1、實驗五 紫外光譜法定性分析實驗一、實驗目的1了解U-3010紫外可見分光光度計的構造、原理及使用方法。2了解紫外光譜法在定性分析中的應用。3掌握查閱紫外標準譜圖的方法。二、儀器與試劑儀器：U-3010紫外可見分光光度計1cm石英吸收池試劑：苯環己烷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 對溴苯胺甲醇溶液7.3×10-5 mol/L C4H6O甲醇溶液（K帶）0.015 mol/L C4H6O甲醇溶液（R帶）0.1 mol/L NaO

2、H溶液0.1 mol/L HCl溶液三、實驗內容1檢查儀器波長及分辨率2環己烷的純度檢驗3氫鍵強度測定4溶液酸堿性對紫外光譜的影響5鑒定有機化合物結構四、實驗原理及步驟1檢查儀器波長及分辨率（1）基本原理紫外可見分光光度計在使用前或使用一定時間后，需對光度計的波長標尺進行必要的檢查與校正，以保證測試結果的準確可靠。利用苯蒸氣紫外光譜的B吸收帶進行波長校正和分辨率檢查，是實驗室中常用的一種簡便可行的方法。苯蒸氣在（230270）nm間的B吸收帶為苯的特征譜帶，它以中等強度吸收和明顯的振動精細結構為特征。將實驗測得的苯蒸氣的紫外光譜與苯蒸氣的標準紫外光譜圖相對照，據此可判斷所用儀器的波長精度及分辨

3、率。（2）實驗步驟 于干燥潔凈的1 cm 石英吸收池中，滴入一滴液態苯，蓋上池蓋，稍停片刻，待苯蒸氣在吸收池中飽和后，放入樣品光路，參比光路放入空吸收池，測定苯蒸氣在（200350）nm間的吸收光譜。 將測得的苯蒸氣的紫外吸收光譜與苯蒸氣的標準紫外光譜圖相對照，以檢驗所用儀器的波長精度及分辨率。2己烷的純度檢驗（1）基本原理檢驗某一化合物中是否有雜質的主要依據是根據其光譜特征的不同來判斷。可分為下述兩種情況： 如果某一化合物在一定波長范圍內無吸收，而雜質在該波長范圍具有特征吸收，則可根據雜質吸收帶的特征，即吸收峰的形狀、波長及摩爾吸光系數等來檢查該化合物中是否含有該雜質。 如果某一化合物與雜質

4、在某一波長范圍內均產生吸收，則可根據它們各自吸收光譜特征的不同以及該化合物吸收光譜曲線是否改變而確定雜質的有無。（2）實驗步驟 于1cm石英吸收池中，加入約2/3高度的分析純環己烷，以空氣為參比，測其在（200350）nm間的紫外吸收光譜。 根據所測吸收光譜的特征，判斷出環己烷中可能存在的雜質。注：石英吸收池在使用前，需先用甲醇或乙醇清洗3次，然后再用待測試液清洗3次。3氫鍵強度測定（1）基本原理當溶質分子和溶劑分子締合生成氫鍵時，溶質的吸收光譜特征將有明顯改變。例如，羰基化合物n* 躍遷所產生R帶的max在很大程度上取決于所使用的溶劑。對于同一含羰基的化合物，它在極性溶劑和非極性溶劑中R帶的

5、的max值是有所區別的。在極性溶劑中，溶劑和羰基氧原子的n電子形成氫鍵，使n軌道能級降低而趨向穩定化。當n電子實現n* 躍遷時，需要增加一定的能量來克服氫鍵的鍵能。而在非極性溶劑中，由于未形成氫鍵，也就無須破壞氫鍵，因而實現n* 躍遷需要較少的能量。兩者躍遷的能量差正好與氫鍵的鍵能相當，也就是與氫鍵的強度相當，據此，可用下式計算出溶質在極性溶劑中所形成的氫鍵強度。式中，EH為氫鍵強度（J/mol），Ep、p 為在極性溶劑中躍遷的能量（J）及波長（cm），En、n為在非極性溶劑中躍遷的能量（J）及波長（cm），N為阿佛加德羅常數（6.02×1023），h為普朗克常數（6.62×

