1、第2章 UV光谱-讲稿2.2.化合物鉴定化合物鉴定 1)1)比较光谱的一致性比较光谱的一致性 为消除溶剂效应，应将试样和标样在完全相为消除溶剂效应，应将试样和标样在完全相同的条件下测定其吸收光谱。同的条件下测定其吸收光谱。两个化合物的吸收光谱是否一致两个化合物的吸收光谱是否一致2.4 定性分析定性分析可从可从分子式分子式查查化合物名称化合物名称，max、max、测定溶剂测定溶剂等等UVUV谱图集谱图集共有共有1900019000个化合物谱图，附有五种索引个化合物谱图，附有五种索引 Organic electronic spectral data创刊于创刊于1960年年由由Interscienc
2、e不定期出版不定期出版收集资料从收集资料从1946年开始年开始 The Sadler standard spectra1967年创刊于美国费城年创刊于美国费城 Sadler 研究实验室研究实验室2.4 定性分析定性分析 可由可由生色团生色团查查max、max、测定溶剂测定溶剂和和文献文献 也可从也可从max查出查出生色团生色团和和lgmax Robert A.Friedel Ultraviolet spectra of aromatic compounds.Handbook of ultraviolet and visible absorption spectra of organic com
3、pounds.平山建三编，共平山建三编，共84438443个化合物个化合物19511951年出版，共收集年出版，共收集579579个光谱图个光谱图附有化合物各种名称索引和分子式索引附有化合物各种名称索引和分子式索引可查结构式、溶剂和文献可查结构式、溶剂和文献。2.4 定性分析定性分析2)2)比较比较maxmax和和maxmax的一致性的一致性 两个化合物的结构有差别时，有时它们的两个化合物的结构有差别时，有时它们的maxmax相同，相同，但但maxmax有差别。所以在比较有差别。所以在比较maxmax时还须比较时还须比较maxmax。比较某几个吸收峰对应的比值比较某几个吸收峰对应的比值(A(A
4、1 1/A/A2 2或或 1 1/2 2)将试样与标样或与文献数据相比较将试样与标样或与文献数据相比较max相同，该峰相同，该峰A A 或或的比值相差在规定范围内的比值相差在规定范围内A1A2 相对应的相对应的 AA1/AA2 或或 A1/A2 B1B2 相对应的相对应的 AB1/AB2 或或 B1/B2 3)3)比较最大吸收波长和吸光度比值的一致性比较最大吸收波长和吸光度比值的一致性若物质的吸收峰较多若物质的吸收峰较多2.4 定性分析定性分析211236270287A2B1B2B2B1A1A2A1A1A2 相应的相应的 AA1/AA2 或或 A1/A2B1B2 相应的相应的 AB1/AB2
5、或或 B1/B2 即比较：即比较：OOH2.4 定性分析定性分析3.3.共轭体系的判断共轭体系的判断 R带带 270nm两个羰基两个羰基非共轭非共轭与丙酮相似与丙酮相似,maxmax是丙酮的是丙酮的2 2倍倍两个羰基两个羰基共轭共轭300nm300nm产生一个产生一个 R R 带带共轭效应使共轭效应使 R R 带带 红移红移 400nm400nm有一强吸收有一强吸收 K K 带带K带带 400nm，R带带300nmCH3CCH2CH2C CH3OOCH3CH2CC CH2CH3OO2.4 定性分析定性分析4.4.确定异构体确定异构体 1)1)顺反异构体顺反异构体2.4 定性分析定性分析295.
