紫外实验讲义

1、实验五 紫外光谱法定性分析实验一、实验目的1了解U-3010紫外可见分光光度计的构造、原理及使用方法。2了解紫外光谱法在定性分析中的应用。3掌握查阅紫外标准谱图的方法。二、仪器与试剂仪器：U-3010紫外可见分光光度计1cm石英吸收池试剂：苯环己烷0.016 mol/L丙酮正己烷溶液0.021 mol/L丙酮甲醇溶液0.025 mol/L丙酮水溶液5.0×10-5 mol/L 苯酚甲醇溶液4.9×10-5 mol/L 对溴苯胺甲醇溶液7.3×10-5 mol/L C4H6O甲醇溶液（K带）0.015 mol/L C4H6O甲醇溶液（R带）0.1 mol/L NaO

2、H溶液0.1 mol/L HCl溶液三、实验内容1检查仪器波长及分辨率2环己烷的纯度检验3氢键强度测定4溶液酸碱性对紫外光谱的影响5鉴定有机化合物结构四、实验原理及步骤1检查仪器波长及分辨率（1）基本原理紫外可见分光光度计在使用前或使用一定时间后，需对光度计的波长标尺进行必要的检查与校正，以保证测试结果的准确可靠。利用苯蒸气紫外光谱的B吸收带进行波长校正和分辨率检查，是实验室中常用的一种简便可行的方法。苯蒸气在（230270）nm间的B吸收带为苯的特征谱带，它以中等强度吸收和明显的振动精细结构为特征。将实验测得的苯蒸气的紫外光谱与苯蒸气的标准紫外光谱图相对照，据此可判断所用仪器的波长精度及分辨

3、率。（2）实验步骤 于干燥洁净的1 cm 石英吸收池中，滴入一滴液态苯，盖上池盖，稍停片刻，待苯蒸气在吸收池中饱和后，放入样品光路，参比光路放入空吸收池，测定苯蒸气在（200350）nm间的吸收光谱。 将测得的苯蒸气的紫外吸收光谱与苯蒸气的标准紫外光谱图相对照，以检验所用仪器的波长精度及分辨率。2己烷的纯度检验（1）基本原理检验某一化合物中是否有杂质的主要依据是根据其光谱特征的不同来判断。可分为下述两种情况： 如果某一化合物在一定波长范围内无吸收，而杂质在该波长范围具有特征吸收，则可根据杂质吸收带的特征，即吸收峰的形状、波长及摩尔吸光系数等来检查该化合物中是否含有该杂质。 如果某一化合物与杂质

4、在某一波长范围内均产生吸收，则可根据它们各自吸收光谱特征的不同以及该化合物吸收光谱曲线是否改变而确定杂质的有无。（2）实验步骤 于1cm石英吸收池中，加入约2/3高度的分析纯环己烷，以空气为参比，测其在（200350）nm间的紫外吸收光谱。 根据所测吸收光谱的特征，判断出环己烷中可能存在的杂质。注：石英吸收池在使用前，需先用甲醇或乙醇清洗3次，然后再用待测试液清洗3次。3氢键强度测定（1）基本原理当溶质分子和溶剂分子缔合生成氢键时，溶质的吸收光谱特征将有明显改变。例如，羰基化合物n* 跃迁所产生R带的max在很大程度上取决于所使用的溶剂。对于同一含羰基的化合物，它在极性溶剂和非极性溶剂中R带的

5、的max值是有所区别的。在极性溶剂中，溶剂和羰基氧原子的n电子形成氢键，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键能。而在非极性溶剂中，由于未形成氢键，也就无须破坏氢键，因而实现n* 跃迁需要较少的能量。两者跃迁的能量差正好与氢键的键能相当，也就是与氢键的强度相当，据此，可用下式计算出溶质在极性溶剂中所形成的氢键强度。式中，EH为氢键强度（J/mol），Ep、p为在极性溶剂中跃迁的能量（J）及波长（cm），En、n为在非极性溶剂中跃迁的能量（J）及波长（cm），N为阿佛加德罗常数（6.02×1023），h为普朗克常数（6.62×

6、10-34 J·S），c为光速（3×1010 cm/s）。（2）实验步骤 测定丙酮在正己烷、甲醇和水中的紫外吸收光谱于1 cm石英吸收池中，加入约2/3高度的0.016 mol/L丙酮正己烷溶液，以空气为参比，记录其在（200350）nm间的紫外吸收光谱，并测出R带的 max ，即 n ；然后用同样的方法，分别测出0.021 mol/L丙酮甲醇溶液和0.025 mol/L丙酮水溶液中R带的 max（甲醇）和max（水），即p和 p。 数据处理将所测数据n、 p和 p分别带入上式中，计算出丙酮在甲醇和在水中生成的氢键强度。4. 溶液酸碱性对紫外光谱的影响（1）基本原理在测定酸

