波谱分析论文-紫外光谱原理及其应用

波谱-紫外光谱原理及其应用 赣南师范大学 2015-2016 学年第2学期 《 波谱分析 》课程论文 行政班级:化学1301班 学号:130900073 姓名:李丽梅 选课班级:化学1301班 任课教师:路东亮 成绩 : 论文目: 论文题目: 紫外光谱原理及其应用 论文要求:论文要求: 结合所学专业课程的内容，自选一个论文题目。要求内容丰富、结合所学专业课程的内容，自选一个论文题目。要求内容丰富、论证充分、合理、有自己的观点;格式规范、语言流畅。论证充分、合理、有自己的观点;格式规范、语言流畅。不允许抄袭不允许抄袭参考文献或者其他同学的文章。参考文献或者其他同学的文章。 教师:教师评语: 评价指标评价指标 AA BB CC 评评 分分 正确，有自己观正确，有自己观较正确，有自己较正确，有自己错误，或没有自错误，或没有自观点观点 点，有创新性点，有创新性 的观点的观点 己的观点，抄袭己的观点，抄袭 语言流畅，层次语言流畅，层次语言较流畅，结语言较流畅，结文字不通，条理文字不通，条理行文行文 分明，中心突出分明，中心突出 构合理构合理 不清不清 材料丰富，论证材料丰富，论证材料较多，论证材料较多，论证缺乏证据，简单缺乏证据，简单论证论证 充分，逻辑性强充分，逻辑性强 基本合理基本合理 拼凑拼凑 符合论文格式与符合论文格式与基本符合论文格基本符合论文格不符合论文格式不符合论文格式规范规范 规范规范 式与规范式与规范 与规范与规范 总成绩取平均值总成绩取平均值 教师签字:教师签字: 年年 月月 日日 摘要:时至今日，波谱分析已经成为探究有机分子和生物大分子的最可靠、最 有效的结构分析手段。因此掌握波普实验法并利用谱图提供的结构信息，实为 从事有机化学及相关学科工作的必须。在我国，理科院校有机波普分析也已成 为有机化学，有机分析的中心内容之一。对有机化合物的结构表征应用最为广 泛的仪器分析方法是:紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱等。本文就紫 外光谱综合阐述其原理及应用。 关键词:紫外光谱、基本原理、应用 Abstract:Today, the spectrum analysis of organic molecules and biological macromolecules has become the most reliable and most effective means of structural analysis. Therefore grasp pop experimental method and using information structure of spectra, it is must be working in the field of organic chemistry and related disciplines. In our country, analysis of organic pop science colleges has become organic chemistry, organic analysis of one of the central content. The structure of organic compounds represent the most widely used instrument analysis method is: ultraviolet spectrum, infrared spectrum, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, mass spectrometry, etc. In this paper, the principle and application of ultraviolet spectroscopy, comprehensive elaboration. Keywords:Ultraviolet spectrum、The basic principle of、application 前言:在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸 光光度法，主要有: 红外吸收光谱:分子振动光谱，吸收光波长范围2.5~1000um，主要用于有 机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱:电子跃迁光谱，吸收光波长范围200~400nm(近紫外区)， 可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸收光谱:电子跃迁光谱，吸收光波长范围400~750nm，主要用于有色 物质的定量分析。 紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波,由低能级跃近到 高能级而产生 的一种光谱,也称之为电子光谱.目前使用的紫外光谱仪波长范围是 200~800nm.其基本原理是用不同波长的近紫外光(200~400nm)依次照一定浓度的被测样品溶液时,就会发现部分波 长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标(单位 nm),吸收度(absorbance)A 为纵坐标作图,即得到紫外光谱(ultra violet spectra，简称 UV) 1、紫外可见光谱 紫外吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁所产生的。