6、5 29000280.010500280.028300265.014000295.027000280.013500214.034000198.026000C CHHC CHHC CCHHHCH2C CHHCHCH2C CCHHOHOC CHHCOHOCH3O CCOCHCHOCH3OCCCCHOCH3OHCH3OO1,2-1,2-二苯乙烯二苯乙烯1-苯基苯基-1,3-丁二烯丁二烯肉桂酸肉桂酸丁烯二酸二甲酯丁烯二酸二甲酯maxmax反式反式 顺式顺式OCCOCH3CH3HRK KRK Kn C6H142)2)互变异构体互变异构体(分子内和分子间氢键分子内和分子间氢键)R带吸收，带吸收，max=2
7、72nm K 带带 吸收，吸收，max=243nmR 带带 吸收，吸收，max=300nm 图2.39C2H5OHH2O酮式酮式100%100%K K带消失带消失R R带蓝移带蓝移烯醇式烯醇式 51%51%烯醇烯醇式为主式为主OCCOCH3CH32.4 定性分析定性分析2.4 定性分析定性分析CCCH3OOH 利用利用maxmax 与浓度的关系，可测得平衡体系中与浓度的关系，可测得平衡体系中互变异构体的相对含量，从而计算其平衡常数互变异构体的相对含量，从而计算其平衡常数 250nm 250nm 为酮式为酮式K K带带图2.39320nm 320nm 烯醇式烯醇式K K带带 H2OCH3CH2O
8、 CH2CH3不同溶剂不同溶剂UVUV图图CCCH3OO溶剂极性对互变异构平衡的影响溶剂极性对互变异构平衡的影响 溶溶 剂剂 极极 性性酮酮 式式 与与 烯烯 醇醇 式式 的的 相相 对对 稳稳 定定 性性在在极性溶剂极性溶剂中中 1)1)酮式酮式可与水分子生成溶剂氢键而具有可与水分子生成溶剂氢键而具有较大的稳定性，平衡向左较大的稳定性，平衡向左(酮式酮式)移动移动在在非极性溶剂非极性溶剂中中 1)1)烯醇式烯醇式可生成分子内氢键而具有较可生成分子内氢键而具有较大的稳定性，在平衡体系中占优势大的稳定性，在平衡体系中占优势2)2)烯醇式烯醇式不能与水分子生成氢键，在不能与水分子生成氢键，在该系统
9、中所占该系统中所占比例极小比例极小2)2)酮式酮式不能生成分子内氢键，在该体不能生成分子内氢键，在该体系中百分系中百分含量很低含量很低2.4 定性分析定性分析5.5.有机化合物摩尔质量测定有机化合物摩尔质量测定 将具有相同发色团的化合物配制成质量分子将具有相同发色团的化合物配制成质量分子数数(百分浓度，百分浓度，W W，g/L)g/L)相同的溶液相同的溶液 则化合物摩尔质量越大，发色团在分子中所则化合物摩尔质量越大，发色团在分子中所占的比例越小，吸收强度越弱占的比例越小，吸收强度越弱 反之亦然反之亦然 根据这一原理可测定化合物的摩尔质量根据这一原理可测定化合物的摩尔质量 A=C LM=LW/A
10、=(W/M)L发色团相同的不同化合物，某些发色团相同的不同化合物，某些UV光谱特征相似光谱特征相似2.4 定性分析定性分析6.6.氢键强度测定氢键强度测定 溶剂极性增加时，溶剂极性增加时，R（n-*）带将发生带将发生蓝移蓝移主要原因：主要原因：n n 电子与极性溶剂的氢键稳定化作用电子与极性溶剂的氢键稳定化作用 在在极性极性溶剂和溶剂和非极性溶剂非极性溶剂中中 n-n-*跃迁所需跃迁所需能量差能量差 (R(R带带maxmax位移值位移值)直接与氢键强度有关直接与氢键强度有关 通过测定通过测定maxmax的的位移程度位移程度可测定可测定氢键强度氢键强度注意注意这里用的是这里用的是 R R 带的带
11、的maxmax值，而不是值，而不是 R R 带的带的maxmax值值 R R带的带的maxmax值很小，不宜用于定量分析值很小，不宜用于定量分析2.4 定性分析定性分析环己烷中环己烷中n n-*跃迁跃迁 maxmax=335335nmnm乙醇中乙醇中 n n-*跃迁跃迁 maxmax=320320nmnmh=6.62610-34J.s 假定溶剂位移全部由于生成氢键所致，试计假定溶剂位移全部由于生成氢键所致，试计算该化合物在乙醇中的氢键强度算该化合物在乙醇中的氢键强度已知亚异丙基酮已知亚异丙基酮CCH C CH3OCH3CH3N0=6.021023 c=3108 m/s2.4 定性分析定性分析=
