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1、第六节第六节 紫外紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱的应用的应用1一、一、定性分析定性分析缺点：有机化合物的紫外缺点：有机化合物的紫外-可见吸收光谱一般只有少数几个可见吸收光谱一般只有少数几个简单宽阔的吸收带，没有精细结构，标志性较差。只能反简单宽阔的吸收带，没有精细结构，标志性较差。只能反映分子中生色团和助色团及其附近的结构特性，不能反映映分子中生色团和助色团及其附近的结构特性，不能反映整个分子的特性。整个分子的特性。优点：判别生色团和助色团种类、位置和数目以及区别饱优点：判别生色团和助色团种类、位置和数目以及区别饱和与不饱和化合物，测定分子中的共轭程度进而确定未知和与不饱和化合物，测定分子
2、中的共轭程度进而确定未知物的骨架结构，价格低廉，测定快速方便。物的骨架结构，价格低廉，测定快速方便。2定性鉴定步骤：定性鉴定步骤：1.提提纯试样2.制作试样的吸收曲线，根据吸收特征作初步判断制作试样的吸收曲线，根据吸收特征作初步判断3.与标准紫外光谱对照与标准紫外光谱对照4.应用其他分析方法进行对照验证，作出结论应用其他分析方法进行对照验证，作出结论3 基团定性分析基团定性分析的依据：的依据：吸收光谱的特征吸收光谱的形状吸收光谱的特征吸收光谱的形状吸收峰的数目吸收峰的数目吸收峰的位置（波长）吸收峰的位置（波长） 吸收峰的强度吸收峰的强度相应的吸相应的吸光系数。光系数。了解共轭程度、空间效应、氢
3、键等；可对饱和与不了解共轭程度、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。饱和化合物、异构体及构象进行判别。4一般规律：一般规律： 若在若在 200 200750750nm nm 波长范围内无吸收峰，则可能波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。双键的烯烃等。 若在若在 270 270350350nm nm 波长范围内有低强度吸收峰波长范围内有低强度吸收峰( (1010100L100Lmolmol-1-1cmcm-1-1),),（n n* * 跃迁产生的跃迁产生的R R带带），），
4、则可能含有一个简单非共轭且含有则可能含有一个简单非共轭且含有n n 电子的生色团，电子的生色团，如羰基。如羰基。 5 若若在在230230270nm270nm波波长长范范围围内内有有中中等等强强度度的的吸吸收收峰峰，B B带带特征，则可能含苯环。特征，则可能含苯环。 若若在在210210250250nmnm波波长长范范围围内内有有强强吸吸收收峰峰，这这是是K K带带特征，可能含有特征，可能含有2 2个共轭双键；个共轭双键；若若在在260260300300nmnm波波长长范范围围内内有有强强吸吸收收峰峰，则则说说明明该该有有机物含有机物含有3 3个或个或3 3个以上共轭双键。个以上共轭双键。 若
5、若该该有有机机物物的的吸吸收收峰峰延延伸伸至至可可见见光光区区，则则该该有有机机物物可能是长链共轭或稠环化合物。可能是长链共轭或稠环化合物。6利用利用Woodward-Fieser和和Scott经验规则求最大吸收波长：经验规则求最大吸收波长：当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，可通当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，可通过此类规则估算最大吸收波长并与实测值对比。过此类规则估算最大吸收波长并与实测值对比。WoodwardWoodward规则：计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮类规则：计算共轭二烯、多烯烃、共轭烯酮类化合物的化合物的* * 最大吸收波长的经验规则。最大吸收波长的经验规则