7、性、碱性或两性物质时，溶液的酸碱性对其紫外光谱的影响很大。因此，在紫外光谱分析中，有时可利用不同pH条件下光谱变化的规律，测定分子结构中的酸性或碱性基团。例如，苯酚在碱性介质中，可转化为酚盐负离子，即苯酚分子中OH 基团上的氧原子含有两对孤对电子，与苯环电子形成 p共轭。当形成酚盐负离子时，氧原子上的孤对电子增加到三对，使 p共轭作用进一步增强，因而导致吸收带红移，吸收强度增加，若再加入酸，吸收峰又回到原处，苯酚苯酚盐的相互转化可用以确定化合物中是否有羟基与苯环相连。又如，苯胺在酸性介质中可转化为苯胺盐正离子，即苯胺形成盐后，氮原子上的孤对电子消失，不再与苯环上的电子共轭，因此苯胺盐的吸收带蓝

8、移至与苯相同的位置，若再加入碱，谱图又可复原。据此，可以很方便地判断化合物中是否有NH2 基团与苯环相连。（2）实验步骤 将5.0×10-5 mol/L的苯酚甲醇溶液加入1 cm石英吸收池中，以甲醇（或空气）为参比，测定其在（200350）nm间的紫外吸收光谱，然后取出盛有试液的吸收池，加入3滴0.1 mol/L的NaOH，稍许摇晃，在同一张图上再记录其在（200350）nm间的吸收光谱，根据 max的移动情况，判断出该化合物的类型；最后，根据所给分子式查阅萨特勒分子式索引，再根据此分子式所对应的UV图号查找紫外标准谱图，将实验测得的紫外吸收光谱与相同分子式的紫外标准谱图相对照，以确

9、定出该化合物的可能结构。 将4.9×10-5 mol / L的对溴苯胺甲醇溶液加入1 cm石英吸收池中，以甲醇（或空气）为参比，于（200350）nm间测其紫外吸收光谱，然后取出盛有试液的吸收池，加入3滴0.1 mol/L的HCl，稍许摇晃，再测其紫外吸收光谱，观察其 max的移动情况，判断出该化合物的类型；最后，根据所给分子式查阅萨特勒紫外标准谱图，以确定出该化合物的可能结构。5. 鉴定有机化合物结构（1）基本原理利用紫外光谱对有机化合物进行定性鉴定和结构分析的主要依据是这些化合物的吸收光谱特征，即吸收曲线的形状，吸收峰数目以及各吸收峰的波长位置和相应的摩尔吸光系数等。其中，最大吸

10、收峰波长 max及max是有机化合物定性鉴定的主要参数。用紫外光谱法对有机化合物进行定性和结构鉴定的方法一般有两种。第一种方法是在相同的测量条件下（溶剂、pH等），测定未知物的紫外吸收光谱与所推断化合物的标准物的吸收光谱直接比较，或与萨特勒紫外标准谱图对照，如果两者吸收光谱的特征完全相同，则可初步认为两者为同一化合物，或者是具有相同的分子骨架和发色团。因为物质的紫外吸收光谱基本上是分子中发色团和助色团的特征，而不是整个分子的特征。因此，仅靠紫外光谱来确定整个分子的结构是困难的，还须配合红外光谱、核磁共振波谱和质谱，方可作出该化合物定性鉴定和结构分析的可靠结论。第二种方法适用于没有紫外标准谱图或

11、标准样品，不能用第一种方法（即对比法）进行鉴定的情况。此时，可根据有机化合物吸收波长的经验规则计算 max，然后与实测值进行比较，以确认物质的结构。例如，Woodward和Scott根据大量实验结果总结了计算共轭烯烃、共轭烯酮类化合物*跃迁最大吸收波长和计算芳香族羰基衍生物E2带的吸收波长的经验规则，如表5-1、表5-2、表5-3和表5-4所示。该规则是以某一类化合物的基本吸收波长为基础，加入各种取代基对吸收波长所作的贡献，就是该化合物 *跃迁的最大吸收波长 max。（2）实验步骤 分别将7.3×10-5 mol/L和 0.015 mol/L的C4H6O甲醇溶液加入1 cm石英吸收池