12、3.57105 J/mol氢键强度氢键强度=EH=E乙醇乙醇-E环己烷环己烷 CCH C CH3OCH3CH3环己烷中环己烷中n n-*跃迁跃迁 maxmax=335335nmnm乙醇中乙醇中 n n-*跃迁跃迁 maxmax=320320nmnm解解:E=hv=hc/的单位为米时，的单位为米时，E 的单位为的单位为 J/molE环己烷环己烷=hcN0/=0.119/(33510-9)=3.74105 J/molE乙醇乙醇=0.119/(32010-9)=3.74105-3.57105=1.7104 J/mol 2.4 定性分析定性分析氢键强度氢键强度 EH=EP-En p-极性溶剂，极性溶剂
13、，n-非极性溶剂非极性溶剂 实际上，实际上，van der Waals 力作用也会引起光谱力作用也会引起光谱特征的变化，但特征的变化，但van der Waals 力作用一般比较氢力作用一般比较氢键作用小得多，在计算过程中忽略了它的作用。键作用小得多，在计算过程中忽略了它的作用。2.4 定性分析定性分析7.7.位阻效应测定位阻效应测定 图2.32C CHHC CHHCH3C CCH3CH3C CHCH3位阻效应小位阻效应小位阻效应中等位阻效应中等位阻效应大位阻效应大2.4 定性分析定性分析2-5 2-5 紫外光谱定量分析紫外光谱定量分析 一一.定量分析的基础定量分析的基础 Lambert Be
14、er定律的假定：定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液只有在稀溶液(c 10-2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收等相互作用，直接影响了对光的吸收 朗伯朗伯比耳定律只适用于稀溶液。比耳定律只适用于稀溶液。A=KC L2.5 定量分析定量分析离解离解聚合聚合互变异构互变异构配合物的形成等配合物的形成等在这种情况下，溶液在这种情况下，溶液 pH 对测定有重要影响对测定有重要影响 溶液中溶液中Cr42-、Cr272-的颜色及吸光性质不同的颜色及吸光性质不同例：铬酸盐或重铬酸盐
15、溶液中存在下列平衡：例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：吸光质点的浓度可能发生变化，影响吸光度吸光质点的浓度可能发生变化，影响吸光度溶液中存在着各种溶液中存在着各种化学平衡时化学平衡时2.5 定量分析定量分析Cr42-2HCr272-H22.5 定量分析定量分析二二.定量分析方法定量分析方法 1.单一组份的测定单一组份的测定 标准曲线法标准曲线法 A)一次标准加入法一次标准加入法 在待测溶液中加入少量已知浓度在待测溶液中加入少量已知浓度C C的待测化的待测化合物标准溶液，计算合物标准溶液，计算 C Cx x：条件条件 C 100 Cx&V 0.01Vx AC0图4.5.1.单组分标准曲线图
16、2.43Cx =Ax/(Ax+-Ax)CAx/Ax+=Cx/Cx+CAx+=L(Cx+C)Ax =LCx线性范围线性范围 标准加入法：标准加入法：试样较复杂试样较复杂B)多次标准加入法多次标准加入法 在若干等分试样中分别加入不同量的被测组在若干等分试样中分别加入不同量的被测组分标准溶液，使增值分别为分标准溶液，使增值分别为0，Ck1,Ck2,，测测对应的吸光度对应的吸光度A 适合于复杂试样中微适合于复杂试样中微量组分的测定量组分的测定AOCkxCO绘制绘制 A Ck 校正曲线校正曲线则则 A=L(Cx+Ck)2.5 定量分析定量分析 差示法差示法 (差谱或差示光谱差谱或差示光谱)用一已知浓度的
