紫外吸收光谱的应用

第九章

紫外-可见吸收光谱法9.5.1

紫外-可见吸收光谱图中提供的信息9.5.2

在有机物结构分析中的应用9.5.3定量分析方法9.5.4导数分光光度法第五节紫外吸收光谱的应用UV-VISspectrophotometry,UVApplicationsofUV-VIS1.9.5.1紫外-可见吸收光谱图中提供的化合物结构信息

一、可获得的结构信息〔1〕200～800nm无吸收峰饱和化合物，单烯。〔2〕270～350nm有吸收峰(κ=10～100L·mol-1·cm-1)醛酮n→π*跃迁产生的R吸收带。〔3〕250～300nm有中等强度的吸收峰(κ=200～2000L·mol-1·cm-1)芳环的特征吸收(具有精细解构的B吸收带)。2.可获得的结构信息：〔4〕200～250nm有强吸收峰(κ≥104L·mol-1·cm-1)：说明含有一个共轭体系(K)带。共轭二烯：K带(230nm)。-不饱和醛酮：K带230nm，R带310330nm。260nm，300nm，330nm有强吸收峰：3,4,5个双键的共轭体系。3.二、光谱解析本卷须知(1)确认

max，κ，初步估计属于何种吸收带；(2)观察主要吸收带的范围，判断属于何种共轭体系；(3)乙酰化位移CH3CH3OHCH3OCOCH3B带：262nm(κ302L·mol-1·cm-1)，274nm(κ2040L·mol-1·cm-1)，261nm(κ300L·mol-1·cm-1)。(4)pH的影响加NaOH红移→酚类化合物，烯醇。加HCl蓝移→苯胺类化合物。4.9.5.2在有机化合物结构分析中的应用一、谱图解析方法三要素：谱峰位置、强度、形状。谱峰形状：定性指标；谱峰强度：定量指标；紫外可见光谱特征参数：λmax和κmax，K，B，R带。

5.一般过程：1.了解尽可能多的结构信息，分子式，性质等。2.计算出该化合物的不饱和度。3.确认最大吸收波长λmax，计算κmax。4.根据λmax和κmax可初步估计属于何种吸收带，属于何种共轭体系。

κmax在(1～20)

104L·mol-1·cm-1

，通常是α,β-不饱和醛酮或共轭二烯骨架结构。

κmax在1000～104L·mol-1·cm-1

，一般含有芳环骨架结构。

κmax<100L·mol-1·cm-1，一般含有非共轭的醛酮羰基。

6.二、不饱和度计算定义：分子结构中到达饱和所缺一价元素的“对〞数。计算式：化合物CxHyNzOnu=x+(z–y)/2+1x，z，y分别为分子中四价、三价、一价元素数目。作用：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：C9H8O2u=9+〔0–8〕/2+1=67.三、化合物结构确定例如例1．化合物C10H16，λmax231nm〔κmax=9000L·mol-1·cm-1〕。它的红外吸收光谱在1645cm-1有中等强度吸收峰，加氢时，1mol试样吸收2molH2。红外表示有异丙基存在，确定结构。解：(1)

计算不饱和度：u=10-16/2+1=3

含两个共轭的双键和一个环(为什么?)

(2)可能结构如何判断？8.〔3〕计算验证λmax=231nm结构〔a〕：λmax=六环二烯母体+4个烷基取代+环外双键=217+〔2×5〕+5=232nm结构〔b〕：λmax=同环二烯母体+4个烷基取代+环外双键=253+〔4×5〕=273nm结构〔c〕：λmax=同环二烯母体+3个烷基取=253+〔3×5〕=268nm结构〔d〕：λmax=同环二烯母体+3个烷基取代+环外双键=253+〔3×5〕+5=268nm结构(a)最接近实测值。可再与标准谱图对照验证。

9.例2．

某化合物可能有两种结构，乙醇中紫外光谱最大吸收λmax＝281nm(κmax9700L·mol-1·cm-1)确定其属何种结构。

解：结构(a)：λmax=五元环烯酮母体+α-OH+β-R+β-OR=202+35+12+30=279nm结构(b)：λmax=烯酯母体+α-OH+2×β-R+环内双键=193+35+(2×12)+5=257nm10.9.5.3定量分析