由于电子能级跃迁往往要引起分子中核的运动状态的变化，因此在电子跃迁的同时，总是伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁[1]。考虑跃迁前的基态分子并不是全是处于最低振动和转动能级，而是分布在若干不同的振动和转动能级上;而且电子跃迁后的分子也不全处于激发态的最低振动和转动能级，而是可达到较高的振动和转动能级,因此电子能级跃迁所产生的吸收线由于附加上振动能级和转动能级的跃迁而变成宽的吸收带。此外，进行紫外光谱测定时，大多数采用液体或溶液试样。液体中较强的分子间作用力，或溶液中的溶剂化作用都导致振动、转动精细结构的消失。但是在一定的条件下，如非极性溶剂的稀溶液或气体状态，仍可观察到紫外吸收光谱的振动及转动精细结构。 1.1紫外可见光谱的基本概念 1.1.1电子跃迁[2]的类型 根据分子轨道的计算结果，分子轨道能级的能量以反键σ轨道最高，而n轨道的能量介于成键轨道与反键轨道之间。分子轨道能级的高低次序如下: σ*>π*>n>π>σ -1 1、σ?σ* σ键键能高，要使σ电子跃迁需要很高的能量，大约780KJ.mol，是一种高能跃迁。这类跃迁对应的吸收波长都在真空紫外区，在近紫外区是透明的，所以常用作测定紫外吸收光谱的溶剂。 2、n?σ* 分子中含有氧、氮、硫、卤素等原子，则产生这种跃迁，它比σ?σ*跃迁的能量低得多。(甲硫醇 227nm，碘甲烷258nm) 3、π?π* 不饱和化合物及芳香化合物除含σ电子外，还含有π电子。π电子容易受激发，电子从成键的π轨道跃迁到反键的π轨道所需的能量比较低。一般孤立双键的乙烯、丙烯等化合物，其π?π*跃迁的波长在170-200nm 4范围内，但吸收强度强(10)。如果烯烃上有取代基或烯键与其它双键共轭，π?π*跃迁的吸收波长将红移到近紫外区。芳香族化合物存在环状的共轭体系，π?π* 跃迁会出现三个吸收带即E吸收带、K吸收带、B吸收带(苯:184nm、203nm、256nm)。 4、n?π* 当化合物分子中同时含有π电子和n电子则可产生这种跃迁，n?π*，所需的能量最低，其所产生的吸收波长最长，但吸收强度很弱(丙酮:280nm，15)。 电子跃迁类型与分子结构及其存在的基团有密切的关系,可以根据分子结构来预测可能的电子跃迁(饱和烃σ?σ*，烯烃σ?σ*、π?π*，脂肪醚σ?σ*、n?σ*，醛酮π?π*、n?σ*、Σ?σ*、n?π*)。 1.1.2光吸收定律 通常以波长λ为横轴、吸光度A(百分透光率T%)为纵轴作图，就可获的该化合物的紫外吸收光谱图。 吸光度A，表示单色光通过某一样品时被吸收的程度 A=log(I/I), I入射010光强度，I透过光强度; 1 透光率也称透射率T，为透过光强度I与入射光强度I之比值，T= I/I1010透光率T与吸光度A的关系为 A=log(1/T) 1.1.3发色基团和助色基团 能使化合物出现颜色的一些基团。在紫外吸收光谱中沿用这一术语，其含义已经扩充到凡是能导致化合物在紫外及可见光区产生吸收的基团，不论是否显示颜色都称为发色基团。一般不饱和的基团都是发色基团(C=C、C=O、N=N 、三键、苯环等)。 早期引入的一个术语，它是指那些本身不会使化合物分子产生颜色或者在紫外及可见光区不产生吸收的一些基团，但这些基团与发色基团相连时却能使发色基团的吸收带波长移向长波，同时使吸收强度增加。通常，助色基团是由 含有孤对电子的元素所组成(-NH,-NR,-OH,-OR ,-Cl等)，这些基团借助P22 ?π共轭使发色基团增加共轭程度，从而使电子跃迁的能量下降。 -各种助色基团的助色效应各不相同，以O 为最大，F为最小。助色基团的 -助色效应强弱大致如下列顺序。Fx,y吸收光谱不重叠，按单组分的测定方法分别在处测得组分浓度。 <2>x，y吸收光谱单向重叠，x组分对y组分的测定有干扰。 <3>双向重叠，列方程组求Cx和Cy。 随着测量组分对俄增多，实验结果的误差也将增大。 2、3纯度检查 如果一化合物在紫外-可见光区没有吸收峰，而其中的杂质有较强的吸收，就可方便地检出该化合物中的痕量杂质。例如要检定甲醇或乙醇中的杂质苯等，可利用苯在259nm出的B吸收带，而甲醇或乙醇在此波长处几乎没有吸收。 2、4化合物结构的推测 2.4.1顺反异构体的判别 一般来说，顺式异构体的最大吸收波长比反式异构体的值小。 2.4.2互变异构体的测定 2.4.3构象的判别 2、5氢键强度的测定 n?π*吸收带在极性溶剂中比在非极性溶剂中的波长短一些。在极性溶剂中分子间形成了氢键，实现n?π*跃迁时，氢键也随之断裂;此时，物质吸收的光能，一部分用以实现n?π*跃迁，另一部分用以破坏氢键(即氢键的键能)。而在非极性溶剂中，不可能形成分子间氢键，吸收的光能仅为了实现n?π*跃迁，故所吸收的光波的能量较低，波长较长。由此可见，只要测定同一化合物在不同极性溶剂中的n?π*跃迁吸收带，就能计算其在极性溶剂中氢键的强度。 结语 紫外可见光谱法的应用具有用样品量少，结构信息丰富的特点，因此得到广泛的应用。同时，紫外可见光谱在理论、仪器、方法和应用等方面都取得了进步。紫外可见光谱的应用大大缩短了复杂化合物结构测定的时间，也是许多过去难以解决的问题迎刃而解，促进了学科的发展。 近年来，随着生物科学研究的发展，用波普技术在分子水平上研究生命过程的分子运动和变化规律成为前沿领域的热门话题，波普法测定生物分子的技术也得到快速的发展。紫外可见光谱具有光明的应用前景，相信随着紫外可见关顾的应用技术的加深，必将在众多领域改变我们的生活，带来巨大的利益。 参考文献 [1]张锐.现代材料分析方法.北京:化学工业出版社,2007,7. [2]林树昌,曾永淮.分析化学.河北:高等教育出版社. [3]邹建平,王璐,曾润生等.有机化合结构分析.北京:科学出版社,2005. [4]黄量,于德良.紫外光谱在有机化学中的应用.北京:科学出版社,1988.