紫外可见光谱的应用.doc

紫外可见光谱的应用 摘要：紫外可见光谱是一种电磁光谱，它在生产和科研等方面均有广泛的应用。本文介绍了紫外可见光谱的基本概念、基本原理等的内容，在此基础上重点综述了紫外可见光谱的多种应用。关键词：电磁波谱；紫外可见光谱；应用；The application of ultraviolet obvious spectrumAbstract: The ultraviolet obvious spectrum is one kind of electromagnetism spectrum，it has the widespread application on many aspects, such as producing and scientific research. This article introduced ultraviolet obvious spectrums basic concepts and basic principle, based on this with emphasis summarized ultraviolet obvious spectrum many kinds of applications. Key words: Electromagnetic spectrum; Ultraviolet obvious spectrum；Application;前 言近几十年来，各种光谱的应用发展很快。目前，常用的光谱有紫外可见光谱，红外吸收光谱，核磁共振谱等。在实际应用中，各种方法都有独到用处，紫外可见光谱虽是老的光谱之一，单至今仍广泛应用于结构测定和定量分析。紫外吸收光谱反映分子吸收能量后所产生的电子跃迁，电子跃迁受分子结构的影响，所以紫外可见光谱能部分反映分子中分子间的相互作用和空间效应。 本文首先介绍紫外可见光谱的基本概念、基本原理等基本内容，并在此基础上着重研究紫外可见光谱的多种应用。1. 紫外可见光谱电磁波可以和物质发生作用，物质吸收电磁波可以产生电磁波谱。物质的运动包括宏观运动和微观运动。在微观运动中组成分子的原子之间的键在不断振动，当电磁波的频率等于振动的频率时，分子就可以吸收电磁波，使振动加剧。原子由原子核和核外电子组成，核外电子在不断的振动着1。当用紫外线照射分子时，电子就会吸收紫外光跃迁到能量更高的轨道上运动，由此产生的电磁波谱称为紫外可见光谱。1.1 紫外可见光谱的基本概念1.1.1 电子跃迁类型分子在吸收紫外光后电子从低能态向高能态跃迁。一般有以下几种类型2：跃迁 位于成键轨道上的电子向反键轨道跃迁。跃迁 位于成键轨道上的电子向反键轨道跃迁。跃迁 位于轨道上的电子向反键轨道跃迁。跃迁 位于轨道上的电子向反键轨道跃迁。表1 电子在不同能级间跃迁类型的比较项目 吸收强度 强弱强 弱吸收波长150250250 涉及的化学键C-C C-HC-X C-SC-N C-OC=O C=SC=C C=N C=S C=N C=O 电子跃迁的类型与分子结构及其存在的基团有密切联系，因此可以根据分子结构来推测可能产生的电子跃迁。反之，也可以根据紫外吸收带的波长及电子跃迁的类型来判断化合物分子中可能存在的吸收基团。1.1.2 光吸收定律 一束单色光通过样品射入溶液时，如样品吸收单色光，则存在着如下关系：lg 该式为光吸收定律，在定量分析中有重要应用。1.1.3 发色团凡是可以使分子在紫外可见光区产生吸收带的原子团，统称为发色团。一般在发色团中含不饱和键，这些不饱和键能产生和跃迁。1.1.4 助色团含有杂原子的基团如OH、NH等，当它能使发色团的吸收波长变大或吸收强度增加，这些基团称为助色团。1.1.5 蓝移 由于分子结构的变化或溶剂等因素的影响，使吸收带向短波方向移动，这种现象称为蓝移。1.1.6 红移 由于分子的结构的变化或溶剂的影响，吸收带向波长方向移动，这种现象称为红移。1.2 紫外可见光谱的基本原理紫外光的波长范围为4400nm，其中4200nm称为远紫外区，空气的水汽、氧气、氮气、二氧化碳等都会吸收该区域的紫外光产生紫外可见光谱。进行远紫外区的测定时，为避免空气的干扰，要使仪器的测量系统处于真空中。这样的操作很麻烦，所以应用价值不大。常用波段是200400nm（紫外区）和400780nm(可见区)。由于玻璃会吸收小于300nm的紫外光，因此进行波长小于300nm的测定时要使用石英器件。分子吸收紫外可见光后就能发生电子跃迁。很少发生单纯的电子跃迁，一般情况是，从电子振动基态的若干转动状态同时发生向某个或某些电子激发态若干振动和转动状态的一系列跃迁，在光谱图上显示为一个或多个谱带系；每个谱带系代表一对电子能级间的跃迁，它包括若干个谱带；每个谱带都有伴随着同一电子跃迁发生的某一振动跃迁产生；而每个谱带又包含若干条谱线，每条谱线都由伴随着同一电子振动跃迁的某一转动跃迁产生。目前，对简单分子的气态试样已能分辨谱带系中的各条谱带；对一般的液态或固态试样，则只能记录下谱带系的带型。因而除谱带系结构可以分辨的少数场合外，一般可以把谱带系称作谱带。分子的电子结构是有规律的。许多简单分子和配位体的分子轨道无非是对成键起重要作用的非键轨道。这些轨道间的电子跃迁常需较高的能量，谱带一般在紫外区和远紫外区。只有较大的共扼体系的谱带才可能出现在可见区。过渡金属d轨道在配位场作用下常有不同的能量，但能级差一般不大，有关的谱带常常在可见区和近红外区（500012000），谱带强度比较弱。还有一种类型的跃迁称为电荷转移跃迁，谱带常常在紫外或可见区，一般有较大强度。