UV紫外可見(jiàn)吸收光譜_結(jié)構(gòu)分析報(bào)告

1、課程名稱：實(shí)驗(yàn)名稱：紫外可見(jiàn)吸收光譜法一結(jié)構(gòu)分析學(xué)院部門(mén):報(bào)告人：同組人員:實(shí)驗(yàn)時(shí)間:提交時(shí)間:a （阿而法）B貝塔）丫伽馬）S （德?tīng)査〆艾普西龍）Z截塔）n （艾塔）e（西塔）約塔）K （卡帕）入（蘭姆達(dá)）卩（米尤）V （紐）E可系）0（奧密克戎）n （派） P （若） b （西格馬）T （套）U （英文或拉丁字母）$（斐）X（喜）（普西）3（歐米伽）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)并掌握紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的使用方法；2、 了解并掌握不同的助色團(tuán)對(duì)苯的紫外吸收光譜的影響；3、 了解并掌握溶劑極性對(duì)丁酮、三氯乙烯的紫外吸收光譜的影響；4、 了解并掌握pH對(duì)苯酚的紫外吸收光譜的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1

2、紫外吸收光譜產(chǎn)生的基本原理及相關(guān)概念紫外吸收光譜是由于分子中價(jià)電子的躍遷而產(chǎn)生的。因此，這種吸收光譜決定于分子中價(jià)電子的分布和結(jié)合情況。按分子軌道理論，在有機(jī)化合物分子中有幾種不同性質(zhì)的價(jià)電子：形成單鍵的電子稱為昇建電子；形成雙鍵的電子稱為n鍵電子；氧、氮、硫、鹵素等含有未成鍵的孤對(duì)電子，稱為n電子。當(dāng)飽和單鍵碳?xì)浠衔镏械臍浔谎?、氮、硫、鹵素等雜原子取代時(shí)，由于這類原子中有n電子，n電子較b電子易于激發(fā)，使電子躍遷所需能量降低,吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，這 種現(xiàn)象稱為紅移，此時(shí)產(chǎn)生nib*躍遷。這種能使吸收峰波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的雜原子基團(tuán) 稱為助色團(tuán)。芳香族化合物nn躍遷在近紫外區(qū)產(chǎn)生3個(gè)特征

3、吸收帶。苯的特征吸收帶為 184nm(Ei), 204nm(E2), 254nm(B)。E1帶、E2帶和B帶式苯環(huán)上三個(gè)共軛體系中的 nn躍遷 產(chǎn)生的，E1帶和E2帶屬?gòu)?qiáng)吸收峰帶，在230 270nm范圍內(nèi)的B帶屬弱吸收帶，其吸收峰 常隨苯環(huán)上取代基的不同而發(fā)生位移。當(dāng)苯環(huán)上有助色基團(tuán)如 一0H、一 Cl等取代基時(shí)，由于nn共軛，使E2吸收帶向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，但一般在210nm左右。同時(shí)，n n共軛還 能引起苯吸收的精細(xì)結(jié)構(gòu)消失 。生色基團(tuán)為一類含有n鍵的不飽和基團(tuán)，在飽和碳?xì)浠衔锘虮江h(huán)上引入這些基團(tuán)后其最大吸收波長(zhǎng)將移至紫外及可見(jiàn)區(qū)范圍內(nèi)，產(chǎn)生紅移效應(yīng)。2.2影響化合物紫外吸收的因素溶劑極

4、性溶劑極性對(duì)紫外光譜的影響較復(fù)雜，主要可分為兩類：對(duì)吸收強(qiáng)度和精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響。在非極性溶劑中，尚能觀察到振動(dòng)躍遷的精細(xì)結(jié)構(gòu)。但若改為極性溶劑后，由于溶劑和 溶質(zhì)的分子作用力增強(qiáng)，使譜帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)變得模糊，以致完全消失成為平滑的吸收譜帶。對(duì)最大吸收波長(zhǎng) (Amax)的影響。n；和 rnn*躍遷的分子都含有非鍵的n電子，基態(tài)極性比激發(fā)態(tài)大，因此基態(tài)能夠與溶劑之間產(chǎn)生較強(qiáng)的氫鍵,能量下降較大，而激發(fā)態(tài)能量下降較小，故躍遷能量增加，吸收波長(zhǎng)相短波方向移動(dòng)，即發(fā)生藍(lán)移。而在冗宀匚躍遷的情況 下激發(fā)態(tài)的極性比基態(tài)強(qiáng)，溶齊u使激發(fā)態(tài)的能級(jí)降低的比基態(tài)多，使nn躍遷所需能量減小發(fā)生紅移。2.2.2 pH 值在