6、。ScottScott规则：计算芳香族羰基衍生物的规则：计算芳香族羰基衍生物的* * 最大吸最大吸收波长的经验规则。收波长的经验规则。A. 用经验规则计算用经验规则计算max与测定的与测定的max比较比较78910与标准物质吸收光谱的比较：与标准物质吸收光谱的比较：B.B.比较吸收光谱比较吸收光谱比比较较未未知知物物与与标标准准物物质质在在相相同同化化学学环环境境与与测测量量条条件件下下的的紫紫外外- -可可见见吸吸收收光光谱谱，若若吸吸收收光光谱谱的的形形状状、吸吸收收峰峰的的数数目目、 max()、max完完全全相相同同，就就可可以以确确定定未未知知物物与标准物质具有相同的生色团与助色团。
7、与标准物质具有相同的生色团与助色团。11 12Sadtler. Sdandard Spectra (Ultraviolet). Heyden, London, 1978. 共收集了共收集了46000种化合物的紫外吸收光谱种化合物的紫外吸收光谱R. A. Friedel and M. Orchin, Ultraviolet Spectra of Aromatic Compounds, Wiley, New York, 1951. 共收集了共收集了579种芳香化合物的紫外吸收光谱种芳香化合物的紫外吸收光谱Kenzo. Hirayama, Handbook of Ultraviolet and Vi
8、sible Absorption Spectra of Organic Compounds, New York, Plenum, 1967.M. J. Kamlet, Organic Electronic Spectra Data, Vol. 1,19461952, Interscience,1960. 与标准吸收光谱谱图的比较：与标准吸收光谱谱图的比较：13二二. . 有机化合物构象与构型的确定有机化合物构象与构型的确定1.1.顺反异构体的判别顺反异构体的判别具有相同化学组成的不同异构体或不同构象的化合物，具有相同化学组成的不同异构体或不同构象的化合物，紫外光谱有差异。紫外光谱有差异。顺式顺
9、式 1,2-1,2-二苯乙烯二苯乙烯maxmax = 280nm = 280nm maxmax = 10500= 10500反式反式 1,2-1,2-二苯乙烯二苯乙烯maxmax = 295.5nm = 295.5nm maxmax = 29000= 2900014乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式互变异构乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式互变异构: :极性溶剂中极性溶剂中形成氢键形成氢键-酮式酮式maxmax= =204nm 204nm n n* *非极性溶剂中非极性溶剂中形成分子内氢键形成分子内氢键-烯醇式烯醇式maxmax= =243nm 243nm maxmax = 18000= 18000 * *2
10、. 互变异构体的测定互变异构体的测定15两种互变异构体的比例依赖于溶剂的性质两种互变异构体的比例依赖于溶剂的性质极性溶剂中酮式占优势极性溶剂中酮式占优势非极性溶剂中烯醇式占优势非极性溶剂中烯醇式占优势利利用用紫紫外外吸吸收收光光谱谱在在maxmax 处处吸吸光光度度和和浓浓度度的的定定量量关关系系，可可测测平平衡衡体体系系中中互互变变异异构构体体的的相相对对含含量量，从而可计算平衡常数从而可计算平衡常数163.构象的判别构象的判别由由于于单单键键旋旋转转使使分分子子中中原原子子在在空空间间产产生生不不同同排排列列而而形形成成不不同同的的构构象象。例例如如叔叔丁丁基基环环己己酮酮的的位位氢氢原原
11、子子被被卤卤素素取取代后，可以产生两种不同的构象，代后，可以产生两种不同的构象，型和型和型。型。171. 化合物本身无吸收，杂质有较强吸收化合物本身无吸收，杂质有较强吸收乙醇中含有杂质苯（乙醇中含有杂质苯（256nm有吸收，说明含苯）有吸收，说明含苯）2. 化合物本身有吸收，可用化合物本身有吸收，可用来检验纯度来检验纯度在在maxmax处测处测maxmax与文献中理论值与文献中理论值maxmax比较比较 三、有机物杂质检验三、有机物杂质检验18 应用范围：应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，无机化合物，测定主要在可见光区， 大约可测定大约可测定50多种元素多种元素有机化合物，主要在紫外区
