紫外吸收光谱的应用

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1、20: 19: 03 第 九 章第 九 章第 九 章 紫 外紫 外紫 外 -可 见 吸 收可 见 吸 收可 见 吸 收光 谱 法光 谱 法光 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 法第第第 五五五 节节节 紫 外 吸紫 外 吸紫 外 吸收 光 谱 的 应 用收 光 谱 的 应 用收 光 谱 的 应 用UV-VIS spectrophotometry,UVApplications of UV-VIS 20: 19: 05 9.5.1

2、 紫 外紫 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 化可 见 吸 收 光 谱 图 中 提 供 的 化合 物 结 构 信 息合 物 结 构 信 息合 物 结 构 信 息 一 、 可 获 得 的 结 构 信 息（ 1） 200 800 nm 无 吸 收 峰 饱 和 化 合 物 ， 单 烯 。（ 2） 270 350 nm有 吸 收 峰 (=10 100 Lmol-1cm-1) 醛 酮 n* 跃 迁 产 生 的 R吸 收 带 。（ 3） 250 300 nm有 中 等 强 度 的 吸 收 峰 (=200 2000 Lmol -1cm-1)

3、 芳 环 的 特 征 吸 收 (具 有 精 细 解 构 的 B吸 收 带 )。 20: 19: 06 可 获 得 的 结 构 信 息 ：可 获 得 的 结 构 信 息 ：可 获 得 的 结 构 信 息 ：（ 4） 200 250 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， 330 nm有 强 吸 收 峰 ： 3,4,5个 双 键 的共 轭 体 系 。 20: 19: 07

4、二 、二 、二 、 光 谱 解 析 注 意 事 项光 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CH3 CH3OH CH3OCOCH3B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

5、 苯 胺 类 化 合 物 。 20: 19: 08 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 ： max和 max， K， B， R带 。 20: 19: 09 一 般 过 程一 般 过 程一 般 过 程 ：1.了 解 尽 可 能 多 的 结 构 信 息

6、， 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 (1 20)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 。 20: 19:

7、10 二 、 不 饱 和 度 计 算二 、 不 饱 和 度 计 算二 、 不 饱 和 度 计 算 定 义 ： 分 子 结 构 中 达 到 饱 和 所 缺 一 价 元 素 的 “ 对 ” 数 。 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 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 ： C 9H8O2 u = 9 + （ 0 8 ） / 2 +1= 6 20:

8、 19: 11 三 、 化 合 物 结 构 确 定 示 例三 、 化 合 物 结 构 确 定 示 例三 、 化 合 物 结 构 确 定 示 例例 1 化 合 物 C10H 16， max231 nm（ max=9 000 Lmol-1cm-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 2mol H 2。 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

9、 ?) (2) 可 能 结 构 (a) (b) (c) (d) 如 何 判 断 ？ 20: 19: 12 （ 3） 计 算 验 证） 计 算 验 证） 计 算 验 证 max = 231 nm 结 构 （ a） ： max=六 环 二 烯 母 体 +4个 烷 基 取 代+环 外 双 键 = 217+（ 2 5） +5 = 232 nm 结 构 （ b） ： max=同 环 二 烯 母 体 +4个 烷 基 取 代+环 外 双 键 = 253+（ 4 5） = 273 nm 结 构 （ c） ： max=同 环 二 烯 母 体 +3个 烷 基 取 = 253+（ 3 5） = 268 nm 结 构

10、 （ d） ： max=同 环 二 烯 母 体 +3个 烷 基 取 代+环 外 双 键 = 253+（ 3 5） +5 = 268 nm结 构 (a) 最 接 近 实 测 值 。 可 再 与 标 准 谱 图 对 照 验 证 。 20: 19: 13 例例例 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 。 O OHO H3C CH3 O OHO H3C (a) (b)CH3解 ： 结 构 (a) ： max= 五 元 环 烯 酮 母 体 +-O H +

11、-R + -O R = 202 + 35 + 12 + 30 = 279 nm 结 构 (b) ： max = 烯 酯 母 体 + -O H + 2 -R + 环 内 双键 = 193 + 35 + (2 12) + 5 = 257 nm 20: 19: 14 9.5.3 定 量 分 析定 量 分 析定 量 分 析 依 据 ： 朗 伯 -比 尔 定 律 吸 光 度 ： A= l c 透 光 度 ： -lgT = l c 灵 敏 度 高 ： max： 104 105 L 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

12、 小 。 20: 19: 15 1、 单 组 分 的 测 定、 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、 多 组 分 同 时 测 定、 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 ： 20: 19: 16 第 三 种 情 况第 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

13、 重 叠 ， 但 服 从两 吸 收 曲 线 互 相 重 叠 ， 但 服 从 朗 伯朗 伯朗 伯 -比 尔比 尔比 尔 定 律定 律定 律 （ 1） 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 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 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

14、的 优越 性 。 A = A 2 -A 1 = （ x2-x1） bcx 20: 19: 17 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 合选 择 波 长 组 合 1、 2的 基 本 要

15、 求 是 ：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= Ay 2 - Ay 1 = 0故 ： Ax+y = Ax =（ x 2 - x 1） 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 。 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。 20:

16、 19: 17 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

17、 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 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 ？ 20: 19: 18 解 ： 由 吸 光 度 的 加 和 性 ， 得在 max 470nm处0.424 = 4170 1.00 c T + 2290 1.00 c

18、D在 max 428nm处0.401 = 3540 1.00 c T + 2730 1.00 c D有 以 上 两 式 解 得 T和 D的 浓 度c T = 7.30 10-5 molL-1c D = 5.22 10-5 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 ： 20: 19: 19 9.5.4 导 数 分 光 光 度 法导 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 峰 较 少 ， 谱 带 较宽 ， 选 择 性 差 。 导 数 分 光 光 度

19、 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 。 20: 19: 20 导 数 分 光 光 度 法导 数 分 光 光 度 法导 数 分 光 光 度 法 Lambert-Beer定 律 改 写 成 指 数 形

20、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 。 20: 19: 21 导 数 分 光 光 度 法导 数 分 光 光 度 法导 数 分 光 光 度 法 d/d=0，

21、 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 。 2222222 dddddd IcllIcI 33322223333 dddd3dddd lIcddlIcIclI 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 。 20: 19: 22 导 数 分 光 光 度 法导 数 分 光 光 度 法导

22、 数 分 光 光 度 法 单 一 峰 的 一 阶 微 分 是 基 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 。 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 过零 点 ,顶 点 则 分 别 对 应 于 零 或 一个 极 值 。 基 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

23、 宽 度 变 小 （ 信 号 变尖 锐 ， 使 分 辨 能 力 增 加 ） 。 基 本 吸 收 曲 线 及 1阶 到 4阶 导 数 曲 线 示 意 图 （ a） 基 本 吸 收 曲 线 及 1阶 到 4阶 导 数（ b） 两 个 不 等 高 曲 线 叠 加（ c） 叠 加 的 基 本 吸 收 曲 线 及 1阶 到 4阶 导 数 20: 19: 23 内 容 选 择内 容 选 择内 容 选 择 结 束结 束结 束第 十 章9.1 紫 外 -可 见 吸 收 光 谱 法 基 础 9.2 紫 外 -可 见 分 光 光 度 计 9.3 吸 收 带 类 型 与 溶 剂 效 应 9.4 典 型 有 机 化 合 物 的 紫 外 -可 见 吸 收 光 谱 9.5 紫 外 -可 见 吸 收 光 谱 在 有 机 化 合 物 结 构 分 析 中 的 的 应 用