波谱分析论文

赣南师范大学2015-2016学年第2学期《波谱分析》课程论文行政班级：化学1301班学号：130900073姓名：李丽梅选课班级：化学1301班任课教师：路东亮成绩：论文题目：论文要求：结合所学专业课程的内容，自选一个论文题目。要求内容丰富、论证充分、合理、有自己的观点；格式规范、语言流畅。不允许抄袭参考文献或者其他同学的文章。教师评语：评价指标ABC评分观点正确，有自己观点，有创新性较正确，有自己的观点错误，或没有自己的观点，抄袭行文语言流畅，层次分明，中心突出语言较流畅，结构合理文字不通，条理不清论证材料丰富，论证充分，逻辑性强材料较多，论证基本合理缺乏证据，简单拼凑规范符合论文格式与规范基本符合论文格式与规范不符合论文格式与规范总成绩取平均值教师签字：年月日论文题目：紫外光谱原理及其应用论文要求：结合所学专业课程的内容，自选一个论文题目。要求内容丰富、论证充分、合理、有自己的观点；格式规范、语言流畅。不允许抄袭参考文献或者其他同学的文章。教师评语：评价指标ABC评分观点正确，有自己观点，有创新性较正确，有自己的观点错误，或没有自己的观点，抄袭行文语言流畅，层次分明，中心突出语言较流畅，结构合理文字不通，条理不清论证材料丰富，论证充分，逻辑性强材料较多，论证基本合理缺乏证据，简单拼凑规范符合论文格式与规范基本符合论文格式与规范不符合论文格式与规范总成绩取平均值教师签字：年月日摘要：时至今日，波谱分析已经成为探究有机分子和生物大分子的最可靠、最有效的结构分析手段。因此掌握波普实验法并利用谱图提供的结构信息，实为从事有机化学及相关学科工作的必须。在我国，理科院校有机波普分析也已成为有机化学，有机分析的中心内容之一。对有机化合物的结构表征应用最为广泛的仪器分析方法是：紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱等。本文就紫外光谱综合阐述其原理及应用。关键词：紫外光谱、基本原理、应用Abstract：Today,thespectrumanalysisoforganicmoleculesandbiologicalmacromoleculeshasbecomethemostreliableandmosteffectivemeansofstructuralanalysis.Thereforegrasppopexperimentalmethodandusinginformationstructureofspectra,itismustbeworkinginthefieldoforganicchemistryandrelateddisciplines.Inourcountry,analysisoforganicpopsciencecollegeshasbecomeorganicchemistry,organicanalysisofoneofthecentralcontent.Thestructureoforganiccompoundsrepresentthemostwidelyusedinstrumentanalysismethodis:ultravioletspectrum,infraredspectrum,nuclearmagneticresonance(NMR)spectroscopy,massspectrometry,etc.Inthispaper,theprincipleandapplicationofultravioletspectroscopy,comprehensiveelaboration.Keywords：Ultravioletspectrum、Thebasicprincipleof、application前言:在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法，主要有：红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.5~1000um，主要用于有机化合物结构鉴定。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200~400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。可见吸收光谱:电子跃迁光谱，吸收光波长范围400~750nm，主要用于有色物质的定量分析。紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波,由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱,也称之为电子光谱.目前使用的紫外光谱仪波长范围是200~800nm.其基本原理是用不同波长的近紫外光(200~400nm)依次照一定浓度的被测样品溶液时,就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标(单位nm),吸收度(absorbance)A为纵坐标作图,即得到紫外光谱(ultravioletspectra，简称UV)1、紫外可见光谱紫外吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁所产生的。由于电子能级跃迁往往要引起分子中核的运动状态的变化，因此在电子跃迁的同时，总是伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁[1]。考虑跃迁前的基态分子并不是全是处于最低振动和转动能级，而是分布在若干不同的振动和转动能级上；而且电子跃迁后的分子也不全处于激发态的最低振动和转动能级，而是可达到较高的振动和转动能级,因此电子能级跃迁所产生的吸收线由于附加上振动能级和转动能级的跃迁而变成宽的吸收带。此外，进行紫外光谱测定时，大多数采用液体或溶液试样。液体中较强的分子间作用力，或溶液中的溶剂化作用都导致振动、转动精细结构的消失。但是在一定的条件下，如非极性溶剂的稀溶液或气体状态，仍可观察到紫外吸收光谱的振动及转动精细结构。1.1紫外可见光谱的基本概念1.1.1电子跃迁[2]的类型根据分子轨道的计算结果，分子轨道能级的能量以反键σ轨道最高，而n轨道的能量介于成键轨道与反键轨道之间。