12、有机化合物，主要在紫外区四、有机物定量分析四、有机物定量分析19定量方法：单波长法和多波长法定量方法：单波长法和多波长法 单波长法单波长法 1标准曲线法标准曲线法 2标准对照法：外标一点法标准对照法：外标一点法 3标准加入法标准加入法 4吸光系数法吸光系数法多波长法：多波长法： 1、多波长线性回归法等、多波长线性回归法等 2、导数光谱法等、导数光谱法等201. 吸光系数法吸光系数法吸吸光光系系数数是是物物质质的的特特性性常常数数。只只要要测测定定条条件件不不致致引引起起对对比比尔尔定定律律的的偏偏离离，即即可可根根据据测测得得的的吸吸光光度度A，按按比比尔定律求出浓度或含量。尔定律求出浓度或含
13、量。K值可从手册或文献中查到。值可从手册或文献中查到。(一一)单组份定量方法单组份定量方法212.标准曲线法标准曲线法又又称称校校准准曲曲线线法法，是是将将贮贮备备标标准准液液稀稀释释为为所所需需要要的的标标准准系系列列，用用零零浓浓度度调调仪仪器器零零点点后后，依依次次由由低低到到高高浓浓度度测测量量标标准准液液的的吸吸光光度度或或( (峰峰高高、面面积积) )，同同时时测测定定样样品品和和样样品品空空白白的的吸吸光光度度( (或或峰峰高高、面面积积) )，以以标标准准液液浓浓度度为横坐标为横坐标，对应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。，对应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。一一般般适适用用于于
14、已已知知样样品品的的基基本本成成分分和和标标准准液液的的基基本本成成分分相接近的样品相接近的样品。2212345样品样品标液标液C1C2C3C4C5CXAA1A2A3A4A5AXACXAX23 芦丁含量测定：取样品3mg稀释至25mL。0.710mg/25mL0.710mg/25mL24标准曲线法对仪器的要求不高，尤其适用于单色光不标准曲线法对仪器的要求不高，尤其适用于单色光不纯的仪器。在这种情况下，虽然测得的吸光度值可以纯的仪器。在这种情况下，虽然测得的吸光度值可以随所用仪器的不同而有相当的变化，但若是认定一台随所用仪器的不同而有相当的变化，但若是认定一台仪器，固定其工作状态和测定条件，则浓
15、度与吸光度仪器，固定其工作状态和测定条件，则浓度与吸光度之间的关系仍可写成之间的关系仍可写成AKc，不过这里的，不过这里的K仅是一个仅是一个比例常数，不能用作定性的依据，也不能互用。比例常数，不能用作定性的依据，也不能互用。253.标准对比法（外标一点法）：标准对比法（外标一点法）：标标准准曲曲线线法法的的简简化化，只只配配制制一一个个浓浓度度为为Cs的的标标准准溶液和未知溶液溶液和未知溶液CxCx，在在max下测下测量量A，标准溶液标准溶液As=Csb被测溶液被测溶液Ax=CxbCx=CsAx/As此法只有在测定浓度范围内遵守此法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律定律Cx与与Cs大致相当时，
16、才可得到准确结果大致相当时，才可得到准确结果26当当测测定定不不纯纯样样品品中中某某纯纯品品的的含含量量时时，可可先先配配制制相相同同浓浓度度的的不不纯纯样样品品溶溶液液和和标标准准品品溶溶液液，在在最最大大吸吸收收峰峰处处分分别测定其吸光度别测定其吸光度A值，便可直接计算出样品的含量。值，便可直接计算出样品的含量。例例：不不纯纯的的KMnO4样样品品与与标标准准品品KMnO4各各准准确确称称取取0.1500g，分分别别用用1000ml容容量量瓶瓶定定容容。各各取取10.0ml稀稀释释 至至 50.00ml， 在在 maxmax 525nm处处 各各 测测 得得 A样样 0.250；A标标0.
17、280，求样品中纯，求样品中纯KMnO4的含量。的含量。 = 0.250/0.280 = 0.893= 0.250/0.280 = 0.893274. 标准加入法标准加入法分分别别在在数数份份相相同同体体积积样样品品液液中中加加入入不不等等量量的的标标准准液液，其其中中一一份份相相同同体体积积样样品品液液中中加加入入的的标标准准液液为为零零，按按照照绘绘制制标标准准曲曲线线的的步步骤骤测测量量吸吸光光度度( (或或峰峰高高、面面积积) )，在在坐坐标标纸纸上上以以加加入入的的标标准准液液浓浓度度为为横横坐坐标标，对对应应的的吸吸光光度度为为纵纵坐坐标标，绘绘制制标标准准曲曲线线，用用外外推推法
