【每日一学】紫外-可见光谱分析实验结果解析
时间：2021-09-13 阅读：7423
目前，紫外-可见吸收光谱分析应用非常广泛，可用于紫外区范围有吸收峰的物质的鉴定，即结构分析。其中主要是有机化合物的分析和鉴定。物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助色团的特征，而不是整个分子的特征。如果物质组成的变化不影响生色团和助色团，就不会显著地影响其吸收光谱，如甲苯和乙苯具有相同的紫外吸收光谱。另外，外界因素如溶剂的改变也会影响吸收光谱，在极性溶剂中某些化合物吸收光谱的精细结构会消失，成为一个宽带。
所以，仅根据紫外光谱不能*决定物质的分子结构，还必须与红外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱以及其他化学的和物理的方法共同配合才能得出可靠的结论。
1.定性分析：利用吸收光谱图上的化合物特征吸收尤其是最大吸收波长和摩尔吸光系数，来鉴定有机化合物，其主要依据是吸收曲线的形状、吸收峰的数目以及各吸收峰波长及摩尔吸光系数。用紫外吸收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峰特征作出初步判断。
如果在相同的测定条件下，未知物与已知标准物的紫外光谱图相同，可认为两者有相同的生色团。如果光谱特征(吸收曲线形状、吸收峰数目、位置、λmax和相应的εmax等)*一致，则可初步认为两者是同一化合物。如无标准样品，可与有机化合物的紫外一可见标准谱图对照。与标准物及标准图谱对照要在仪器准确、精密度高的条件下，将相同浓度分析样品和标准样品配制在同一溶剂中，然后将两种样品在同一条件下测定紫外-可见吸收光谱。若两者光谱图*一致，则说明是同一物质。若没有标样，也可与现成的标准谱图对照。
2.结构分析
根据有机化合物的紫外-可见吸收光谱可以推测化合物所含的官能团：化合物的紫外-可见吸收光谱基本上是分子中发色基团的特性，而不是整个分子的特性，所以单独从紫外吸收光谱不能*确定化合物的分子结构，必须与红外光谱、核磁共振、质谱及其他方法配合，才能得出可靠的结论。紫外-可见光谱中研究化合物结构的主要作用是推测官能团、结构中的共扼体系以及共轭体系中取代基的位置、种类和数目等。如C=C-C=C、C=C-C=O、苯环等。利用紫外光谱鉴定有机化合物远不如利用红外光谱有效，因为很多化合物在紫外没有吸收或者只有微弱的吸收，并且紫外光谱一般比较简单，特征性不强。利用紫外光谱可以检验一些具有大的共轭体系或发色官能团的化合物，可以作为其他鉴定方法的补充。
1)推测化合物的共轭体系和部分骨架，如果一个化合物在紫外区220～80nm范围内是透明的，没有吸收峰，则说明分子中不存在共轭体系(指不存在多个相间双键)或杂原子生色团。这些化合物可能是脂肪族的烷烃、孤立的烯烃和炔烃、胺、腈、醇、羧酸、氯代烃和氟代烃等不含有共轭双键或环状共轭体系的化合物，以及不含有杂原子生色团，如碳基、硝基、醛基、酮基或嗅和碘等取代基的化合物。
2)如果在210～250nm有强吸收，表示有K带吸收，则可能含有两个双键的共轭体系，如共轭二烯或α、β-不饱和酮等。同样在260nm,300nm,330nm处有高强度K带吸收，则表示有三个、四个和五个共轭体系存在。
3)如果在260～300nm有中强吸收(ε=200～1000)，则表示有B带吸收，体系中可能有苯环存在。如果苯环上有共轭的生色基团存在，则。可以大于10000。
4)如果在250～300nm有弱吸收带(R吸收带)，则可能含有简单的非共轭的并含有n电子的生色基团，如羰基等。
如果在270～350nm仅出现一个弱吸收峰(ε为10～200)，这一吸收峰很可能是含有孤对电子的未共轭生色团，如羰基的n→π*跃迁。
如果在200～300nm间有一个强吸收峰(ε为10000～20000)，则说明至少有2个相同或不同的生色团共轭，如α、β-不饱和酮或共轭烯烃等。如果在210～300nm间有一个中等强度的吸收峰(ε为5000～16000)，这个化合物很可能是含有极性取代基的芳香族衍生物。