5、堿性條件下苯及某些其衍生物易形成鹽離子，鹽離子帶負(fù)電荷對(duì)應(yīng)的雜原子上孤對(duì)電子增加則n電子較原化合物增多。n電子較易激發(fā)，因此所需躍遷能量降低，其對(duì)應(yīng)的3個(gè) 吸收峰將發(fā)生紅移。反之，在酸性條件下，化合物形成正離子，雜原子上孤對(duì)電子與氫結(jié)合，n電子云密度降低，使躍遷所需能量增加，波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)223紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)工作原理紫外可見(jiàn)分光光度法是利用物質(zhì)的分子或離子對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的光的吸收作用，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析，所依據(jù)的光譜是分子或離子吸收入射光中特定波長(zhǎng)的 光而產(chǎn)生的吸收光譜。按所吸收光的波長(zhǎng)區(qū)域不同，分為紫外分光光度法和可見(jiàn)分光光度法，合稱為紫外可見(jiàn)分光光度法。紫外可見(jiàn)

6、吸收光譜除主要可用于物質(zhì)的定量分析外，還可以用于物質(zhì)的定性分析、純度鑒定、結(jié)構(gòu)分析。2.4分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)分光光度計(jì)的類型很多，最常用的是可見(jiàn)分光光度計(jì)和紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)。各種類型的分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理基本相同，一般包括光源、單色器、比色杯、檢測(cè)器和顯示器五大部分。光源：光源指一種可以發(fā)射出供溶液或吸收物質(zhì)選擇性吸收的光。光源應(yīng)在一定光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射出連續(xù)光譜，并有足夠的強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，在整個(gè)光譜區(qū)域內(nèi)光的強(qiáng)度不應(yīng)隨波長(zhǎng)有明顯的變化。實(shí)際上許多光源的強(qiáng)度都隨波長(zhǎng)變化而變化。為了解決這一問(wèn)題，在分光光度計(jì)內(nèi)裝有光強(qiáng)度補(bǔ)償裝置，使不同波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度達(dá)到一致?？梢?jiàn)光分光光度計(jì)常用光源是鎢燈

7、，能發(fā)射出 350nm2500nm波長(zhǎng)范圍的連續(xù)光譜，適用范圍是360nm1000nm。現(xiàn)在常用光源是鹵鎢燈，其特點(diǎn)是發(fā)光效率大大提高 ， 燈的使用壽命也大大延長(zhǎng) 。紫外光光度計(jì)常用氫燈作為光源 ，其發(fā)射波長(zhǎng)的范圍為 150nm400nm 。因?yàn)椴Ａ?收紫外光而石英不吸收紫外光 ，因而氫燈燈殼用石英制成。為了使光源穩(wěn)定，分光光度計(jì)均 配有穩(wěn)壓裝置。單色器：將來(lái)自光源的復(fù)合光分散為單色光的裝置稱為分光系統(tǒng)或單色器。單色器可分成濾光片、棱鏡和光柵。濾光片能讓某一波長(zhǎng)的光透過(guò)，而其它波長(zhǎng)的光被吸收 ，濾光片可分成吸收濾光片、截止濾光片、復(fù)合濾光片和干涉濾光片。棱鏡是用玻璃或石英材料制成的一種分光裝

8、置，其原理是利用光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，光的波長(zhǎng)不同在棱鏡內(nèi)的傳播速度不同，其折射率不同而將不同波長(zhǎng)的光分開(kāi)，玻璃棱鏡色散能力大，分光性能好，能吸收紫外線而用于可見(jiàn)光分光光度計(jì)，石英棱鏡可用于可見(jiàn)光和紫外光分光光度計(jì)。光柵是分光光度計(jì)常用的一種分光裝置，其特點(diǎn)是波長(zhǎng)范圍寬，可用于紫外、可見(jiàn)和近紅外光區(qū)，而且分光能力強(qiáng)，光譜中各譜線的寬度均勻一致。比色杯：比色杯又稱為吸收池或比色皿。比色杯常用無(wú)色透明、耐腐蝕和耐酸堿的玻璃或石 英材料做成，用于盛放待比色溶液的一種裝置。玻璃比色杯用于可見(jiàn)光區(qū)，而石英比色杯用于紫外光區(qū)，比色杯的光徑0.110cm , 一般為1cm。同一臺(tái)分光光度計(jì)上的比色

