1、2022-12-11第九章第九章 紫外紫外-可见吸收可见吸收光谱法光谱法9.5.19.5.1 紫外紫外-可见吸收光可见吸收光谱图中提供的信息谱图中提供的信息9.5.29.5.2 在有机物结构分在有机物结构分析中的应用析中的应用9.5.3 9.5.3 定量分析方法定量分析方法9.5.4 9.5.4 导数分光光度法导数分光光度法第五节第五节 紫外吸紫外吸收光谱的应用收光谱的应用UV-VIS spectrophotometry,UVApplications of UV-VIS2022-12-119.5.1 9.5.1 紫外紫外-可见吸收光谱图中提供的化可见吸收光谱图中提供的化合物结构信息合物结构信息
2、 一、一、可获得的结构信息可获得的结构信息（1）200800 nm 无吸收峰 饱和化合物，单烯。（2）270350 nm有吸收峰(=10100 Lmol-1cm-1)醛酮 n*跃迁产生的R吸收吸收带。（3）250300 nm有中等强度的吸收峰(=2002000 Lmol-1cm-1)芳环的特征 吸收(具有精细解构的B吸收吸收带)。2022-12-11可获得的结构信息：可获得的结构信息：（4）200250 nm有强吸收峰(104 Lmol-1cm-1)：表明含有一个共轭体系(K)带。共轭二烯：K带(230 nm)。-不饱和醛酮：K带230 nm，R带310 330nm。260nm，300 nm，
3、330 nm有强吸收峰：3,4,5个双键的共轭体系。2022-12-11二、二、光谱解析注意事项光谱解析注意事项(1)确认max，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带带：262 nm(302 Lmol-1cm-1)，274 nm(2040 Lmol-1cm-1)，261 nm(300 Lmol-1cm-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。2022-12-119.5.2 9.5.2 在有机化合物结构分析中的应用在有机化合物结构分析中的应用一、谱图解析方法一、谱
4、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：max和max，K，B，R带。2022-12-11一般过程一般过程：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max，计算max。4.根据max和max可初步估计属于何种吸收带，属于何种共轭体系。max在(120)104 Lmol-1cm-1，通常是,-不饱和醛酮或共轭二烯骨架结构。max在1000 104 Lmol-1cm-1，一般含有芳环骨架结构。max100 Lmol-1cm-1，一般含有非共轭的醛酮羰基。2022-12-11二、不饱
5、和度计算二、不饱和度计算 定定 义：义：分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。计算式：计算式：化合物CxHyNzOn u=x+(z y)/2+1 x，z，y分别为分子中四价、三价、一价元素数目。作作 用：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：C9H8O2 u=9+（0 8）/2+1=62022-12-11三、化合物结构确定示例三、化合物结构确定示例例例1 1化合物化合物C10H16，max231 nm（max=9 000 Lmol-1cm-1）。它的红外吸收光谱在。它的红外吸收光谱在1645cm-1有中等有中等强度吸收峰，加氢时，强度吸收峰，加氢时，1mo
6、l试样吸收试样吸收 2mol H2。红。红外表示有异丙基存在，确定结构。外表示有异丙基存在，确定结构。解解：(1 1)计算不饱和度计算不饱和度：u=10-16/2+1=3 =10-16/2+1=3 含两个共轭的双键和一个环含两个共轭的双键和一个环(为什么为什么?)?)(2)(2)可能结构可能结构(a)(b)(c)(d)如何判断？如何判断？2022-12-11（3 3）计算验证）计算验证max max=231 nm=231 nm 结构（结构（a）：max=六环二烯母体六环二烯母体+4个烷基取代个烷基取代+环外双键环外双键=217+（25）+5=232 nm 结构（结构（b）：max=同环二烯母体
7、同环二烯母体+4个烷基取代个烷基取代+环外双键环外双键=253+（45）=273 nm 结构（结构（c）：max=同环二烯母体同环二烯母体+3个烷基取个烷基取=253+（35）=268 nm 结构（结构（d）：max=同环二烯母体同环二烯母体+3个烷基取代个烷基取代+环外双键环外双键=253+（35）+5=268 nm结构结构(a)最接近实测值最接近实测值。可再与标准谱图对照验证。可再与标准谱图对照验证。2022-12-11例例2 2 某化合物可能有两种结构，乙醇中紫外光谱最大吸收max 281 nm(max 9700 Lmol-1cm-1)确定其属何种结构。OOHOH3CCH3OOHOH3C
8、(a)(b)CH3解解：结构结构(a)a)：max=五元环烯酮母体五元环烯酮母体+-OH+-R+-OR=202+35+12+30=279 nm 结构结构(b b)：max=烯酯母体烯酯母体+-OH+2-R+环内双环内双键键=193+35+(212)+5=257 nm 2022-12-119.5.3 9.5.3 定量分析定量分析 依据：朗伯依据：朗伯-比尔定律比尔定律 吸光度：吸光度：A=l c 透光度：透光度：-lgT=l c 灵敏度高：灵敏度高：max：104105 L mol-1 cm-1；测量误差与吸光度读数有关：测量误差与吸光度读数有关：A=0.434，读数相对误差最小。读数相对误差最
9、小。2022-12-111 1、单组分的测定、单组分的测定a.标准曲线法b.标准加入法2 2、多组分同时测定、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：2022-12-11第三种情况第三种情况:两吸收曲线互相重叠，但服从两吸收曲线互相重叠，但服从 朗伯朗伯-比尔比尔定律定律 （1）多组分定量方法）多组分定量方法联立方程为：A1=X1cXl+Y1cYl A2=X2cXl+Y2cYl（2）双波长定量方法）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（1 和2）；以参比波长1处的吸光度A 1作为参比，来消