6、;10-34 J·S），c 為光速（3×1010 cm/s）。（2）實驗步驟 測定丙酮在正己烷、甲醇和水中的紫外吸收光譜于1 cm石英吸收池中，加入約2/3高度的0.016 mol/L丙酮正己烷溶液，以空氣為參比，記錄其在（200350）nm間的紫外吸收光譜，并測出R帶的 max ，即 n ；然后用同樣的方法，分別測出0.021 mol/L丙酮甲醇溶液和0.025 mol/L丙酮水溶液中R帶的 max（甲醇） 和max（水），即p和 p 。 數據處理將所測數據n、 p 和 p分別帶入上式中，計算出丙酮在甲醇和在水中生成的氫鍵強度。4. 溶液酸堿性對紫外光譜的影響（1）基本原

7、理在測定酸性、堿性或兩性物質時，溶液的酸堿性對其紫外光譜的影響很大。因此，在紫外光譜分析中，有時可利用不同pH條件下光譜變化的規律，測定分子結構中的酸性或堿性基團。例如，苯酚在堿性介質中，可轉化為酚鹽負離子，即苯酚分子中OH 基團上的氧原子含有兩對孤對電子，與苯環電子形成 p共軛。當形成酚鹽負離子時，氧原子上的孤對電子增加到三對，使 p共軛作用進一步增強，因而導致吸收帶紅移，吸收強度增加，若再加入酸，吸收峰又回到原處，苯酚苯酚鹽的相互轉化可用以確定化合物中是否有羥基與苯環相連。又如，苯胺在酸性介質中可轉化為苯胺鹽正離子，即苯胺形成鹽后，氮原子上的孤對電子消失，不再與苯環上的電子共軛，因此苯胺鹽

8、的吸收帶藍移至與苯相同的位置，若再加入堿，譜圖又可復原。據此，可以很方便地判斷化合物中是否有NH2 基團與苯環相連。（2）實驗步驟 將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（或空氣）為參比，測定其在（200350）nm間的紫外吸收光譜，然后取出盛有試液的吸收池，加入3滴0.1 mol/L的NaOH，稍許搖晃，在同一張圖上再記錄其在（200350）nm間的吸收光譜，根據 max 的移動情況，判斷出該化合物的類型；最后，根據所給分子式查閱薩特勒分子式索引，再根據此分子式所對應的UV圖號查找紫外標準譜圖，將實驗測得的紫外吸收光譜與相同分子式的紫外標準譜圖

9、相對照，以確定出該化合物的可能結構。 將4.9×10-5 mol / L的對溴苯胺甲醇溶液加入1 cm石英吸收池中，以甲醇（或空氣）為參比，于（200350）nm間測其紫外吸收光譜，然后取出盛有試液的吸收池，加入3滴0.1 mol/L的HCl，稍許搖晃，再測其紫外吸收光譜，觀察其 max 的移動情況，判斷出該化合物的類型；最后，根據所給分子式查閱薩特勒紫外標準譜圖，以確定出該化合物的可能結構。5. 鑒定有機化合物結構（1）基本原理利用紫外光譜對有機化合物進行定性鑒定和結構分析的主要依據是這些化合物的吸收光譜特征，即吸收曲線的形狀，吸收峰數目以及各吸收峰的波長位置和相應的摩爾吸光系數等

10、。其中，最大吸收峰波長 max 及max 是有機化合物定性鑒定的主要參數。用紫外光譜法對有機化合物進行定性和結構鑒定的方法一般有兩種。第一種方法是在相同的測量條件下（溶劑、pH等），測定未知物的紫外吸收光譜與所推斷化合物的標準物的吸收光譜直接比較，或與薩特勒紫外標準譜圖對照，如果兩者吸收光譜的特征完全相同，則可初步認為兩者為同一化合物，或者是具有相同的分子骨架和發色團。因為物質的紫外吸收光譜基本上是分子中發色團和助色團的特征，而不是整個分子的特征。因此，僅靠紫外光譜來確定整個分子的結構是困難的，還須配合紅外光譜、核磁共振波譜和質譜，方可作出該化合物定性鑒定和結構分析的可靠結論。第二種方法適用于

11、沒有紫外標準譜圖或標準樣品，不能用第一種方法（即對比法）進行鑒定的情況。此時，可根據有機化合物吸收波長的經驗規則計算 max ，然后與實測值進行比較，以確認物質的結構。例如，Woodward和Scott根據大量實驗結果總結了計算共軛烯烴、共軛烯酮類化合物* 躍遷最大吸收波長和計算芳香族羰基衍生物E2帶的吸收波長的經驗規則，如表5-1、表5-2、表5-3和表5-4所示。該規則是以某一類化合物的基本吸收波長為基礎，加入各種取代基對吸收波長所作的貢獻，就是該化合物 * 躍遷的最大吸收波長 max 。（2）實驗步驟 分別將7.3×10-5 mol/L和 0.015 mol/L的C4H6O甲醇

