紫外可見(jiàn)吸收光譜法應(yīng)用

紫外可見(jiàn)吸收光譜法總述

物質(zhì)的紫外吸收光譜基本上是其分子中生色團(tuán)及助色團(tuán)的特征，而不是整個(gè)分子的特征。如果物質(zhì)組成的變化不影響生色團(tuán)和助色團(tuán)，就不會(huì)顯著地影響其吸收光譜，如甲苯和乙苯具有相同的紫外吸收光譜。另外，外界因素如溶劑的改變也會(huì)影響吸收光譜，在極性溶劑中某些化合物吸收光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)會(huì)消失，成為一個(gè)寬帶。所以，只根據(jù)紫外光譜是不能完全確定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，還必須與紅外吸收光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜以及其他化學(xué)、物理方法共同配合才能得出可靠的結(jié)論。

紫外可見(jiàn)吸收光譜法化合物的鑒定

利用紫外光譜可以推導(dǎo)有機(jī)化合物的分子骨架中是否含有共軛結(jié)構(gòu)體系，如C=C－C=C、C=C－C=O、苯環(huán)等。利用紫外光譜鑒定有機(jī)化合物遠(yuǎn)不如利用紅外光譜有效，因?yàn)楹芏嗷衔镌谧贤鉀](méi)有吸收或者只有微弱的吸收，并且紫外光譜一般比較簡(jiǎn)單，特征性不強(qiáng)。利用紫外光譜可以用來(lái)檢驗(yàn)一些具有大的共軛體系或發(fā)色官能團(tuán)的化合物，可以作為其他鑒定方法的補(bǔ)充。

（1）如果一個(gè)化合物在紫外區(qū)是透明的，則說(shuō)明分子中不存在共軛體系，不含有醛基、酮基或溴和碘?？赡苁侵咀逄?xì)浠衔?、胺、腈、醇等不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系的化合物。

（2）如果在210～250nm有強(qiáng)吸收，表示有K吸收帶，則可能含有兩個(gè)雙鍵的共軛體系，如共軛二烯或α，β-不飽和酮等。同樣在260，300，330nm處有高強(qiáng)度K吸收帶，在表示有三個(gè)、四個(gè)和五個(gè)共軛體系存在。

（3）如果在260～300nm有中強(qiáng)吸收（ε=200～1 000），則表示有B帶吸收，體系中可能有苯環(huán)存在。如果苯環(huán)上有共軛的生色基團(tuán)存在時(shí)，則ε可以大于10 000。

（4）如果在250～300nm有弱吸收帶（R吸收帶），則可能含有簡(jiǎn)單的非共軛并含有n電子的生色基團(tuán)，如羰基等。

紫外可見(jiàn)吸收光譜法純度檢查

如果有機(jī)化合物在紫外可見(jiàn)光區(qū)沒(méi)有明顯的吸收峰，而雜質(zhì)在紫外區(qū)有較強(qiáng)的吸收，則可利用紫外光譜檢驗(yàn)化合物的純度。對(duì)于異構(gòu)體的確定，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算出λmax值，與實(shí)測(cè)值比較，即可證實(shí)化合物是哪種異構(gòu)體。如: 乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇式互變異構(gòu)

紫外可見(jiàn)吸收光譜法位阻作用的測(cè)定

由于位阻作用會(huì)影響共軛體系的共平面性質(zhì)，當(dāng)組成共軛體系的生色基團(tuán)近似處于同一平面，兩個(gè)生色基團(tuán)具有較大的共振作用時(shí)，λmax不改變，εmax略為降低，空間位阻作用較??；當(dāng)兩個(gè)生色基團(tuán)具有部分共振作用，兩共振體系部分偏離共平面時(shí)，λmax和εmax略有降低；當(dāng)連接兩生色基團(tuán)的單鍵或雙鍵被扭曲得很厲害，以致兩生色基團(tuán)基本未共軛，或具有極小共振作用或無(wú)共振作用，劇烈影響其UV光譜特征時(shí)，情況較為復(fù)雜化。在多數(shù)情況下，該化合物的紫外光譜特征近似等于它所含孤立生色基團(tuán)光譜的“加合”。

紫外可見(jiàn)吸收光譜法氫鍵強(qiáng)度的測(cè)定

溶劑分子與溶質(zhì)分子締合生成氫鍵時(shí)，對(duì)溶質(zhì)分子的UV光譜有較大的影響。對(duì)于羰基化合物，根據(jù)在極性溶劑和非極性溶劑中R帶的差別，可以近似測(cè)定氫鍵的強(qiáng)度。溶劑分子與溶質(zhì)分子締合生成氫鍵時(shí)，對(duì)溶質(zhì)分子的UV光譜有較大的影響。對(duì)于羰基化合物，根據(jù)在極性溶劑和非極性溶劑中R帶的差別，可以近似測(cè)定氫鍵的強(qiáng)度。

紫外可見(jiàn)吸收光譜法定量分析

朗伯-比爾定律是紫外-可見(jiàn)吸收光譜法進(jìn)行定量分析的理論基礎(chǔ)，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: A = ε b c

紫外可見(jiàn)吸收光譜儀由光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器以及數(shù)據(jù)處理及記錄（計(jì)算機(jī)）等部分組成