17、标准溶液作参比，与未知浓用一已知浓度的标准溶液作参比，与未知浓度的试样溶液比较，测量度的试样溶液比较，测量 A A A 控制在控制在0.20.20.80.8范围之内（浓度范围之内（浓度C太高时太高时会偏离会偏离 Lambert Beer定律）定律）差示法的关键在于如何选择差示法的关键在于如何选择 参比溶液的参比溶液的Cs。测量值：测量值：A=As-Ax=L(Cs-Cx)As=log(I0/Is)=LCs 未知溶液未知溶液Ax=log(I0/Ix)=LCx浓度为浓度为Cs的标准溶液的标准溶液2.5 定量分析定量分析2.5 定量分析定量分析 用比待测溶液浓度用比待测溶液浓度Cx 稍低的稍低的 Cs
18、 标准溶液，调节透光率为标准溶液，调节透光率为100%用比用比 Cx 稍高的稍高的 Cs 标准溶液，标准溶液，调节透光率为调节透光率为 0 用比用比Cx 稍高稍高Cs1 或稍低或稍低Cs2的两的两份标准溶液，分别调节透光率为份标准溶液，分别调节透光率为 0 或或100%。204060801000204060801000T,%T,%204060801000204060801000T,%T,%204060801000204060801000T,%T,%xs高吸收法高吸收法 测定高浓度溶液测定高浓度溶液低吸收法低吸收法测定低浓度溶液测定低浓度溶液精密法精密法测定适中浓度溶液测定适中浓度溶液xss1x
19、s2 吸光度吸光度A A 在在0.2-0.80.2-0.8范围内误差最小。超出此范围，范围内误差最小。超出此范围，如高浓度或低浓度溶液，其吸光度测定误差较大。尤其是如高浓度或低浓度溶液，其吸光度测定误差较大。尤其是高浓度溶液，更适合用差示法。高浓度溶液，更适合用差示法。一般分光光度测定选用试剂空白或溶液空白作为参比，一般分光光度测定选用试剂空白或溶液空白作为参比，差示法则选用一已知浓度的溶液作参比。该法的实质是相差示法则选用一已知浓度的溶液作参比。该法的实质是相当于透光率标度放大。当于透光率标度放大。由示意图可见，差示法实际上起了一种扩大标尺的作用。由示意图可见，差示法实际上起了一种扩大标尺的
20、作用。2.5 定量分析定量分析2.2.多组份样品的分析多组份样品的分析 在多组分混合溶液中，若各组份之间的吸收峰位相距在多组分混合溶液中，若各组份之间的吸收峰位相距较远，可视为单组份进行分析。较远，可视为单组份进行分析。多组份的分析有三种方法多组份的分析有三种方法 解联立方程法解联立方程法 多波长法多波长法 导数光谱法导数光谱法2.5 定量分析定量分析 解联立方程法解联立方程法 若若x，y 两组份有重叠两组份有重叠可在可在1、2处测处测 A1、A2解此联立方程可求得被测样品中解此联立方程可求得被测样品中 Cx 和和 Cy 分别测定纯物质分别测定纯物质 x,y 在在1、2处的处的A可求得可求得x
21、1、y1、x2、y2 A1=Ax1+Ay11 1 处处2 2 处处=x2 CxL+y2 CyLA2=Ax2+Ay2=x1CxL+y1 CyL2.5 定量分析定量分析 多波长法多波长法 1951 1951年，年，B.ChanceB.Chance首先提出用双波长法研究首先提出用双波长法研究生物化学中的浑浊液分析。生物化学中的浑浊液分析。19681968年，日本研究出商年，日本研究出商品化双波长分光光度计，此后分光光度法在分析化品化双波长分光光度计，此后分光光度法在分析化学中的应用得到迅速发展。学中的应用得到迅速发展。利用切光器使两束具有不同波长的单色光以一利用切光器使两束具有不同波长的单色光以一定