一般电子吸收光谱用于定性分析，谱带的位置和强度是重要参数3。2. 紫外可见光谱法2.1 紫外可见光谱仪紫外-可见光谱仪涉及的波长范围是0.2-0.8微米（对应波数50000-12500厘米-1），它在有机化学研究中得到广泛的应用。通常用作物质鉴定、纯度检查，有机分子结构的研究4。在定量方面，可测定结构比较复杂的化合物和混合物中各组分的含量，也可以测定物质的离解常数，络合物的稳定常数，物质分子量鉴别和微量滴定中指示终点以及在高效液相色谱中作检测器等 。2.2 紫外可见光谱法紫外可见光谱法又称紫外可见分光光度法是基于物质分子的紫外可见吸收光谱而建立的一种定性、定量分析方法，该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好、应用广泛等特点5。其测定波长范围为200-1000nm 物质的分子的电子能级、振动能级都是量子化的，只有当辐射光子的能量恰好等于两能级间的能量差（两能级间的能量差与分子中价电子的结构有关）时，分子才能吸收能量。某一种分子的结构是确定的，所以一种分子只能吸收波长在一定范围内光子。我们就可以通过测量分子对其所吸收的光子的波长范围，来确定分子的结构。紫外可见分光光度法在有机物定性分析中有着广泛的应用，在无机物方面用于矿物、半导体、天然产物和化合物的研究。紫外可见分光光度法在定性方面主要依靠化合物的光谱特征，如吸收锋数目、位置、形状与标准光谱相比较，来确定某些基因的存在。尽管紫外可见分光光度法是一种比较常用的方法，但是，在一些情况下它不能单独用来确定一个未知化合物，还要与其它方法连用，才能实现准确分析。3. 紫外可见光谱的应用紫外吸收光谱在生产、科研的众多领域有着十分广泛的应用。主要应用于定性分析、定量分析、纯度检测、化合物结构的推测6、氢键强度的测定。 3.1 定性分析 利用紫外吸收光谱鉴定有机化合物，其主要依据是化合物的特征吸收特征。如吸收曲线的形状、吸收峰数目以及各吸收峰波长及摩尔吸收系数。用紫外光谱进行定性鉴定的化合物必须是纯净的，并按正确的操作方法用紫外分光光度计绘出吸收曲线，然后根据该化合物的吸收特征作出初步判断。 如果化合物的紫外光谱在220-400nm范围内没有吸收带，则可以判断该化合物可能是饱和的直链烃、脂环烃、或其它饱和的脂肪族化合物或只含一个双键的烯烃等。如果化合物只在270-350nm有弱的吸收带，则该化合物必含有n电子的简单非共轭发色基团，如羰基、硝基等。如果化合物在210-250nm范围有强的吸收带，且104，这是K吸收带的特征，则表明该化合物可能是含有共轭双键的化合物。如果吸收带出现在260-300nm范围内，则表明该化合物存在3个或3个以上共轭双键，如吸收带进入可见光区，则表明该化合物是长共轭发色基团的化合物或是稠环化合物。如果化合物在250-300nm范围内有中等强度吸收带，在103-104范围内，这是B吸收带的特征，因此表明该化合物可能含有苯环。3.2 定量分析 紫外可见光谱擅长与定量分析7。紫外分光光度法就是基于紫外可见吸收光谱的应用。紫外光谱在化合物含量测量方面的应用比其在化合物定性分析测定方面具有更大的优越性，方法的灵敏度高，准确性和重现性都很好，应用非常广泛。只要对金紫外光有吸收或可能吸收的化合物，均可用紫外可见分光光度法测定。仅药物分析来说，利用紫外吸收光谱进行定量分析的例子很多，例如一些国家已将数百种药物的紫外系吸收光谱的最大吸收波长和吸收系数载入药典。紫外分光光度法可方便的用量来直接测定混合物某些组分的含量，如环己烷中的苯，四氯化碳中的二硫化碳，鱼肝油中的维生素A等。3.3 纯度检查 紫外吸收光谱能测定化合物中含有微量的具有紫外吸收的杂质。如果一个化合物在紫外可见光区没有明显的吸收峰，而其的杂质在紫外区有较强的吸收峰，就可检出化合物中所含有的杂质（乙醇/苯，苯 max=256nm）。如果一个化合物在紫外可见光区有明显的吸收峰，可利用摩尔吸光系数（吸光度）来检查其纯度。3.4 化合物结构的推测 化合物的紫外可见吸收光谱基本上是分子中发色基团和助色基团的特性，而不是整个分子的特性，所以单独从紫外吸收光谱不能完全确定化合物的分子结构，必须与红外光谱、核磁共振、质谱及其它方法配合，才能得出可靠的结论。紫外可见光谱在研究化合物的结构中的主要作用是推测官能团、结构中的共轭体系以及共轭体系中的取代基的位置、种类和数目等。3.5 氢键强度的测定 在实际应用中，不同的极性溶剂产生氢键的强度不同，可以利用紫外可见光谱来测定化合物在不同溶剂中的氢键强度，以确定选择哪一种溶剂。异丙叉丙酮的n *吸收带在环己烷、乙醇、甲醇及水溶液中的max分别为335nm、320nm、312nm和300nm，假定这种max的移动完全由溶剂的氢键所引起，可利用一定公式计算每种溶剂中的氢键强度（极性溶剂分子与羰基氧形成了氢键，使n轨道能级降低而趋向稳定化，当n电子实现n *跃迁时，需要增加一定的能量来克服氢键的能量）。结 论：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，用波谱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，波谱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，相信随着紫外可见光谱的应用技术的加深，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