12、溶液加入1 cm石英吸收池中，以甲醇為參比，測其在（200350）nm間的紫外吸收光譜（每個濃度測一次，共需測兩次）。 根據所給分子式，查閱薩特勒紫外標準譜圖，確定出該化合物的可能結構。 根據Woodward或Scott經驗規則計算出所確定結構K帶（或E2帶）的 max ，然后與實驗測得的K帶（或E2帶）的 max 值相比較，以進一步驗證所確定結構的正確性。表5-1 共軛烯烴* 躍遷 max 的計算方法直鏈共軛二烯基本值217 nm同環二烯基本值253 nm異環二烯基本值214 nm增加一個共軛雙鍵30 nm環外雙鍵5 nm烷基或環殘余取代5 nm烷氧基取代 OR6 nm含硫基團取代 SR30

13、 nm胺基取代 NR260 nm鹵素取代5 nm酰基取代 OCOR0 nm表5-2 ArCOR 衍生物E2帶的波長計算ArCOR發色團母體/nmR= 烷基或環殘基 （R）246 = 氫 （H）250 = 羥基或烷氧基 （OH 或 OR）230表5-3 苯環上鄰、間、對位被取代基取代的增值 / nm取代基鄰位間位對位取代基鄰位間位對位R（烷基）3310Br2215OH, OR7725NH2131358O112078NHAc202045Cl0010NR2202085表5-4 不飽和羰基化合物* 躍遷max 的計算方法 （nm）、不飽和羰基化合物（無環、六員環或較大的環酮）基本值 215、鍵在五員環

14、內 -13當x為H時 -6當x為OH或OR時 -22增加一個共軛雙鍵 30增加同環二烯 39環外雙鍵、五員環及七員環內雙鍵 5烯基上取代： 烷基 R 10 12 18 18烷氧基 OR 35 30 17 31羥基 OH 35 30 50 50酰基 OCOR 6 6 6 6Cl 15 12 12 12Br 25 30 25 25SR 80NR2 95附錄5 U-3010紫外可見分光光度計的使用一、U-3010紫外可見分光光度計圖5-1 U-3010紫外可見分光光度計的外部組成參比池樣品池電源開關圖5-2 U-3010紫外可見分光光度計樣品室示意圖二、U-3010紫外可見分光光度計的操作步驟（一）

15、開機先接通主機電源，再接通計算機電源，用鼠標雙擊桌面上的“UV Solution”圖標，屏幕上出現測量界面，預熱10分鐘后等候測量。（二）測量操作1. 定性測量方式點擊屏幕右側（Method）方法快捷圖標，出現5張重疊的測量條件菜單，分別為：（1）General （一般）（2）Instrument （儀器條件）（3）Monitor （模擬監視）（4）Processing （數據處理）（5）Report （報告格式）下面分別加以說明：（1）General（一般）菜單內容介紹：Measurement（測量方式）一 選Wavelength scan波長掃描方式。Operator（操作者名） 可鍵入中

16、文或英文。Instrument （儀器類型）一 已自動記錄。Comments（注釋說明） 為測量條件加注必要的說明。（2）Instrument（儀器條件）萊單內容介紹：Data mode（數據方式）一 T（透過率），ABS（吸光度），Es（樣品側單光束能量），Er（參比側單光束能量），R%（發射）。Start wavelength（起始波長） 可在191.001100.00 nm間任意設定。End wavelength（終止波長） 可在190.001099.00 nm間任意設定。Sean speed（掃描速度） AUTO，0.3，3，15，30，60，120，300，600，1200，1800

17、 nm/min 11檔任選。（但要考慮與狹縫寬度的配伍關系）。High（高分辨率） ON適合陡紋光譜峰測量，一般選擇OFF。Baseline correction（基線校正） System 系統基線校正，范圍為191-1100 nm。User兩條用戶基線校正，范圍任設。Delay （延遲時間） 為了使樣品的溫度達到穩定，故而設定一個延遲時間。當做重復測量時，僅第一個樣品執行延遲。設定范圍為0-9999秒。Cyele time（循環周期）一 在重復測量時，上次測量開始時間到下次測量開始時間的間隔。設定范圍為0.1-99 min。但此時間一定要大于一次全程掃描時間，否則，掃描未完便繼續下一掃描。Z