9、杯，其透光度應(yīng)一致，在同一波長(zhǎng)和相同溶液下，比色杯間的透光度誤差應(yīng)小于0.5%。使用時(shí)應(yīng)對(duì)比色杯進(jìn)行校準(zhǔn) 。檢測(cè)器：檢測(cè)器是將透過(guò)溶液的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)放大的裝置 。常用的檢測(cè)器為光電管和光電倍增管。顯示器：顯示器是將光電管或光電倍增管放大的電流通過(guò)儀表顯示出來(lái)的裝置。常用的顯示器有檢流計(jì)、微安表、記錄器和數(shù)字顯示器。檢流計(jì)和微安表可顯示透光度（T /%）和吸光度（A/ °）。數(shù)字顯示器可顯示 T / %、A /°和濃度（C/molL ）。光電負(fù)電壓咚袖拾"鑒？號(hào)血電踣比悟號(hào)試樣池tt邑片變M鎖樣信號(hào)打印機(jī)單片機(jī)nRS-232電行嚴(yán)伯 I* cptr

10、 卜)LED昱示三、儀器與試劑3.1實(shí)驗(yàn)儀器紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)石英吸收池容量瓶吸量管3.2實(shí)驗(yàn)試劑日本島津UV-2501PC1cm xicm10ml1mL , O.ImL乙醇、氯仿（三氯甲烷）、丁酮、三氯乙烯、正己烷（均為A.R）0.1mol/L HCl（鹽酸）0.1 mol/L NaOH （燒堿、強(qiáng)堿）苯的正己烷溶液（以1 : 250比例混合而成）甲苯的正己烷溶液（以1: 250比例混合而成） 0.3mg/mL 苯酚的乙醇溶液0.3518mg/mL 苯酚的正己烷溶液0.4410mg/mL 苯酚的水溶液0.8mg/mL 苯甲酸的正己烷溶液0.8mg/mL 苯甲酸的乙醇溶液0.3mg/mL 苯乙

11、酮的正己烷溶液0.2694mg/mL 苯乙酮的乙醇溶液四、實(shí)驗(yàn)步驟4.1苯及其一取代物的吸收光譜的測(cè)繪在五只10mL容量瓶中分別加入 1.00mL苯、甲苯、苯乙酮、苯酚、苯甲酸的正己烷溶 液，用正己烷稀釋至刻度，搖勻。將他們依次裝入帶蓋的石英吸收池中 ，以正己烷為參比， 從200 400nm進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，得吸收光譜。觀察各吸收光譜的圖形，找出最大吸收波長(zhǎng) Amax ,并計(jì)算各取代基使苯的：max紅移了多少？4.2溶劑性質(zhì)對(duì)紫外吸收光譜的影響溶劑極性對(duì)n宀冗躍遷的影響在三只10mL的容量瓶中，各加入0.04mL （長(zhǎng)嘴滴管1滴）的丁酮，分別用水、乙醇、 氯仿稀釋至刻度，搖勻。將它們依次裝入石英吸

12、收池，分別相對(duì)各自的溶劑，從200 400nm進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，制得吸收光譜。比較它們吸收光譜的最大吸收波長(zhǎng)的變化,并解釋。溶劑極性對(duì)nn*躍遷的影響在三只10mL的容量瓶中依次加入 1滴三氯乙烯溶液，并分別用水、乙醇、正己烷稀釋 至刻度，搖勻。將它們依次裝入石英吸收池 ，相對(duì)各自的溶劑，從200 400nm進(jìn)行波長(zhǎng)掃 描，制得吸收光譜。比較它們吸收光譜的最大吸收波長(zhǎng)的變化，并解釋。溶劑極性對(duì)吸收峰吸收強(qiáng)度和形狀的影響在三只10mL的容量瓶中，分別加入I.OOmL苯酚、苯乙酮、苯甲酸乙醇溶液，用乙醇稀 釋至刻度，搖勻。將他們依次裝入帶蓋的石英吸收池中 ，依乙醇為參比，從200 400nm進(jìn) 行波長(zhǎng)

13、掃描，得吸收光譜。與苯酚、苯乙酮、苯甲酸的正己烷溶液的吸收光譜相比較 ，得出 結(jié)論。4.3溶液的酸堿性對(duì)苯酚吸收光譜的影響在兩只10mL的容量瓶中，各加入1.00mL苯酚的水溶液，分別用0.1mol/L HCI、0.1 mol/L NaOH溶液稀釋至刻度，搖勻。將它們依次裝入帶蓋的石英吸收池中，相對(duì)水，從200 400nm進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，得吸收光譜。比較它們吸收光譜的最大吸收波長(zhǎng)，并解釋。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析5.1測(cè)試條件掃描范圍：200.00nm400.00nm掃描速度:fast。步長(zhǎng)：0.2nm。狹縫寬度:0.1 nm 。5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析苯及其一取代物的吸收光譜的測(cè)繪苯盼正己烷諸港 苯甲酸正