18、法( (延延长长标标准准曲曲线线和横坐标相交的数的绝对值和横坐标相交的数的绝对值) )就可得到样品液浓度。就可得到样品液浓度。28标准加入法一般适用于组份较复杂的未知样品标准加入法一般适用于组份较复杂的未知样品能消除一些基本成份对测定的干扰能消除一些基本成份对测定的干扰对测定的未知成分含量要粗略估计一下，加入的标准对测定的未知成分含量要粗略估计一下，加入的标准液要和样品液浓度接近液要和样品液浓度接近 29（二）多组分定量方法（二）多组分定量方法由由于于吸吸光光度度具具有有加加合合性性，因因此此可可以以在在同同一一试试样样中中测定多个组份。测定多个组份。设试样中有两组份设试样中有两组份X和和Y，
19、将其显色后，分别绘制将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：30a)图图：X、Y组组份份的的最最大大吸吸收收波波长长不不重重迭迭，相相互互不不干干扰扰， 可以按两个单一组份处理。可以按两个单一组份处理。b)和和c)图：图：X、Y相互干扰相互干扰此时可通过解联立方程组求得此时可通过解联立方程组求得X和和Y的浓度：的浓度：其中，其中，X、Y组份在波长组份在波长 1和和 2处的摩尔吸光系数处的摩尔吸光系数 可由已知可由已知浓度的浓度的X、Y纯溶液测得。解上述方程组可求得纯溶液测得。解上述方程组可求得cx及及cy。31此方法需要解联立方程，不但手续繁
20、杂，而且误差此方法需要解联立方程，不但手续繁杂，而且误差也大，对于浑浊试样或其他背景吸收较大的试样，也大，对于浑浊试样或其他背景吸收较大的试样，如生物组织液等，由于成分复杂和化学不均匀性，如生物组织液等，由于成分复杂和化学不均匀性，又存在很强的散射，一般很难找到合适的参比溶液又存在很强的散射，一般很难找到合适的参比溶液来抵消影响。来抵消影响。20年代初提出来双波长分光光度法。年代初提出来双波长分光光度法。组分增多，实验的误差将增大。组分增多，实验的误差将增大。32根据吸光度加合性，有根据吸光度加合性，有A1=A样样1+AS1A2=A样样2+AS2 A=(A2-A1)=( 2- 1)cb试样的吸
21、光度差与待测物质的浓度成正比，与背景试样的吸光度差与待测物质的浓度成正比，与背景吸收和散射光无关，即背景和散射光得到校正。吸收和散射光无关，即背景和散射光得到校正。（三）双波长法分光光度法（三）双波长法分光光度法331. 1. 等吸收点法等吸收点法当混合物的吸收曲线重迭时，如右下图所示，可用等吸收点法来测定。当混合物的吸收曲线重迭时，如右下图所示，可用等吸收点法来测定。具体做法：将具体做法：将a视为干扰组份，现要测定视为干扰组份，现要测定b组份。组份。a)分别绘制各自的吸收曲线分别绘制各自的吸收曲线a,b；b)画一平行于横轴的直线分别交于画一平行于横轴的直线分别交于a组份曲线组份曲线上两点，并
22、与上两点，并与b组分相交；组分相交；c)以以交交于于a上上一一点点所所对对应应的的波波长长 1为为参参比比波波长长，另另一一点点对对应应的的为为测测量量波波长长 2，并对混合液进行测量，得到：并对混合液进行测量，得到：A1=A1a+A1b+A1sA2=A2a+A2b+A2s若两波长处的背景吸收相同，即若两波长处的背景吸收相同，即A1s=A2s二式相减，得，二式相减，得， A=(A2a-A1a)+(A2b-A1b)由于由于a组份在两波长处的吸光度相等，组份在两波长处的吸光度相等，因此因此 A=(A2b-A1b)=( 2b- 1b)lcb从中可求出从中可求出cb同理，可求出同理，可求出ca.34一
23、一般般以以被被测测组组分分X的的最最大大吸吸收收波波长长作作为为测测定定波波长长1，和和干干扰扰组组分分Y相相交交，从从交交点点处处画画一一平平行行于于横横轴轴的的直直线线，取取Y组组份份曲曲线线上上相相交交的的另另一一点点所所对对应应的的波波长长 2为为参参比比波波长长，对对混混合合液进行测量。液进行测量。 1-2选择要求：选择要求： A足够大，足够大， 尽量小（提高尽量小（提高测量精密度）量精密度）35测苯酚：测量波长测苯酚：测量波长1，参比波长，参比波长2、2（三氯苯酚和（三氯苯酚和1有相同有相同吸收的点有两个吸收的点有两个2、2，2和和1间距小，精密度高间距小，精密度高），选择），选择
