紫外吸收光谱的应用

1、第十章第十章 紫外吸收光谱紫外吸收光谱分析法分析法一一、 定性分析定性分析qualitative analysis二二、 定量分析定量分析quanti-tative analysis第三节第三节 紫外吸收紫外吸收光谱的应用光谱的应用ultraviolet spectro-photometry, uvapplications of uv一、定性分析一、定性分析 qualitative and quantitative analysis max：化合物特性参数，可作为定性依据； 有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团的特性，不完全反映分子特性； 计算吸收峰波长，确定共扼体系等 结构确定的

2、辅助工具； max ， max都相同，可能是一个化合物； 标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图 the sadtler standard spectra ,ultraviolet 1. 1. 可获得的结构信息可获得的结构信息（1）200-400nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2） 270-350 nm有吸收峰（=10-100）aldehyde ketone n* 跃迁产生的r 带。（3） 250-300 nm 有中等强度的吸收峰（=200-2000）， aromatic system （具有精细解构的b带）。（4） 200-250 nm有强吸收峰（104）， one conju

3、gated dienes （k）带,、-unsaturated ketones (5) 210-300 nm有强吸收峰，3,4,5 conjugated unitsconjugated units 。 基基-是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值；1）.conjugated dienesconjugated dienes 无环、非稠环二烯母体： max=217nm conjugated dienes （不多于四个双键）、不饱和醛酮中的中的 *跃迁吸收峰位置可由woodword-fieser 规则估算。 max= 基基+ ni i 2 2. .计算最大吸收

4、波长计算最大吸收波长异环（稠环）二烯母体：异环（稠环）二烯母体： max=214 nm同环（非稠环或稠环）二烯母体：同环（非稠环或稠环）二烯母体： max=253 nmni i:由双键上取代基种类和个数决定的校正项由双键上取代基种类和个数决定的校正项 (1)每增加一个共轭双键每增加一个共轭双键 +30 (2)环外双键环外双键 +5 (3)双键上取代基：双键上取代基：酰基（-ocor） 0 卤素（-cl，-br） +5烷基（-r） +5 烷氧基（-or） +6 吸收波长计算吸收波长计算woodword woodword 定则：环外双必须在共轭链上，指共轭定则：环外双必须在共轭链上，指共轭体系中某

5、一双键的一端的体系中某一双键的一端的c c还是母体环上的某一碳。还是母体环上的某一碳。以同环二烯为准。例：以同环二烯为准。例：交叉共轭体系只能选取交叉共轭体系只能选取一个一个,共轭链分叉上的双键不共轭链分叉上的双键不能称为延伸双键，其取代基能称为延伸双键，其取代基也不计算在内也不计算在内同环双烯同环双烯253五个取代基五个取代基55三个环外双三个环外双35293 下述两有机化合物a和b的最大吸收波长 max符合该两化合物的 为 （ ） a b a maxa maxb 对于下列三个化合物a bc 其紫外 max大小顺序为 a maxa maxb = maxcb maxa maxb maxcc m

6、axa maxb 10000 woodward-fieser-scottwoodward-fieser-scott定则定则例：例： o me me2 2c=chcme 215+2c=chcme 215+2* *12(12(烷取烷取代代)=239)=239 1 2 3 1 2 3 1. 215+121. 215+12（烷）烷）+18+18（烷）烷）+30+30* *2 2（延伸双）（延伸双）+5+5（环外双）（环外双）+39+39（同环二烯）（同环二烯）=349=349 2.215+22.215+2* *12+5=24412+5=244 3.215+10+12+18+30+39=324 3.21

7、5+10+12+18+30+39=324 双测双测327327nm,256nmnm,256nm3).3).r- cr- c6 6h h4 4cox x=cox x=烷基（烷基（ h h、ohoh、oror） 例：例： a b c a b c230230（母）母）+58+58（对位氨）（对位氨）=288=288nm nm 实测实测 288 288nmnm246+7246+7（间甲氧基）间甲氧基）=253=253nmnm246+3246+3（邻烷基）邻烷基）+25+25（对甲氧基）（对甲氧基）=274=274nmnm取代苯吸收取代苯吸收波长计算波长计算3 3 分子不饱和度的计算分子不饱和度的计算

8、定义：定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。 如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。 计算：计算： 若分子中仅含一，二，三，四价元素(h，o，n，c)，则可按下式进行不饱和度的计算： = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。 作用：作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例： c9h8o2 = （2 +29 8 ）/ 2 = 6 有一化合物c10h16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