14、己烷溶液 苯乙正己烷諸液 苯正己烷誥液 甲苯正己烷溶液MCH250300Wavelength (nm)圖1苯及其一取代物的紫外吸收光譜率：MJflqav>q<c330400圖1所示為苯及其一取代物的紫外吸收光譜 。在波長(zhǎng)230nm270nm 之間可觀察到B吸收帶，B吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu)程度隨樣品組成不同而改變 。波長(zhǎng)200nm230nm 處為苯環(huán)E吸收 帶，曰和E2吸收帶重疊較為嚴(yán)重，從譜圖中難以被分辨出。E吸收帶吸收強(qiáng)度明顯大于 B吸 收帶吸收帶，部分譜線儀器未能檢出。鑒于E吸收帶吸收峰不完整且譜線雜亂 ，選取各樣品 B吸收帶進(jìn)行分析。各樣品B吸收帶最大吸收波長(zhǎng) 入ma值和精細(xì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

15、見(jiàn)表 1。表1苯及其一取代物B吸收帶入max值和精細(xì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)編號(hào)樣品入 max (nm )精細(xì)結(jié)構(gòu)（峰個(gè)數(shù)）1苯酚正己烷溶液27032苯甲酸正己烷溶液27423苯乙酮正己烷溶液27824苯正己烷溶液25465甲苯正己烷溶液2615 生色基團(tuán)對(duì)苯最大吸收波長(zhǎng)的影響：對(duì)比表1中苯甲酸、苯乙酮與苯的最大吸收波長(zhǎng)值發(fā)現(xiàn)，苯甲酸紅移20nm ,苯乙酮紅移 24nm。苯甲酸、苯乙酮分子中取代基 一COOH和OIIC-CH3均為生色基團(tuán)。在苯環(huán)上引入生色基團(tuán)后，共軛體系增長(zhǎng)使苯環(huán)上電子云密度減 小，躍遷所需能量降低,因此最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。精細(xì)結(jié)構(gòu)出峰數(shù)目對(duì)比結(jié)果顯示，生色基團(tuán)可使苯環(huán) B吸收帶精細(xì)

16、結(jié)構(gòu)消失，精細(xì)結(jié)構(gòu)出峰數(shù)從 6個(gè)減少為2個(gè)。 助色基團(tuán)對(duì)苯最大吸收波長(zhǎng)的影響：苯酚的 入max與苯相比紅移了 16nm ,甲苯則紅移了 7nm。苯酚分子中的 一OH和甲苯分子中的 一CH3均為助色基團(tuán)。助色基團(tuán)原子中含有 的n電子較揚(yáng)于激發(fā)，使電子躍遷所需能量降低吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。一OH較一CH3的n電子云密度更高，苯酚的紅移現(xiàn)象比甲苯更明顯。與此同時(shí)n n共軛使苯環(huán)上精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，所以苯酚精細(xì)結(jié)構(gòu)出峰數(shù)為3甲苯為5，均低于苯的精細(xì)結(jié)構(gòu)出峰數(shù) 。溶劑極性對(duì)n n躍遷的影響1 rPl丁謂氯仿溶液200Wavelength (nm圖2 溶劑極性對(duì)丁酮n Tn*躍遷的影響圖2為使用不同溶劑的丁酮

17、溶劑紫外吸收光譜 遷所產(chǎn)生的R吸收帶。隨溶劑的不同，R吸收帶。圖中270nmAmax有所變化，前后可觀察到羰基 n宀冗*躍 結(jié)果見(jiàn)表2。表2不同溶劑中丁酮R吸收帶入max值編號(hào)樣品入 max (nm )1丁酮氯仿溶液2762丁酮水溶液2663丁酮乙醇溶液273nTn*躍遷的分子中含非鍵的 n電子，其基態(tài)極性比激發(fā)太大，因此基態(tài)分子能與溶劑 之間產(chǎn)生較強(qiáng)氫鍵,能量下降較大。而激發(fā)態(tài)能量下降較小，因此在極性溶劑中最大吸收波 長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，產(chǎn)生藍(lán)移。溶劑極性對(duì)nTn*躍遷的影響圖3為三氯乙烯與不同溶劑混合后的紫外吸收光譜圖。圖中200250nm 處為冗宀冗躍遷所產(chǎn)生的K吸收帶。由于樣品濃度過(guò)高，