22、时间间隔交替照射到同一样品池定时间间隔交替照射到同一样品池由由A A 求得待测组分的含量求得待测组分的含量A=A2-A12.5 定量分析定量分析则则 在在1 1和和2 2处测得的吸光度分别为处测得的吸光度分别为 A1=1C L +A0 只要分别测出只要分别测出1和和2 处的处的A1和和A2，就可求得，就可求得A组分的含量组分的含量A2=2C L +A0A0 为背景吸收或光散射为背景吸收或光散射可认为它们的可认为它们的 A0 相同相同若若1 1、2 2相差不远时相差不远时=(2-1)C LA=A2-A1A 与被测组份的浓度成正比与被测组份的浓度成正比2.5 定量分析定量分析2.5 定量分析定量分
23、析图2.47等吸光度点法（等吸光度点法（作图法作图法）通常将通常将2 2 选在吸收峰处选在吸收峰处双组分无相互干扰双组分无相互干扰等吸收点处等吸收点处2 22AtA1AtA1A2A适当选择适当选择1 1、2 2 ，可消除干扰组份的吸收，可消除干扰组份的吸收双波长测得的是双波长测得的是A A可不必预先分离或采用其它掩蔽的手段可不必预先分离或采用其它掩蔽的手段1 1双波长光度法的优点（与单波长法相比）：双波长光度法的优点（与单波长法相比）：避免比色皿差异引起的误差、避免比色皿差异引起的误差、不用参比溶液，以试样本身对某一波长不用参比溶液，以试样本身对某一波长1 1的的吸光度吸光度Ax1作参比，可避
24、免单波长法使用试样及参作参比，可避免单波长法使用试样及参比两个吸收池时由于吸收池之间的差异所引起的比两个吸收池时由于吸收池之间的差异所引起的误差；误差；可消除溶液混浊的干扰；单波长法不能分析可消除溶液混浊的干扰；单波长法不能分析浑浊样品浑浊样品 可消除背景吸收及光散射的影响可消除背景吸收及光散射的影响2.5 定量分析定量分析 不经联立方程计算直接测定混合溶液中不经联立方程计算直接测定混合溶液中2 23 3种相互干扰组分的各自含量；种相互干扰组分的各自含量；可见，双波长光谱法显著提高了分光光度法可见，双波长光谱法显著提高了分光光度法的灵敏度和选择性，并大大扩大了应用范围。的灵敏度和选择性，并大大
25、扩大了应用范围。可测量试样溶液的导数光谱。可测量试样溶液的导数光谱。2.5 定量分析定量分析2.6 2.6 导数光谱法导数光谱法 2020世纪世纪2020年代年代，DymondDymond首先提出把导数技术应用首先提出把导数技术应用于仪器分析领域。于仪器分析领域。2020世纪世纪5050年代初年代初，导数技术开始引入紫外，导数技术开始引入紫外-可见可见和红外分光光度分析，为分光光度法的发展开辟了一和红外分光光度分析，为分光光度法的发展开辟了一条新的途径。条新的途径。直到直到2020世纪世纪6060年代年代，由于仪器的限制，导数技术，由于仪器的限制，导数技术的发展比较缓慢的发展比较缓慢 2020
26、世纪世纪7070年代以来年代以来，随着低噪音运算放大器的出，随着低噪音运算放大器的出现和计算机在分光光度中的应用，简化了获得导数光现和计算机在分光光度中的应用，简化了获得导数光谱的方法，有力地推动了导数光谱的理论与应用研究谱的方法，有力地推动了导数光谱的理论与应用研究的发展。的发展。2.6 导数光谱导数光谱 引入导数技术，扩展了分光光度法的应用范引入导数技术，扩展了分光光度法的应用范围，在多组分同时测定、浑浊样品分析、消除背围，在多组分同时测定、浑浊样品分析、消除背景干扰和加强光谱的精细结构以及复杂光谱的辨景干扰和加强光谱的精细结构以及复杂光谱的辨析等方面，导数分光光度法在一定程度上解决了析等
27、方面，导数分光光度法在一定程度上解决了普通分光光度法难于解决的问题。普通分光光度法难于解决的问题。2.6 导数光谱导数光谱一一.导数分光光度法的基本原理导数分光光度法的基本原理 A(A(或或T)T)对对求导求导图2.47bcIIA 0lognnnnddbcdAd 吸收曲线和吸收曲线和1 14 4阶导数阶导数2.6 导数光谱导数光谱二二.重叠吸收带的分辨重叠吸收带的分辨 图2.492.6 导数光谱导数光谱2.6 导数光谱导数光谱当两吸收峰重叠当两吸收峰重叠(如肩峰如肩峰)时的时的吸收曲线及吸收曲线及1 14 4阶导数光谱图阶导数光谱图 导数光谱的求值方法导数光谱的求值方法切线法切线法峰谷法峰谷法