9、合物加氢只能吸收2分子h2，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 abcd max：232 273 268 268 max =非稠环二烯（a,b）+2 烷基取代+环外双键 =217+25+5=232（231）例例1. 苏拉酮在环己烷中有一强吸收带苏拉酮在环己烷中有一强吸收带max=230nm（lg=4.0）。试问）。试问a、b何者为苏拉何者为苏拉酮？酮？ a： b：例例2. 莎草酮的结构式用其它方法已定为（莎草酮的结构式用其它方法已定为（a）（）（b）（c）三个，不同紫外法测得该化合物）三个，不同紫外法测得该化合物m

10、ax位于位于252nm, 20000,试推断更合理的结构式。试推断更合理的结构式。 （a） （b） （c）1.lambert-beer law absorbance： a= b c transmittance：-lgt = b c response is proportional to concentration of analyte 灵敏度高： absorptivity max 测量误差与吸光度读数有关： a=0.434，读数相对误差最小；二二. quantitative analysis2.limitations of beers law (1) chemical effects - an

11、alyte associates, dissociates or reacts to give molecule with different (2) physical effects - stray light, polychromatic radiation or noise 例：在例：在254nm时，若溶液的百分透光度时，若溶液的百分透光度为为10%，在此波长时的吸光度为，在此波长时的吸光度为 （ ） a 1.0 b 0.1 c -1.0 某化合物浓度为c1，在波长1处，用厚度为1cm的吸收池测量，求得摩尔吸光系数为1，在浓度为3c1时，在波1处，用厚度为3cm的吸收池测量，求得摩尔吸光

12、系数为2。则它们的关系是 （ ） a 1 2 b 1 32 c 1 2 用分光光度法测定5.0010-5mol.l-1的碱性k2cro4溶液。在波长372nm处，用1cm吸收池测得百分透光度为59.1。试计算 （1)该溶液的吸光度 （2)摩尔吸光系数 （3)若改用5cm吸收池，则透光度为多少？ 2.1 单组分定量方法单组分定量方法 1. 吸光系数法吸光系数法 吸光系数是物质的特征常数，吸光系数是物质的特征常数， 只要测定条件只要测定条件（溶液浓度与酸度、单色光纯度等）不引起比（溶液浓度与酸度、单色光纯度等）不引起比尔定律的偏离，即可根据所测吸光度求浓度。尔定律的偏离，即可根据所测吸光度求浓度。

13、 常用于定量的是常用于定量的是elac %11cme 2.标准曲线法标准曲线法 若认定一台仪器，固定工作状态和测定若认定一台仪器，固定工作状态和测定条件：条件： a=kc 3.对照法对照法标样标样aaccabsorbance is additivea total a1 + a2 . 1bc1 + 2bc2.in a 2 component mixturea1 1,1 b c1 + 2,1 b c2a2 1,2 b c1 + 2,2 b c22.2 多组分定量方法多组分定量方法 吸光度加和性原则：比尔定律用于互相不作吸光度加和性原则：比尔定律用于互相不作用的多组分体系测定时，总吸光度是各组分吸光

14、用的多组分体系测定时，总吸光度是各组分吸光度之和。度之和。a2 1baa2 1baaba 2 1(1) (2) (3) 图（图（1），可分别在），可分别在1、2处用单一物质的定量方法处用单一物质的定量方法从混合物中测定从混合物中测定a和和b的浓度；的浓度； 图（图（2），在），在1处，处，b组分无吸收，但在吸收峰组分无吸收，但在吸收峰2处，处，a组分有吸收，则可在组分有吸收，则可在1处测定混合物的吸光度处测定混合物的吸光度 ，直接求出直接求出a组分的浓度；在组分的浓度；在2处测定混合物的吸光处测定混合物的吸光度度 ，根据吸光度加和性原则，计算，根据吸光度加和性原则，计算b组分的浓组分的浓度；度

15、；bbaababaceceaaa22222+图（图（3），各组分吸收光谱相互干扰，可采用下述），各组分吸收光谱相互干扰，可采用下述定量方法：定量方法：baa+2aa1 1.解线性方程组法解线性方程组法bbaababaceceaaa11111+bbaababaceceaaa22222+bababbabbaaeeeeeaeac12211221+babaabaababeeeeeaeac12212112+ 例： 输铁蛋白是血液中发现的输送铁的蛋白，它的相对分子质量为81000，并携带两个fe（）离子，脱铁草酸铵是铁的有效螯合剂，常用于治疗铁过量的病人，它的相对分子质量为650,并能鳌合一个fe（）.脱