24、2 作为参比波长。作为参比波长。362.系数倍率法系数倍率法情情况况同同上上，但但其其中中一一干干扰扰组组份份b在在测测量量波波长长范范围围内内无无吸吸收收峰时，或者说没有等吸收点时可采用该法。峰时，或者说没有等吸收点时可采用该法。具体做法：同前法可得到下式，具体做法：同前法可得到下式，A1=A1a+A1bA2=A2a+A2b两式分别乘以常数两式分别乘以常数k1、k2并相减，得到，并相减，得到，S=k2(A2a+A2b)-k1(A1a+A1b)=(k2A2b-k1A1b)+(k2A2a-k1A1a)调节信号放大器，使之满足调节信号放大器，使之满足k2/k1=A1b/A2b，则则S=(k2A2a
25、-k1A1a)=(k2 2-k1 1)lca因此，差示信号因此，差示信号S只与只与ca有关，从而求出有关，从而求出ca.同样可求出同样可求出cb.37（四）示差（差示）分光光度法（四）示差（差示）分光光度法普普通通分分光光光光度度法法一一般般只只适适于于测测定定微微量量组组分分，当当待待测测组组分分含含量量较较高高时时，则则A A值值很很大大，将将产产生生较较大大的误差，需采用差示法。的误差，需采用差示法。即即提提高高入入射射光光强强度度，并并采采用用浓浓度度稍稍低低于于待待测测溶溶液浓度的标准溶液作参比溶液。液浓度的标准溶液作参比溶液。 38测量原理：以一浓度略小于试样组份浓度作参比，测量原
26、理：以一浓度略小于试样组份浓度作参比，具体做法：以浓度为具体做法：以浓度为cs的标准溶液调的标准溶液调T=100%或或A=0（调零）调零）所测得的试样吸光度实际就是上式中的所测得的试样吸光度实际就是上式中的 A，然后求出然后求出 c，则则试样中该组份的浓度为试样中该组份的浓度为(cs+ c)。39406. 6. 导数光谱法导数光谱法1）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。导数光谱是解决干）定义：将吸光度信号转化为对波长的导数信号的方法。导数光谱是解决干扰物质与被测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提高扰物质与被测物光谱重叠，消除胶体等散射影响和背景吸收，提高光谱分辨率的一种
27、数据处理技术。光谱分辨率的一种数据处理技术。2）原理：）原理：已知已知，对波长求一阶导数，得对波长求一阶导数，得控制仪器使控制仪器使I0在整个波长范围内保持恒定，即在整个波长范围内保持恒定，即dI0/d =0，则则可见，可见，一阶导数信号与浓度成正比一阶导数信号与浓度成正比。同样可得到同样可得到二阶、三阶二阶、三阶.n阶导数信号亦与浓度成正比阶导数信号亦与浓度成正比。41随随导导数数阶阶数数的的增增加加，峰峰形形越越来来越越尖尖锐锐，因因而而导数光谱法分辨率高（右图）。导数光谱法分辨率高（右图）。吸收峰数为：导数阶数吸收峰数为：导数阶数+1，即，即n+110ppm苯的乙醇液苯的乙醇液1ppm苯
28、的乙醇液苯的乙醇液0ppm纯乙醇纯乙醇1ppm苯的乙醇溶液，苯的乙醇溶液，一阶导数光谱一阶导数光谱基本光谱基本光谱1ppm苯的乙醇溶液，苯的乙醇溶液，四阶导数光谱四阶导数光谱选选择择性性及及灵灵敏敏度度均均提提高高（苯的（苯的导数信号）导数信号）423）导数峰高测量方法）导数峰高测量方法测量方法有三，如下图：测量方法有三，如下图：正切法：相邻峰正切法：相邻峰(极大或极小极大或极小)切线中点至相邻峰切线切线中点至相邻峰切线(极小或极大极小或极大)的距离的距离d；峰谷法：两相邻峰值峰谷法：两相邻峰值(极大或极小极大或极小)间的距离间的距离p1或或p2；峰零法：极值峰至零线间的距离。峰零法：极值峰至零线间的距离。43五、配合物组成和稳定常数测定五、配合物组成和稳定常数测定六、弱酸离解常数的测定六、弱酸离解常数的测定七、光度滴定七、光度滴定通过测定滴定过程中吸光度的变化来确定分析终点通过测定滴定过程中吸光度的变化来确定分析终点44本本 章章 要要 求求45