10、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。A=A 2-A 1=（x2-x1）bcx2022-12-11 其中，测量波长2和惨比波长1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，则该体系的总吸光度差Ax+y为：Ax+y =Ax +Ay 如何选择波长1、2有一定的要求。选择波长组合选择波长组合 1 1、2 2的基本要求是：的基本要求是：选定的波长1和 2处干扰组分应具有相同吸光度，即：Ay=Ay2-Ay1=0故：Ax+y=Ax=（x2-x1）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，
11、而与干扰组分y无关。若x为干扰组分，则也可用同样的方法测定y组分。在选定的两波长1和 2处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。2022-12-11 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（）。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max 428nm和470 nm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470 nm处，用1.00cm吸收池测得
12、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？2022-12-11解：由吸光度的加和性，得在max 470nm处0.424=41701.00c T+22901.00c D在max 428nm处0.401=35401.00c T+27301.00c D有以上两式解得T和D的浓度c T=7.3010-5 molL-1c D=5.2210-5 molL-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：2022-12-119.5.4 9.5.4 导数分光光度法导数分光光度法 紫外吸收光谱灵敏度较高，谱
13、峰较少，谱带较紫外吸收光谱灵敏度较高，谱峰较少，谱带较宽，选择性差。宽，选择性差。导数分光光度法导数分光光度法是根据光吸收对波长求导所形成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。的光谱进行定性或定量分析。特点：特点：灵敏度高，选择性显著提高，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，能有效地消除基体（低频信号）的干扰，适用于混浊试样。适用于混浊试样。高阶导数能分辨重叠光谱甚至提供高阶导数能分辨重叠光谱甚至提供“指纹指纹”特征，特征，而特别适用于消除干扰或多组分同时测定。而特别适用于消除干扰或多组分同时测定。2022-12-11导数分光光度法导数分光光度法 La
14、mbert-Beer定律改写成指数形式：I=I0 e-c l 当入射光I0在整个波长范围内为常数时：ddIclddI 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d/d。选择在吸收曲线拐点处波长附近进行测量（d/d在此处存在极值）可得到最高灵敏度。2022-12-11导数分光光度法导数分光光度法 d/d=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（d/d=0，d2/d2有极值）时，浓度与二阶导数成正比且灵敏度最高。2222222ddddddIcllIcI 33322223333dddd3dddd lIcddlIcIclI
15、若使三阶导数与浓度成正比，必须d/d=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。2022-12-11导数分光光度法导数分光光度法 单一峰的一阶微分是基本曲单一峰的一阶微分是基本曲线线(0)的两个拐点对应一阶导数的两个拐点对应一阶导数(1)的两个极值，峰顶点的一阶的两个极值，峰顶点的一阶导数为零，一阶微分得一正一负导数为零，一阶微分得一正一负的两个峰。的两个峰。基本曲线的拐点在奇阶导数基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中产生极值而在偶阶导数中通过零点零点,顶点则分别对应于零或一顶点则分别对应于零或一个极值。个极值。基本曲线的随着导数阶数的增基本曲线的随着导
16、数阶数的增加，由微分产生的谱峰数目增加加，由微分产生的谱峰数目增加（n阶微分产生阶微分产生n+1个峰，即出现个峰，即出现精细结构）而宽度变小（信号变精细结构）而宽度变小（信号变尖锐，使分辨能力增加）。尖锐，使分辨能力增加）。基本吸收曲线及基本吸收曲线及1阶到阶到4阶导数曲线示意图阶导数曲线示意图（a）基本吸收曲线及基本吸收曲线及1阶到阶到4阶导数阶导数（b）两个不等高曲线叠加两个不等高曲线叠加（c）叠加的基本吸收曲线及叠加的基本吸收曲线及1阶到阶到4阶导数阶导数2022-12-11内容选择内容选择结束结束第十章第十章9.1 紫外紫外-可见吸收光谱法基础可见吸收光谱法基础 9.2 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计 9.3 吸收带类型与溶剂效应吸收带类型与溶剂效应 9.4 典型有机化合物的紫外典型有机化合物的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱 9.5 紫外紫外-可见吸收光谱在有机可见吸收光谱在有机 化合物结构分析中的的应用化合物结构分析中的的应用