12、中，以甲醇为参比，测其在（200350）nm间的紫外吸收光谱（每个浓度测一次，共需测两次）。 根据所给分子式，查阅萨特勒紫外标准谱图，确定出该化合物的可能结构。 根据Woodward或Scott经验规则计算出所确定结构K带（或E2带）的 max，然后与实验测得的K带（或E2带）的 max 值相比较，以进一步验证所确定结构的正确性。表5-1 共轭烯烃*跃迁 max的计算方法直链共轭二烯基本值217 nm同环二烯基本值253 nm异环二烯基本值214 nm增加一个共轭双键30 nm环外双键5 nm烷基或环残余取代5 nm烷氧基取代 OR6 nm含硫基团取代 SR30 nm胺基取代 NR260 nm

13、卤素取代5 nm酰基取代 OCOR0 nm表5-2 ArCOR 衍生物E2带的波长计算ArCOR发色团母体/nmR= 烷基或环残基（R）246 = 氢（H）250 = 羟基或烷氧基（OH 或 OR）230表5-3 苯环上邻、间、对位被取代基取代的增值 / nm取代基邻位间位对位取代基邻位间位对位R（烷基）3310Br2215OH, OR7725NH2131358O112078NHAc202045Cl0010NR2202085表5-4 不饱和羰基化合物*跃迁max的计算方法 （nm）、不饱和羰基化合物（无环、六员环或较大的环酮）基本值 215、键在五员环内-13当x为H时-6当x为OH或OR时-

14、22增加一个共轭双键 30增加同环二烯 39环外双键、五员环及七员环内双键 5烯基上取代： 烷基R10 12 18 18烷氧基OR35 30 17 31羟基OH35 30 50 50酰基OCOR6 666Cl15 12 1212Br25 30 25 25SR80NR295附录5 U-3010紫外可见分光光度计的使用一、U-3010紫外可见分光光度计图5-1 U-3010紫外可见分光光度计的外部组成参比池样品池电源开关图5-2 U-3010紫外可见分光光度计样品室示意图二、U-3010紫外可见分光光度计的操作步骤（一）开机先接通主机电源，再接通计算机电源，用鼠标双击桌面上的“UV Solutio

15、n”图标，屏幕上出现测量界面，预热10分钟后等候测量。（二）测量操作1. 定性测量方式点击屏幕右侧（Method）方法快捷图标，出现5张重叠的测量条件菜单，分别为：（1）General （一般）（2）Instrument （仪器条件）（3）Monitor （模拟监视）（4）Processing （数据处理）（5）Report （报告格式）下面分别加以说明：（1）General（一般）菜单内容介绍：Measurement（测量方式）一选Wavelength scan波长扫描方式。Operator（操作者名） 可键入中文或英文。Instrument （仪器类型）一已自动记录。Comments（注释

16、说明） 为测量条件加注必要的说明。（2）Instrument（仪器条件）莱单内容介绍：Data mode（数据方式）一 T（透过率），ABS（吸光度），Es（样品侧单光束能量），Er（参比侧单光束能量），R%（发射）。Start wavelength（起始波长）可在191.001100.00 nm间任意设定。End wavelength（终止波长）可在190.001099.00 nm间任意设定。Sean speed（扫描速度）AUTO，0.3，3，15，30，60，120，300，600，1200，1800 nm/min 11档任选。（但要考虑与狭缝宽度的配伍关系）。High（高分辨率）ON适

17、合陡纹光谱峰测量，一般选择OFF。Baseline correction（基线校正）System 系统基线校正，范围为191-1100 nm。User两条用户基线校正，范围任设。Delay （延迟时间）为了使样品的温度达到稳定，故而设定一个延迟时间。当做重复测量时，仅第一个样品执行延迟。设定范围为0-9999秒。Cyele time（循环周期）一在重复测量时，上次测量开始时间到下次测量开始时间的间隔。设定范围为0.1-99 min。但此时间一定要大于一次全程扫描时间，否则，扫描未完便继续下一扫描。Zero lnstrument before each run at nm测量前，在指定的波长处自

18、动调零。Light source （光源选择）Auto在340 nm处自动切换。D2 only仅用氘灯，W1 only仅用钨灯。Lamp change（灯范围）当仅选用氘灯或钨灯时，可延伸应用范围。设定范围为325-370nrn。Slit width（狭缝宽度）有0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，5.0 nm六档可设定。PMT mode（光电管电压模式） Auto通常测定时使用。Fixed固定电压使用，一般在能量方式或火焰发射法时使用。PMT voltage（光电管高压）当上项选用 Fixed方式时用。范围 0-1000伏。Sampling Interval（采样间隔）数据读取间隔。有A

