可见吸收光谱法的原理紫外-可见吸收光谱法紫外-可见分光光度计构造紫外-可见分光光度计的应用UV-Vis Spectrophotometer基本原理：光的选择性吸收紫外-可见吸收光谱法分子中的某些基团吸收了紫外可见辐射光后，发生了电子能级跃迁，而产生了相应的吸收光谱。属分子吸收光 谱。 分子吸收光谱的分析方法。紫外-可见吸收光谱分析是研究物质在紫外-可见光波下的紫外-可见区可细分为：（1）10-200nm；远紫外光区 （2）200-400nm；近紫外光区 （3）400-800nm；可见光区UV-Vis Spectrophotometer光的吸收定律1.朗伯比尔定律：Akbc。紫外-可见吸收光谱法表明：一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、非 散射的溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度 的乘积成正比。入射光 I0 透射光 ItAkbc 式中: A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； k：摩尔吸光系数，单位 L mol cm； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位 mol L；UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱与分子结构（一）电子跃迁类型（1）电子类型形成单键的电子 形成双键的电子 未成对的孤对电子n电子C-H C-C C=C C=O C=OsHC HOpnUV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法*、n 能量高低n*分子轨道有、*、* *n * *n*跃迁n 能 量*其中-* 跃迁所需能量 最大，n-*及配位场跃 迁所需能量最小，因此， 它们的吸收带分别落在 远紫外和可见光区。从 图中纵坐标可知-*及 电荷迁移跃迁产生的谱 带强度最大，-*、n*跃迁产生的谱带强度 次之，配位跃迁的谱带 强度最小。UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法1、生色团 从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光子而产生电子 跃迁的原子基团 。UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法助色团助色团是指带有非键电子对的基团，如一OH、OR、NHR、一SH、一Cl、一Br、一I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但 是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动， 并且增加其吸收强度。红移和紫移在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长入max发生移动。向长波方向移动称为红移，向短 波方向移动称为蓝移（紫移）。UV-Vis Spectrophotometer共轭体系的存在-红移紫外-可见吸收光谱法如CH2=CH2的 - *跃迁， max=165200nm；而1,3-丁 二烯， max=217nm异构现象：使异构物光谱出现差异。如CH3CHO含水化合物有两种可能的结构：CH3CHO-H2O 及CH3CH(OH)2; 已烷中， max=290nm，表明有醛基存在， 结构为前者；而在水溶液中，此峰消失，结构为后者。空间异构效应-红移如CH3I(258nm), CH2I2(289nm), CHI3(349nm)取代基：红移或蓝移。取代基为含孤对电子，如-NH2、-OH、-Cl，可使分子红移； 取代基为斥电子基，如-R，-OCOR，则使分子蓝移。苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多产生红移。UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法pH值：红移或蓝移苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm两个吸收带； 而在碱性溶液中，则分别红移到235nm和 287nm（p- 共轭）。溶剂效应：红移或蓝移由n-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成 H 键的能力 增加，发生蓝移；由-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，激 发态比基态能量有更多的下降，发生红移。随溶剂极性增加，吸收光谱变得平滑，精细结构消失。UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法紫外-可见分光光度计的基本构造基本构造主要由光源、单色器、吸收池、检测器和显示器五大部分组成。光源单色器样品池检测器显示器UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法Food Chemistry 108 (2008) 310315IF:3.66（2011）UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法一般方法： 分光光度法：仪器不太精确，由于光谱重叠，无法测定低浓度的咖啡因浓度。 HPLC：设备昂贵，操作复杂。一般需要专业人员操作。 傅立叶变换红外光谱 近红外反射光谱法 拉曼光谱法 毛细管电泳法一般实验室不具备，不常用。