分子轨道能级的高低次序如下：σ*π*nπσ1、σ→σ*σ键键能高，要使σ电子跃迁需要很高的能量，大约780KJ.mol-1，是一种高能跃迁。这类跃迁对应的吸收波长都在真空紫外区，在近紫外区是透明的，所以常用作测定紫外吸收光谱的溶剂。2、n→σ*分子中含有氧、氮、硫、卤素等原子，则产生这种跃迁，它比σ→σ*跃迁的能量低得多。（甲硫醇227nm，碘甲烷258nm）3、π→π*不饱和化合物及芳香化合物除含σ电子外，还含有π电子。π电子容易受激发，电子从成键的π轨道跃迁到反键的π轨道所需的能量比较低。一般孤立双键的乙烯、丙烯等化合物，其π→π*跃迁的波长在170-200nm范围内，但吸收强度强（104）。如果烯烃上有取代基或烯键与其它双键共轭，π→π*跃迁的吸收波长将红移到近紫外区。芳香族化合物存在环状的共轭体系，π→π*跃迁会出现三个吸收带即E吸收带、K吸收带、B吸收带（苯：184nm、203nm、256nm）。4、n→π*当化合物分子中同时含有π电子和n电子则可产生这种跃迁，n→π*，所需的能量最低，其所产生的吸收波长最长，但吸收强度很弱（丙酮：280nm，15）。电子跃迁类型与分子结构及其存在的基团有密切的关系,可以根据分子结构来预测可能的电子跃迁（饱和烃σ→σ*，烯烃σ→σ*、π→π*，脂肪醚σ→σ*、n→σ*，醛酮π→π*、n→σ*、Σ→σ*、n→π*）。1.1.2光吸收定律通常以波长λ为横轴、吸光度A（百分透光率T%）为纵轴作图，就可获的该化合物的紫外吸收光谱图。吸光度A，表示单色光通过某一样品时被吸收的程度A=log(I0/I1),I0入射光强度，I1透过光强度；透光率也称透射率T，为透过光强度I1与入射光强度I0之比值，T=I1/I0透光率T与吸光度A的关系为A=log(1/T)1.1.3发色基团和助色基团能使化合物出现颜色的一些基团。在紫外吸收光谱中沿用这一术语，其含义已经扩充到凡是能导致化合物在紫外及可见光区产生吸收的基团，不论是否显示颜色都称为发色基团。一般不饱和的基团都是发色基团（C=C、C=O、N=N、三键、苯环等）。早期引入的一个术语，它是指那些本身不会使化合物分子产生颜色或者在紫外及可见光区不产生吸收的一些基团，但这些基团与发色基团相连时却能使发色基团的吸收带波长移向长波，同时使吸收强度增加。通常，助色基团是由含有孤对电子的元素所组成（-NH2,-NR2,-OH,-OR,-Cl等），这些基团借助P→π共轭使发色基团增加共轭程度，从而使电子跃迁的能量下降。各种助色基团的助色效应各不相同，以O-为最大，F为最小。助色基团的助色效应强弱大致如下列顺序。FCH3ClBrOHSHOCH3NH2NHRNR2O-1.1.4红移和蓝移由于有机化合物分子中引入了助色基团或其他发色基团而产生结构的改变，或者由于溶剂的影响使其紫外吸收带的最大吸收波长向长波方向移动的现象称为红移。与此相反，如果吸收带的最大吸收波长向短波方向移动，则称为蓝移。1.2紫外可见光谱的基本原理如图所示：2、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[3]、氢键强度的测定。2、1定性分析对无机元素的定量分析应用比较少在有机化合物的定性鉴定和机构分析中，由于紫外光谱比较简单，特征性不强，并且大多数简单官能团在近紫外光区只有微弱吸收或者无吸收，因此，该法的应用也有一定的局限性。紫外光谱法主要适用于不饱和有机物，尤其是共轭体系的鉴定，以此推断未知物的骨架结构，在配合IR、NMR、MS等进行定性鉴定和结构分析中，它无疑是个十分有用的辅助方法。2.1.1比较法吸收光谱曲线的形状、吸收峰的数目以及最大吸收波长的位置和相应的摩尔吸光系数，是进行定性鉴定的依据。其中，最大吸收波长及相应的最大摩尔吸光系数是定性鉴定的主要参数。所谓比较法，就是在相同的测定条件（仪器、溶剂、pH等)下，比较位置纯试样与已知标准物的吸收光谱曲线，如果它们的吸收光谱曲线完全等同，则可以认为待测试样与已知化合物有相同的生色团。进行这种对比法时，也可以借助于前人汇编的以实验结果为基础的各种有机化合物的紫外-可见光谱标准谱图，或有关电子光谱数据表。常用的标准谱图及电子光谱数据表有:[1]SadtlerStangdardSpectra(Ultraviolet).London:Heyden,1978.萨特勒标准谱图共收集了49000中化合物的紫外光谱。[2]OrganicElectronicSpectralData,JohnWileyandSons,1949.这是一套又许多作者共同编写的大型手册性丛书。文献资料自1949年开始，目前还在继续编写。2.1.2最大吸收波长计算法Woodward-Fieser经验规则：共轭二烯、三烯和四烯烃以及共轭烯酮类化合物π→π*跃迁最大吸收波长，可用此经验规则来计算。不适于交叉共轭体系，也不适于芳香族体系。Fieser-Kuhn经验规则：如果一个多烯分子中含有四个以上的共轭双键,则其在己烷中的最大吸收波长和最大摩尔系数值可按此经验规则来计算。Scott经验规则:计算芳香族羰基的衍生物在乙醇中的最大吸收波长。2、2定量分析[4]定量分析的依据是Lambert-Beer定律。2.2.1单组份定量方法标准曲线法2.2.2多组分定量方法根据吸光度具有加和性的特点，在同一试样中可以测定两种或两种以上的组分。假设试样中含有x和y两种吸光组分。而x和y两组分个子的吸收光谱的重叠情况有三种。1x,y吸收光谱不重叠，按单组分的测定方法分别在处测得组分浓度。2x，y吸收光谱单向重叠，x组分对y组分的测定有干扰。3双向重叠，列方程组求Cx和Cy。随着测量组分对俄增多，实验结果的误差也将增大。2、3纯度检查如果一化合物在紫外-可见光区没有吸收峰，而其中的杂质有较强的吸收，就可方便地检出该化合物中的痕量杂质。例如要检定甲醇或乙醇中的杂质苯等，可利用苯在259nm出的B吸收带，而甲醇或乙醇在此波长处几乎没有吸收。2、4化合物结构的推测2.4.1顺反异构体的判别一般来说，顺式异构体的最大吸收波长比反式异构体的值小。2.4.2互变异构体的测定2.4.3构象的判别2、5氢键强度的测定n→π*吸收带在极性溶剂中比在非极性溶剂中的波长短一些。在极性溶剂中分子间形成了氢键，实