28、峰零法峰零法 求得导数值后，即可按一般分光光度法的定求得导数值后，即可按一般分光光度法的定量分析方法求其组分含量。量分析方法求其组分含量。2.6 导数光谱导数光谱用比待测溶液浓度Cx 稍低的 Cs 标准溶液，调节透光率为100%57105 J/molR带吸收，max=272nm假定溶剂位移全部由于生成氢键所致，试计算该化合物在乙醇中的氢键强度共有19000个化合物谱图，附有五种索引119/(33510-9)假定只有在稀溶液(c 10-2 mol/L)时才基本符合。条件 C 100 Cx&V 0.Handbook of ultraviolet and visible absorption spe
29、ctra of organic compounds.A1A2 相应的 AA1/AA2 或 A1/A2直到20世纪60年代，由于仪器的限制，导数技术的发展比较缓慢根据这一原理可测定化合物的摩尔质量图2.50 1)1)提高选择性：提高选择性：多组份峰重叠，求多组份峰重叠，求导后差异加大，可求得导后差异加大，可求得真正的吸收光谱真正的吸收光谱 2)2)提高定量或检测提高定量或检测的灵敏度：的灵敏度：高阶导数可使峰形高阶导数可使峰形变高，变窄。变高，变窄。从图中可见，导数光谱法的特点：从图中可见，导数光谱法的特点：2.6 导数光谱导数光谱1mg/L 1mg/L 苯苯10mg/L 10mg/L 苯苯1m
30、g/L 1mg/L 苯；苯；2 2阶导数阶导数1mg/L 1mg/L 苯；苯；4 4阶导数阶导数图2.51痕量分析痕量分析乙醇吸收光谱乙醇吸收光谱可测定可测定 1mg/L 1mg/L 的苯的苯三三.导数光谱的应用导数光谱的应用 一般吸收光谱法只能检测到一般吸收光谱法只能检测到50mg苯苯/L乙醇乙醇 的水平。的水平。根本无法检测根本无法检测仅有很微弱的信号仅有很微弱的信号可检测可检测 5mg/L 5mg/L 的苯的苯乙醇中痕量苯的测定乙醇中痕量苯的测定2.6 导数光谱导数光谱CDCD与苯酚浓度成正比与苯酚浓度成正比 FNFN与苯胺浓与苯胺浓度成正比度成正比 废水中苯胺和苯酚含量的测定，也可以用
31、导数光废水中苯胺和苯酚含量的测定，也可以用导数光谱进行快速、简单、连续的分析，并达到谱进行快速、简单、连续的分析，并达到1 15mg/L5mg/L的的水平，即使试样混浊、有色也不会发生干扰水平，即使试样混浊、有色也不会发生干扰 5mg/L 5mg/L 苯胺、苯酚苯胺、苯酚4 4阶导数光谱阶导数光谱2.6 导数光谱导数光谱废水中苯酚的废水中苯酚的 UV UV 谱及谱及 1 1 阶导数谱阶导数谱图 含酚废水含酚废水无酚废水无酚废水苯酚水溶液苯酚水溶液2.6 导数光谱导数光谱石油中重金属的含量测定石油中重金属的含量测定 用普通吸收曲线难以直接测定用普通吸收曲线难以直接测定4 4阶导数光谱可直接单独或
32、同时测定镍、铁和钒阶导数光谱可直接单独或同时测定镍、铁和钒5-Br-PADAP5-Br-PADAP镍、铁、钒吸收光谱镍、铁、钒吸收光谱吸收光谱吸收光谱NiRFe RV R4阶导数光谱阶导数光谱FeNiV2.6 导数光谱导数光谱2.7 2.7 实验过程中的影响因素实验过程中的影响因素图2.532.7 实验影响因素实验影响因素图2.542.7 实验影响因素实验影响因素假如你从来未曾害怕受窘受伤害，那就是你从来没有冒过险。要纠正别人之前，先反省自己有没有犯错。那些背叛同伴的人，常常不知不觉地把自己也一起灭亡了。伊索你打个碗，妈妈可以原谅；你要是说谎，绝对不行。我这个人走得很慢，但是我从不后退。亚伯拉罕林肯不能强迫别人来爱自己，只能努力让自己成为值得爱的人。只有不想做的，没有做不到的。人若软弱就是自己最大的敌人；人若勇敢就是自己最好的朋友。勤奋，是步入成功之门的通行证。才智之民多则国强，才智之士少则国弱。故今天之教，宜先开其智。