紫外可见吸收光谱法：简单，快速，便宜。可操作性很强。UV-Vis Spectrophotometer实验思路 紫外分光光度计紫外-可见吸收光谱法实验方法咖啡因的表征：5.03 10-4 g咖啡因溶解23.07cm3去 离子水中3.0510-4 g咖啡因溶解于15.19cm3二氯甲 烷中，磁力搅拌机搅拌1h，室温下分别用紫外可见分 光光度计测定其紫外吸收光谱。 咖啡样品的准备：研磨并通过一250m的筛得到均 匀的咖啡，精确称取50mg溶解于25ml的去离子水中， 用磁力搅拌器搅拌1h，过滤去杂质。 萃取提取咖啡因：取上述咖啡溶液与二氯甲烷用分液 漏斗萃取咖啡因（25:25mL，4次），每次的二氯甲 烷提取液分别保存。分别在200-500nm范围测提取 液的紫外吸收光谱摩尔吸收系数、 跃迁偶极矩咖啡豆中咖啡 因含量高斯拟合：除去3.08-3.10nm咖啡单宁酸的干扰峰Food Chemistry 108 (2008)310315UV-Vis Spectrophotometer结果与讨论紫外-可见吸收光谱法由图一可看出：咖啡因在 水溶液中的紫外吸收光谱 峰出现在243-302nm范围 内。243处的一个峰是由于 溶剂造成的。最高吸收峰 出现在max=272nm处， A=1.224。纯咖啡因水溶液的紫外吸收光谱图Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法使用BeerLamberts方程可有光 学吸收强度得到摩尔吸收系数 max=1115m2mol-1。 跃迁偶极矩由摩尔吸收系数通过：S = 2.9352 1060 C-2 mol-1. 从1=33000cm-1到2=41000cm-1 曲线的积分面积：105.92m2mol-1， 得到咖啡因水溶液的过渡偶极矩为 fi=10.40 10-30Cm Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法纯咖啡因二氯甲烷溶液的紫外吸收光谱 243-301nm max=274.7nm，A=1.043， max=1115m2mol-11=33000cm-1到2=41000cm1 IA=114.16m2mol-1， fi=10.40 10-30Cm时间Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法二氯乙烷萃取咖啡因效果最好，萃取率达98-99 Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法仪器无法排除一些干扰因素，如在308nm处存在咖啡单宁酸的吸收峰。所以 需要用高斯方程来拟合。 Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法经高斯拟合后的咖啡因二氯甲烷溶液的紫外吸收光谱 Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法Food Chemistry 108 (2008) 310315UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法Dalton Trans., 2012, 41, 57895793IF:3.838(2011)UV-Vis Spectrophotometer实验思路紫外-可见吸收光谱法G4是一种特殊DNA,一种端粒 结构，基本单元是鸟嘌呤碱 基的四联体。 端粒相当于为染色体末端提 供了一个帽子，防止染色体 互相融合。重组及一些外切 酶、连接酶的作用，防止 DNA的损伤。形成G4后端粒 2+室温下其水溶液本身没有荧光，而 Ru(bpy)2(dppzi) 酶的活性收到抑制。因此， 当主配体dppzi与G4发生作用时，受到了DNA疏水环 能稳定G4的药物可能就是有 境的保护，延长了激发态的寿命，显示出非常强的荧 效的化疗药物。 光实现“开”。加入Fe(CN)64后，荧光猝灭，实现 Dalton Trans., 2012, 41, 57895793 “关”。UV-Vis Spectrophotometer紫外-可见吸收光谱法紫外光谱是研究小分子配合物与DNA相互作用的一种最简便、最常用的技 术。许多小分子配合物本身在紫外可见光区有特征吸收峰，当小分子配合物 与DNA作用时，通常会出现相应的特征变化，表现为吸收谱带变宽、吸收 峰红移（或蓝移）及减色效应。这种现象的产生往往来源于小分子配合物发 色团与DNA碱基电子云的强烈的相互作用。因此，紫外可见吸收光谱可以 用来研究小分子配合物与G-四联体DNA的相互作用，进而根据其产生的相 应特征变化推测其作用模式。 产生过渡金属配合物电子光谱的电子跃迁形式可分为(1)金属离子中心到配体的电荷跃迁(MLCT)； (2)配体到金属离子中心的电荷跃迁(LMCT)： (3)配体到配体之间的电荷跃迁(LLCT)； (4)以金属离子为中心的配位场跃迁(d-d跃迁或f-f跃迁)；(5)以同一配体为中心的电子跃迁(LC)。Dalton Trans., 2012, 41, 57895793UV-Vis SpectrophotometerNA+ K+ 缓 冲 溶 液 配 合 物 与 作 用 的 紫 外 滴 定 曲 线 G4 缓 冲 溶 液 配 合 物 与 G4 作 用 的 紫 外 滴 定 曲 线紫外-可见吸收光谱法287nm处的吸收峰是由于(bpy) *； 430nm处的吸收峰是由于Ru(d) bpy (*) 和Ru(d) dppzi (*)(MLCM)；386nm处的吸收峰是由于以同一配体为中心的电子跃 迁(LC)。 在386 nm的吸收峰和430nm的MLCM吸收峰产生明显的减色效应，并伴有一定程度的红 移。这是由于插入配体与DNA的碱基对发生电子堆积后，使其*空轨道与碱基对的电 子轨道发生耦合后能级下降，从而导致-*跃迁