紫外光譜的原理及其應用

1、Word文檔 紫外光譜的原理及其應用 紫外光譜是紫外分光光度計等分析化學中的重要工具。UV（紫外線）光譜的另一個名稱是電子光譜，由于它涉及將電子從基態(tài)提升到更高的能量或激發(fā)態(tài)。在本文中，我將解釋紫外光譜的基本原理、工作原理和全部應用。 一、紫外光譜簡介 紫外光譜是一種汲取光譜，其中紫外線區(qū)域（200-400 nm）的光被分子汲取。紫外輻射的汲取導致電子從基態(tài)激發(fā)到更高能態(tài)。被汲取的紫外線輻射的能量等于基態(tài)和高能態(tài)之間的能量差（deltaE = hf）。通常，有利的躍遷是從MAX占據(jù)分子軌道(HOMO)到LOW未占據(jù)分子軌道(LUMO)。對于大多數(shù)分子來說，LOW能量占據(jù)的分子軌道是s軌道，對應

2、于sigma鍵。p軌道處于較高的能級，具有未共享電子對的軌道（非鍵軌道）位于較高的能級。未占軌道或反鍵軌道（pie*和sigma*）是能量High的占據(jù)軌道。在全部化合物（除了烷烴）中，電子都會經(jīng)受各種躍遷。一些隨著能量增加的重要轉變是：非鍵到派*，非鍵到sigma*，派到派*, sigma到pie*和sigma到sigma*。 二、紫外光譜學原理 紫外光譜遵循比爾-朗伯定律，該定律指出：當一束單色光通過汲取物質(zhì)的溶液時，輻射強度隨汲取溶液厚度的下降率與入射輻射成正比：以及溶液的濃度。 Beer-Lambert定律的表達式為-A = log (I0/I) = Ecl其中，A =吸光度，I0=入

3、射到樣品池， 目的光強度I =離開樣品池的光強度C =溶質(zhì)L 目的摩爾濃度=樣品池長度(cm.)，E =摩爾吸光率從比爾-朗伯定律可以清晰地看出，能夠汲取給定波長的光的分子數(shù)量越多，光汲取的程度就越大。這是紫外光譜的基本原理。 三、紫外光譜的儀器和工作 可以同時討論紫外光譜儀的儀器和工作。大多數(shù)現(xiàn)代紫外光譜儀由以下部分組成： 光源：鎢絲燈和氫氘燈是廣泛使用的光源，由于它們掩蓋了整個紫外區(qū)域。鎢絲燈富含紅色輻射；詳細地說，它們發(fā)出375 nm的輻射，而氫氘燈的強度低于375 nm。單色器：單色器通常由棱鏡和狹縫組成。大多數(shù)分光光度計是雙光束分光光度計.從主光源發(fā)出的輻射在旋轉棱鏡的關心下被分散。

4、由棱鏡分別的光源的各種波長然后由狹縫選擇，這樣棱鏡的旋轉導致一系列連續(xù)增加的波長通過狹縫用于記錄目的。狹縫選擇的光束是單色的，并在另一個棱鏡的關心下進一步分成兩束。樣品和參比池：兩個分開的光束中的一個穿過樣品溶液，其次個光束穿過參比溶液。樣品和參考溶液都包含在細胞中。這些電池由二氧化硅或石英制成。玻璃不能用于電池，由于它也會汲取紫外線區(qū)域的光。探測器:通常兩個光電池用作紫外光譜中的檢測器。其中一個光電管接收來自樣品池的光束，其次個檢測器接收來自參考的光束。來自參比池的輻射強度比樣品池的光束強。這導致在光電池中產(chǎn)生脈動或溝通電流。放大器:光電管中產(chǎn)生的溝通電被傳輸?shù)椒糯笃?。放大器耦合到一個小型伺

5、服計。一般來說，光電管產(chǎn)生的電流強度很低，放大器的主要目的是將信號放大多次，以便獲得清楚可記錄的信號。錄音設備:大多數(shù)時間放大器都連接到連接到計算機的筆式記錄器。計算機存儲全部生成的數(shù)據(jù)并生成所需化合物的光譜。 四、紫外光譜中生色團和幫助色素的概念 發(fā)色團：發(fā)色團定義為在紫外或可見光區(qū)域(200-800 nm)中顯示出特征汲取的任何孤立的共價鍵合基團。生色團可分為兩組：a)生色團，其包含p電子并經(jīng)受餅對餅*躍遷。乙烯和乙炔是此類發(fā)色團的例子。b)同時包含p和非鍵合電子的發(fā)色團。他們經(jīng)受了兩種類型的轉變；pie to pie*和nonbonding to pie*。羰基、腈、偶氮化合物、硝基化合

6、物等都是屬于此類發(fā)色團。幫助色素-助色團可以定義為任何本身不充當發(fā)色團但其存在導致汲取帶向光譜的較長波長移動的基團。-OH、-OR、-NH2、-NHR、-SH等屬于幫助變色基團。 五、紫外光譜中的汲取和強度變化 在紫外光譜中觀看到四種類型的位移： a)紅移效應:這種類型的位移也稱為紅移。紅移是一種效應，由于助色劑的存在或溶劑的變化，汲取MAX值向更長的波長移動。羰基化合物的非鍵合到派*轉變觀看到紅移或紅移。b)低色移這種效應也稱為藍移。深向色移是一種汲取max值向較短波長移動的效應。通常它是由于去除共軛或轉變?nèi)軇┑臉O性引起的。c)增色效果-增色偏移是汲取max值增加的效果。在化合物中引入幫助色

7、素通常會導致增色效果。d)減色效應-增色效應定義為汲取max值強度降低的效果。由于引入了新基團，分子的幾何外形發(fā)生了畸變，因此發(fā)生了增色效應。 六、紫外光譜的應用 1.官能團的檢測：紫外光譜用于檢測化合物中發(fā)色團的存在與否。該技術不適用于檢測簡單化合物中的發(fā)色團。特定波段的波段缺失可以被視為特定群體缺失的證據(jù)。假如化合物的光譜在200 nm以上是透亮的，則表明不存在。 2.共軛程度的檢測：可以借助紫外光譜檢測多烯中的共軛程度。隨著雙鍵的增加，汲取向更長的波長移動。假如多烯中的雙鍵增加了8個，那么當汲取進入可見區(qū)域時，人眼就可以看到多烯。3.未知化合物的鑒定：可以借助紫外光譜鑒定未知化合物。將未知化合物的光譜與參考化合物的光譜進行比較，假如兩個光譜全都，則確認未知物質(zhì)的鑒定。4.幾何異構體構型的測定：觀看到順式烯烴的汲取波長與反式烯烴不同。當其中一種異構體由于空間位阻而具有非共面結構時，這兩種異構體可以相互區(qū)分。與反式異構體相比，順式異構體患病變形并在較低波特長汲取。5.物