依据：朗伯-比尔定律

吸光度：A=κlc透光度：-lgT=κlc灵敏度高：

κmax：104～105L·mol-1·

cm-1；测量误差与吸光度读数有关：

A=0.434，读数相对误差最小。11.1、单组分的测定a.标准曲线法b.标准参加法2、多组分同时测定混合组分的吸收光谱相互重叠的情况不同，测定方法也不相同，常见混合组分吸收光谱相干扰情况有以下三种：

12.第三种情况:两吸收曲线互相重叠，但服从朗伯-比尔定律

〔1〕多组分定量方法联立方程为：Aλ1=κX1cXl+κY1cYlAλ2=κX2cXl+κY2cYl〔2〕双波长定量方法不需要空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光〔λ1和λ2〕；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。ΔA=Aλ2-Aλ1=〔εxλ2-εxλ1〕bcx13.其中，测量波长λ2和惨比波长λ1的选择与组合是关键。以两组分x和y的双波长测定为例：设：x为待测组分，y为干扰组分，二者的吸光度差分别为：△Ax和△Ay，那么该体系的总吸光度差△Ax+y为：△Ax+y=△Ax+△Ay如何选择波长λ1、λ2有一定的要求。选择波长组合λ1、λ2的根本要求是：⑴选定的波长λ1和λ2处干扰组分应具有相同吸光度，即：△Ay=△Ayλ2-△Ayλ1=0故：△Ax+y=△Ax=〔εxλ2-εxλ1〕bcx此时：测得的吸光度差△A只与待测组分x的浓度呈线性关系，而与干扰组分y无关。假设x为干扰组分，那么也可用同样的方法测定y组分。⑵在选定的两波长λ1和λ2处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。14.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〔Ⅲ〕离子。脱铁草氨酸是铁的有效螯合剂，常用于治疗铁过量的病人,它的相对分子质量为650，并能螯合一个Fe〔Ⅲ〕。脱铁草氨酸能从人体许多部位摄取铁，通过肾脏与铁一起排出提外。被铁饱和的输铁蛋白〔T〕和脱铁草氨酸〔D〕在波长λmax428nm和470nm处的摩尔吸光系数分别为：铁不存在时，两个化合物为无色。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.在波长428nm处测得吸光度为0.401，试计算被铁饱和的输铁蛋白〔T〕和脱铁草氨酸〔D〕中铁各占多少分数？15.解：由吸光度的加和性，得在λmax470nm处0.424=4170×1.00×cT+2290×1.00×cD在λmax428nm处0.401=3540×1.00×cT+2730×1.00×cD有以上两式解得T和D的浓度cT=7.30×10-5mol·L-1cD=5.22×10-5mol·L-1在输铁蛋白中铁的质量分数为：在脱铁草氨酸〔D〕中铁的质量分数为：16.9.5.4导数分光光度法紫外吸收光谱灵敏度较高，谱峰较少，谱带较宽，选择性差。导数分光光度法是根据光吸收对波长求导所形成的光谱进行定性或定量分析。特点：灵敏度高，选择性显著提高，能有效地消除基体〔低频信号〕的干扰，适用于混浊试样。高阶导数能分辨重叠光谱甚至提供“指纹〞特征，而特别适用于消除干扰或多组分同时测定。17.导数分光光度法

Lambert-Beer定律改写成指数形式：

I=I0e-κ

cl

当入射光I0在整个波长范围内为常数时：信号与浓度c成线性关系，比直接光谱法的对数关系更适用。信号的的灵敏度取决于吸光系数在特定波长下的变化速率dκ/dλ。选择在吸收曲线拐点处波长附近进行测量〔dκ/dλ在此处存在极值〕可得到最高灵敏度。18.导数分光光度法dκ/dλ=0，二阶导数信号与浓度成正比。测定波长选在吸收峰顶附近〔dκ/dλ=0，d2κ/dλ2有极值〕时，浓度与二阶导数成正比且灵敏度最高。假设使三阶导数与浓度成正比，必须dκ/dλ=0，这时只有在具有水平正切线或曲率半径最小的肩峰处附近选择波长。19.导数分光光度法单一峰的一阶微分是根本曲线(0)的两个拐点对应一阶导数(1)的两个极值，峰顶点的一阶导数为零，一阶微分得一正一负的两个峰。根本曲线的拐点在奇阶导数中产生极值而在偶阶导数中通过零点,顶点那么分别对应于零或一个极值。根本曲线的随着导数阶数的增加，由微分产生的谱峰数目增加〔n阶微分产生n+1个峰，即出现精细结构〕而宽度变小〔信号变锋利，使分辨能力增