普通紫外可見(jiàn)光譜儀，主要由光源、單色器、樣品池(吸光池)、檢測(cè)器、記錄裝置組成．為得到全波長(zhǎng)范圍(200～800-nm)的光，使用分立的雙光源，其中氘燈的波長(zhǎng)為185～395 nm，鎢燈的為350～800nm．絕大多數(shù)儀器都通過(guò)一個(gè)動(dòng)鏡實(shí)現(xiàn)光源之間的平滑切換，可以平滑地在全光譜范圍掃描．光源發(fā)出的光通過(guò)光孔調(diào)制成光束，然后進(jìn)入單色器；單色器由色散棱鏡或衍射光柵組成，光束從單色器的色散原件發(fā)出后成為多組分不同波長(zhǎng)的單色光，通過(guò)光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)分別將不同波長(zhǎng)的單色光經(jīng)狹縫送入樣品池，然后進(jìn)入檢測(cè)器(檢測(cè)器通常為光電管或光電倍增管)，最后由電子放大電路放大，從微安表或數(shù)字電壓表讀取吸光度，或驅(qū)動(dòng)記錄設(shè)備，得到光譜圖。

紫外、可見(jiàn)光譜儀設(shè)計(jì)一般都盡量避免在光路中使用透鏡，主要使用反射鏡，以防止由儀器帶來(lái)的吸收誤差．當(dāng)光路中不能避免使用透明元件時(shí)，應(yīng)選擇對(duì)紫外、可見(jiàn)光均透明的材料(如樣品池和參考池均選用石英玻璃)．

儀器的發(fā)展主要集中在光電倍增管、檢測(cè)器和光柵的改進(jìn)上，提高儀器的分辨率、準(zhǔn)確性和掃描速度，最大限度地降低雜散光干擾．目前，大多數(shù)儀器都配置微機(jī)操作，軟件界面更貼近我們所要完成的分析工作．

1、紫外可見(jiàn)吸收光譜所對(duì)應(yīng)的電磁波長(zhǎng)較短，能量大，它反映了分子中價(jià)電子能級(jí)躍遷情況。主要應(yīng)用于共軛體系（共軛烯烴和不飽和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。

2、由于電子能級(jí)改變的同時(shí)，往往伴隨有振動(dòng)能級(jí)的躍遷，所以電子光譜圖比較簡(jiǎn)單，但峰形較寬。一般來(lái)說(shuō)，利用紫外吸收光譜進(jìn)行定性分析信號(hào)較少。

3、紫外可見(jiàn)吸收光譜常用于共軛體系的定量分析，靈敏度高，檢出限低。

紫外可見(jiàn)吸收光譜的基本原理是利用在光的照射下待測(cè)樣品內(nèi)部的電子躍遷，電子躍遷類(lèi)型有：

（1）σ→σ* 躍遷 指處于成鍵軌道上的σ電子吸收光子后被激發(fā)躍遷到σ*反鍵軌道

（2）n→σ* 躍遷 指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向σ*反鍵軌道的躍遷

（3）π→π* 躍遷 指不飽和鍵中的π電子吸收光波能量后躍遷到π*反鍵軌道。

（4）n→π* 躍遷 指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向π*反鍵軌道的躍遷。

電子躍遷類(lèi)型不同，實(shí)際躍遷需要的能量不同：

σ→σ* ～150nm

n→σ* ～200nm

π→π* ～200nm

n→π* ～300nm

吸收能量的次序?yàn)椋害摇?>n→σ*≥π→π*>n→π*

特殊的結(jié)構(gòu)就會(huì)有特殊的電子躍遷，對(duì)應(yīng)著不同的能量（波長(zhǎng)），反映在紫外可見(jiàn)吸收光譜圖上就有一定位置一定強(qiáng)度的吸收峰，根據(jù)吸收峰的位置和強(qiáng)度就可以推知待測(cè)樣品的結(jié)構(gòu)信息。

分子的紫外可見(jiàn)吸收光譜法是基于分子內(nèi)電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜進(jìn)行分析的一種常用的光譜分析法。分子在紫外-可見(jiàn)區(qū)的吸收與其電子結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。紫外光譜的研究對(duì)象大多是具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的分子。如，膽甾酮（a）與異亞丙基丙酮（b）分子結(jié)構(gòu)差異很大，但兩者具有相似的紫外吸收峰。兩分子中相同的O=C-C=C共軛結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生紫外吸收的關(guān)鍵基團(tuán)。

紫外-可見(jiàn)以及近紅外光譜區(qū)域的詳細(xì)劃分如圖4.4所示。紫外-可見(jiàn)光區(qū)一般用波長(zhǎng)（nm）表示。其研究對(duì)象大多在200-380 nm的近紫外光區(qū)和/或380-780 nm的可見(jiàn)光區(qū)有吸收。紫外-可見(jiàn)吸收測(cè)定的靈敏度取決于產(chǎn)生光吸收分子的摩爾吸光系數(shù)。該法儀器設(shè)備簡(jiǎn)單,應(yīng)用十分廣泛。如醫(yī)院的常規(guī)化驗(yàn)中，95%的定量分析都用紫外-可見(jiàn)分光光度法。在化學(xué)研究中，如平衡常數(shù)的測(cè)定、求算主-客體結(jié)合常數(shù)等都離不開(kāi)紫外-可見(jiàn)吸收光譜。

影響紫外吸收光譜的因素有：1、共軛效應(yīng)；2、超共軛效應(yīng)；3、溶劑效應(yīng)；4、溶劑pH值。

各種因素對(duì)吸收譜帶的影響表現(xiàn)為譜帶位移、譜帶強(qiáng)度的變化、譜帶精細(xì)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)或消失等。譜帶位移包括藍(lán)移（或紫移，hypsochromic shift or blue shift))和紅移(bathochromic shift or red shift)。藍(lán)移（或紫移）指吸收峰向短波長(zhǎng)移動(dòng)，紅移指吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)。吸收峰強(qiáng)度變化包括增色效應(yīng)(hyperchromic effect)和減色效應(yīng)(hypochromic effect)。前者指吸收強(qiáng)度增加，后者指吸收強(qiáng)度減小。各種因素對(duì)吸收譜帶的影響結(jié)果總結(jié)于圖中。