16、铁草酸铵能从人体的许多部位摄取铁,通过肾脏与铁一起排出体外,被铁饱和的输铁蛋白(t)和脱铁草酸铵(d)在max 428nm和470nm处的摩尔吸光系数分别为3540/2730,4170/2290,铁不存在时,两个化合物均为无色,含有t和d的试液在波长470nm处,用1.00cm吸收池测得的吸光度为0.424;在428nm处测得吸光度为0.401,试计算被铁饱和的输铁蛋白(t)和脱铁草酸铵(d)中铁各占多少分数. 2.等吸收双波长消去法等吸收双波长消去法babababababaaaaaaaaaa+221121aaaa21021aaaaaabbbbbbbbakceceecaa+)(21 因此因此

17、3.系数倍率法系数倍率法 系数倍率法的基本原理：在双波长分光系数倍率法的基本原理：在双波长分光光度计中装置了系数倍率器，将吸光度光度计中装置了系数倍率器，将吸光度加以放大，得到差示信号加以放大，得到差示信号a。 如干扰组分在选定的两个波长如干扰组分在选定的两个波长1和和2处测处测得的吸光度分别为得的吸光度分别为a1和和a2，当当a1 a2时，时， a1 / a2 k。调节波长调节波长2的系数倍率器使的系数倍率器使吸光度吸光度a2放大放大k倍，则干扰组分在倍，则干扰组分在1和和2处的处的a为：为： aka2-a1=0 4.导数光谱法导数光谱法 随导数光谱阶数的增加，吸收随导数光谱阶数的增加，吸收

18、谱带变窄，峰形变锐提高了光谱谱带变窄，峰形变锐提高了光谱的分辨率，可分离两个或两个以的分辨率，可分离两个或两个以上的重叠峰。上的重叠峰。 定量依据：定量依据： a=lc clddddacldddad2222cldddad3333 例例1：维生素：维生素b12的水溶液在的水溶液在361nm的的 值为值为207，用，用1cm吸收池测得某维生素吸收池测得某维生素b12溶液的吸光度溶液的吸光度是是0.414，求该溶液的浓度。，求该溶液的浓度。 解：解：%11cme1207414. 0elac 0.00200(g/100ml) =20.0(ug/ml) 例2：分析表明某有机物的组成为c4h8o，并且在光

19、程长为1cm的样品池中，95mg该物质在100ml95%乙醇中的吸光度为0.23，最大吸收波长max为293nm试判断该有机物的可能结构。 alca/lc0.23/（1*95/1000）2.4(l/g.cm)该物质的吸光系数很小，表明其跃迁属于该物质的吸光系数很小，表明其跃迁属于n跃迁，跃迁，因此该化合物可能为烷基酮或醛。因此该化合物可能为烷基酮或醛。 2.3测定分子量 在紫外可见区可能不出现吸收的化合物与某试剂反应后，生成物在该区域则可能有强吸收。经验表明在特定波长范围内生成物的 与试剂本身的近似相等。便可利用公式求出生成物的分子量(m)。即 m-1l溶液中该化合物的质量 例如胺类的苦味酸盐

20、在380 nm处的为13400，苦味酸在该波长下相应的 值为13440。ammb 思考思考: 已知25下,在0.01mol/lhcl中,浓度为c0的未离解的2-硝基-4-氯苯酚在427nm处的吸光度为0.062;在0.01mol/lnaoh中,完全离解的2-硝基-4-氯苯酚在427nm处的吸光度为0.855,而在ph6.22的缓冲溶液中, 2-硝基-4-氯苯酚在427nm处的吸光度为0.356.试计算2-硝基-4-氯苯酚在水中的离解常数. 练习： 请说明如何利用紫外吸收光谱来区分下列同分异构体。 (1) (2) （3) （4)ch=ch-ch=ch2ch=ch-ch=ch2c h = c h2c2h5c h = c h2c2h5234、244、308、323、343、232、256、308、262、2813.计算计算max 色谱、紫外综合练习1.当下列参数改变时:(1)柱长缩短,(2)固定相改