18、吸收峰超出儀器檢測(cè)限，使得K吸收帶吸收峰未 能在圖中完全顯示出來(lái) ，且峰形雜亂,重疊較嚴(yán)重。由于吸收峰未能在圖中顯示出，因此以峰起始位置的波長(zhǎng)作比較，經(jīng)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)三氯乙烯的正己烷溶液和乙醇溶液出峰位置基本不 發(fā)生變化,其水溶液在相對(duì)低波長(zhǎng)處出現(xiàn)吸收。4ou«qOGq<2002503Q0350400Wavelength inmi圖3 溶劑極性對(duì)三氯乙烯 nn *躍遷的影響對(duì)于nn躍遷，激發(fā)態(tài)分子的極性比基態(tài)分子強(qiáng)，溶劑與激發(fā)態(tài)分子間形成氫鍵所 降低的能級(jí)比基態(tài)多，使得在極性溶劑中 nn*躍遷所需能量變小，吸收峰發(fā)生紅移524溶劑極性對(duì)吸收峰吸收強(qiáng)度和形狀的影響2002503003

19、50400Wavelength （nm）（a）正己烷作溶劑；（b ）乙醇作溶劑 圖4 溶劑極性對(duì)吸收峰吸收強(qiáng)度和形狀的影響分別以正己烷和乙醇作溶劑,測(cè)定苯酚、苯甲酸、苯乙酮的紫外吸收光譜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。表3為各測(cè)試樣品B吸收帶最大吸收波長(zhǎng)處吸光度值和精細(xì)結(jié)構(gòu)出峰數(shù)目表3溶劑極性對(duì)吸收峰吸收強(qiáng)度和形狀的影響編號(hào)正己烷溶劑乙醇溶劑樣品入max處精細(xì)結(jié)構(gòu)樣品?max 處精細(xì)結(jié)構(gòu)吸光度（峰個(gè)數(shù)）吸光度（峰個(gè)數(shù))1苯酚正己烷0.29243苯酚乙醇0.581822苯甲酸正己烷0.61562苯甲酸乙醇0.549823苯乙酮正己烷0.18312苯乙酮乙醇0.22321由圖4和表3可得，溶劑極性增大后，苯

20、環(huán)B吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu)消失更為明顯 。在極性溶 劑中，溶劑和溶質(zhì)的分子作用力增強(qiáng)，使譜帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)變得模糊，以致完全消失成為平滑的吸收譜帶。同時(shí)由于溶劑本身有一定的吸收帶，如果和溶質(zhì)的吸收帶有重疊將改變?nèi)苜|(zhì)的峰吸收強(qiáng)度。上述兩個(gè)因素同時(shí)影響了溶質(zhì)的峰吸收強(qiáng)度和形狀。5.3溶液的酸堿性對(duì)苯酚吸收光譜的影響分別用O.1mol/L氫氧化鈉和O.1mol/L的HCI溶液定容I.OOmL的苯酚水溶液，以水作參比進(jìn)行紫外光譜掃描，所得結(jié)果見(jiàn)圖5。圖中20025Onm 處為苯環(huán)E吸收帶，250300nm 處為B吸收帶。由圖5可見(jiàn)，苯酚氫氧化鈉溶液 E、B吸收帶最大吸收波長(zhǎng)均大于苯酚鹽酸溶0。-液。這是因?yàn)樵趬A性

21、溶液中，苯酚以一形式存在，使未成鍵n電子密度增大，由于n電子較容易激發(fā)因此最大吸收向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。反之，在酸性溶液中，氧上的n電子質(zhì)子化，可使 mn*勺吸收位置向短波方向移動(dòng) 。六、實(shí)驗(yàn)討論6.1本實(shí)驗(yàn)使用日本島津UV-2501PC型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定了一系列苯及其一取代物，不同溶劑中丁酮、三氯乙烯和的紫外吸收光譜，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別探討了助色團(tuán)、生色團(tuán)，溶劑極性和酸堿性對(duì)溶質(zhì)紫外吸收光譜的影響，并得出以下結(jié)論：(1) 生色團(tuán)和助色團(tuán)可使苯環(huán)上B吸收帶最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生紅移，同時(shí)使B吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu)消失。(2) 在極性溶劑中，nn*躍遷所需能量增大，最大吸收波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。（3） 溶劑極性增加，nn*躍遷所需能量減小，最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)發(fā)生紅移。（4） 溶劑極性可使苯環(huán)上 B吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu)較少甚至消失，變成平滑的吸收峰。（5） 在堿性溶劑中，溶質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生紅移；反之在酸性溶劑中，溶質(zhì)最大吸收波長(zhǎng) 向短波方向移動(dòng)。6.2綜合各實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，本次實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果誤差較大。大部分譜圖在波長(zhǎng) 250nm以下范圍內(nèi)吸收峰