19、uto，0.0125，0.025，0.05，0.1，0.2，0.5，1，2，5 nm 10档可选用。一般用Auto。Replicates（重复次数）样品重复测量次数设定。范围在1-20间设定。Path length（光路长度）根据比色皿长度设定。范围在0.1-100 mm间。（3）Monitor（模拟监视）菜单内容介绍：Yaxis Max（纵轴最大标尺）设定范围 -99999.999到10000.000，初始值为1。Yaxis Min（纵轴最小标尺）设定范围 -10000.000到99999.999。初始值为0。口Open data processing window after acquis

20、ition（测量后打开数据处理窗口）口Print report after data acquisition（测量后自动打印）（4）Processing（数据处理）菜单内容介绍：Average replicates（平均值）一重复测量时使用。可求得平均值。Processing choices（处理方法选择）一数据处理方法选择。SavitskyGolay smoothing 平滑方式， Mean smoothing 平均平滑方式， Median smoothing 中间平滑万式， Derivative 微分方式。Processing steps（处理步骤）Peak Finding（光谱峰的找寻方

21、法）Integrating method（峰的检出方法） Rectangular 矩形， Trapezoid 斜方形， Romberg 罗伯格形。Threshold（阈值） 将小于设定值的峰舍去。设定范围。Sensitivity（灵敏度）一有1，2，4，8四档可选。一般选 1。（5）Report（报告格式）菜单内容介绍：口Include graph（包括图谱） 选定后可打印图谱。口Include peak table（包括峰值表）一选定后可打印峰值表。口Report Parameters（参数打印）一选定后可打印参数。口Include data listing（包括数据表） 选定后可打印数据表

22、。其中含：Data interval（数据间隔） 最小设定值为0.5 nm。Data start（数据起始） 数据采集起始波长的设定。Data end（数据终止） 数据采集终止波长的设定。口Use Microsoft Excel（使用 MS Excel格式）一如计算机没有装载Microsoft Excel程序，此功能则无效。Printer font（打印机字体） 如改变报告字体可选择。（6）参数设定后，点击屏幕右侧（Measure）测量快捷图标，仪器开始光谱扫描。2. 定量测量方式点击屏幕右侧（Method）方法快捷图标，出现六张重叠的测量条件菜单。分别为：（1）General（一般）（2）Q

23、uantitation（定量条件）（3）Instrument（仪器条件）（4）Monitor（模拟监视）（5）Processing（数据处理）（6）Report（报告格式）下面分别加以说明：（1）General（一般）菜单内容介绍：Measurement（测量方式）选Photometry定量方式。Operator（操作者名）可键入中文或英文。Instrument（仪器类型）已自动记录。Option（附属品选择）可选择如自动进样器等附件。Comments（注释说明）为测量条件加注必要的说明。（2）Quantitation（定量条件）菜单内容介绍：Measurement type（测量类型） Wa

24、velength 指定波长。 Peak area 峰面积。 Peak height 峰高。 Derivative 微分。 Ratio 峰比测定。Calibration type（曲线校正类型） None不校正，适于多波长测定。 1st order 一次线性方程。 2nd order 二次曲线方程。 3rd orrder三次曲线方程。 Segmented 折线。Number of wavelengths (波长数）一当不使用曲线校正时最多可设定6个波长。其他校正类型可设定l-3个波长。Concentration unit（浓度单位）任意设定。Decimal place （有效小数位数）浓度读值的

25、小数有效位。输入范围0-3。Manual calibration （系数输人）利用系数输入制作曲线。（一般不用）Force curve through zrro（强制曲线通过零点）一使系数Ao值通过零点。（3）Instrument（仪器条件）菜单内容介绍：Wavelength（1-6）（波长值）根据上项内容的波长数而设定波长值。Baseline correction（基线校正）可以作系统基线（190-1100 nm）及用户基线（二条）的校正和记忆。Delay（延迟时间）为了使样品的温度达到稳定故而设定一个延迟时问。当做重复测量时，仅第一个样品执行延迟。设定范围0-9999秒。Cycle tim

26、e（循环周期）在重复测量时，上次测量开始时间到下次测量开始时间的间隔。设定范围为0.l-99 min. 但此时间一定要大于一次全程扫描时间，否则扫描未完便继续下一扫描。口Zero instrument before each run at测量前在指定的波长处自动调零。Light source（光源选择）一 Auto 在340nm 处自动切换。D2 only 仅用氘灯，W1 only 仅用钨灯。Lamp change（灯范围）当仅选用氘灯或钨灯时，可延伸应用范围。设定范围为325-370nrn。Slit width（狭缝宽度）有0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，5.0 nm六档可设定。PMT Mode（光电管电压模式）Auto通常测定时使用。Fixed固定电压使用，一般在能量方式或火焰发射法时使用。PMT Voltage（光电管高压） 当上项选用 Fixed方式时用。范围 0-1000伏。Sampling interval（采样间隔）一数