如果紫外吸收光谱出现几个吸收峰，其中长波带已进入可见光区，这可能是含有长共轭链的化合物，或是稠环芳烃。如果化合物有颜色，则至少有4或5个共轭生色团和助色团。但某些含氮化合物，如硝基、偶氮基、重氮和亚硝基化合物以及碘仿等化合物除外。
利用紫外-可见光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系，简单的非共轭并含有n电子的生色基团，如羰基等。
此外，紫外-可见光谱图还常用于判断物质的顺反异构体，区分化合物的构型和构象以及互变异构体的鉴别等。
3.定量测定朗伯-比尔定律是紫外-可见吸收光谱法进行定量分析的理论基础，当一束单色光通过样品射入溶液时，如样品吸收单色光，则存在如下关系：
该式为光吸收定律，在定量分析中具有重要作用。用紫外-可见光谱进行定量分析时一般使用标准曲线法。
除了用于常规定量分析外，紫外-可见光谱还可进行多组分同时测定、示差分光光度法进行高(低)含量组分分析、双波长光谱分析、导数光谱分析、络合物组成和平衡研究、某些物理化学数据的测定等。
4.氢键强度测定：溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时，对溶质分子的UV光谱有较大的影响。对于羰基化合物，根据在极性溶剂和非极性溶剂中R带的差别，可以近似测定氢键的强度。溶剂分子与溶质分子缔合生成氢键时，对溶质分子的UV光谱有较大的影响。
在实际应用中紫外-可见光谱可利用不同的极性溶剂产生氢键的强度不同来测定化合物在不同溶剂中的氢键强度，从而确定溶剂的选择。异丙叉丙酮的n→π*吸收带在乙醇、甲醇及水中的λmax分别为335nm、320nm、312nm,假定λmax的移动*由溶剂的氢键引起，可利用一定公式计算每种溶剂中氢键的强度(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→π*跃迁时，需要增加一定的能量来克服氢键的能量)。
5.纯度检查：如果一个化合物只有其杂质在紫外-可见光区有较强的吸收峰，而本身没有，就可检出化合物中所含有的杂质(乙醇/苯，苯，λmax=256nm)。如果一个化合物在紫外-可见光区有明显的吸收峰，则可利用摩尔吸光系数(吸光度)检验化合物的纯度。紫外-可见吸收光谱能测定化合物中微量的具有紫外-可见吸收的杂质。
6.反应动力学研究：由分光光度法得出的化学反应速率常数，和两个或两个以上温度条件下得到的速率数据，便可算出反应的活化能。
在有机分析中的应用：波长在190～800nm的电磁光谱对于判断有机分子中是否存在共轭体系、芳环结构及C=C、C=O、N=N等发色团是一个很好的手段。具有共轭体系或发色官能团在这一范围具有强烈的吸收，其摩尔吸光系数可达104～105(而红外吸收光谱的摩尔吸光系数一般均小于103)，因而检测灵敏度很高。对于一些特殊类型的结构，可通过简单的数学运算确定最大吸收。如果发色团之间不以共轭键相连，其紫外吸收具有可加性，即总的吸收等于各单独发色团的吸收之和。用此性质研究者曾成功地推导出利血平及氯霉素的部分结构。一个复杂分子的结构，往往可以由比较化合物的紫外光谱性质而推断其含有何种发色团，有时还能提供一些立体结构及相对分子质量的信息，为未知物的剖析提供有用的线索。
7.异构体的确定：对于异构体的确定，可以通过经验规则计算出λmax值，与实测值比较，即可证实化合物是哪种异构体，如乙酰乙酸乙酯的酮-烯醇式互变异构。
8.位阻作用的测定：由于位阻作用会影响共轭体系的共平面性质，当组成共轭体系的生色基团近似处于同一平面，两个生色基团具有较大的共振作用时，λmax不改变，εmax略为降低，空间位阻作用较小;当两个生色基团具有部分共振作用，两共振体系部分偏离共平面时，λmax和。εmax略有降低;当连接两生色基团的单键或双键被扭曲得很厉害，以致两生色基团基本未共轭，或具有极小共振作用或无共振作用，剧烈影响其UV光谱特征时，情况较为复杂化。在多数情况下，该化合物的紫外-可见光谱特征近似等于它所含孤立生色基团光谱的“加和”。
9.络合物组成及稳定常数的测定：金属离子常与有机物形成络合物，而形成的络合物大多数在紫外-可见区是有吸收的，所以可以利用分光光度法研究其组成。