18、ero lnstrument before each run at nm 測量前，在指定的波長處自動調零。Light source （光源選擇） Auto在340 nm處自動切換。D2 only僅用氘燈，W1 only僅用鎢燈。Lamp change（燈范圍） 當僅選用氘燈或鎢燈時，可延伸應用范圍。設定范圍為325-370nrn。Slit width（狹縫寬度） 有0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，5.0 nm六檔可設定。PMT mode（光電管電壓模式） Auto通常測定時使用。Fixed固定電壓使用，一般在能量方式或火焰發射法時使用。PMT voltage（光電管高壓） 當上項選用

19、Fixed方式時用。范圍 0-1000伏。Sampling Interval（采樣間隔） 數據讀取間隔。有Auto，0.0125，0.025，0.05，0.1，0.2，0.5，1，2，5 nm 10檔可選用。一般用Auto。Replicates（重復次數） 樣品重復測量次數設定。范圍在1-20間設定。Path length（光路長度） 根據比色皿長度設定。范圍在0.1-100 mm間。（3）Monitor（模擬監視）菜單內容介紹：Yaxis Max（縱軸最大標尺） 設定范圍 -99999.999到10000.000，初始值為1。Yaxis Min（縱軸最小標尺） 設定范圍 -10000.000

20、到99999.999。初始值為0。口Open data processing window after acquisition（測量后打開數據處理窗口）口Print report after data acquisition（測量后自動打印）（4）Processing（數據處理）菜單內容介紹：Average replicates（平均值）一 重復測量時使用。可求得平均值。Processing choices（處理方法選擇）一 數據處理方法選擇。 SavitskyGolay smoothing 平滑方式， Mean smoothing 平均平滑方式， Median smoothing 中間平滑萬

21、式， Derivative 微分方式。 Processing steps（處理步驟）Peak Finding（光譜峰的找尋方法）Integrating method（峰的檢出方法） Rectangular 矩形， Trapezoid 斜方形， Romberg 羅伯格形。Threshold（閾值） 將小于設定值的峰舍去。設定范圍 0.0001-4.000。Sensitivity（靈敏度）一 有1，2，4，8四檔可選。一般選 1。（5）Report（報告格式）菜單內容介紹：口Include graph（包括圖譜） 選定后可打印圖譜。口Include peak table（包括峰值表）一 選定后可打

22、印峰值表。口Report Parameters（參數打印）一 選定后可打印參數。口Include data listing（包括數據表） 選定后可打印數據表。其中含：Data interval（數據間隔） 最小設定值為0.5 nm。Data start（數據起始） 數據采集起始波長的設定。Data end（數據終止） 數據采集終止波長的設定。口Use Microsoft Excel（使用 MS Excel格式） 一 如計算機沒有裝載Microsoft Excel程序，此功能則無效。 Printer font（打印機字體） 如改變報告字體可選擇。（6）參數設定后，點擊屏幕右側（Measure）測

23、量快捷圖標，儀器開始光譜掃描。2. 定量測量方式點擊屏幕右側（Method）方法快捷圖標，出現六張重疊的測量條件菜單。分別為：（1）General（一般）（2）Quantitation（定量條件）（3）Instrument（儀器條件）（4）Monitor（模擬監視）（5）Processing（數據處理） （6）Report（報告格式）下面分別加以說明：（1）General（一般）菜單內容介紹：Measurement（測量方式） 選Photometry定量方式。Operator（操作者名） 可鍵入中文或英文。Instrument（儀器類型） 已自動記錄。Option（附屬品選擇） 可選擇如自動進

24、樣器等附件。Comments（注釋說明） 為測量條件加注必要的說明。（2）Quantitation（定量條件）菜單內容介紹：Measurement type（測量類型） Wavelength 指定波長。 Peak area 峰面積。 Peak height 峰高。 Derivative 微分。 Ratio 峰比測定。Calibration type（曲線校正類型） None不校正，適于多波長測定。 1st order 一次線性方程。 2nd order 二次曲線方程。 3rd orrder 三次曲線方程。 Segmented 折線。Number of wavelengths (波長數）一 當不

25、使用曲線校正時最多可設定6個波長。其他校正類型可設定l-3個波長。Concentration unit（濃度單位） 任意設定。Decimal place （有效小數位數） 濃度讀值的小數有效位。輸入范圍0-3。Manual calibration （系數輸人） 利用系數輸入制作曲線。（一般不用）Force curve through zrro（強制曲線通過零點）一 使系數Ao值通過零點。（3）Instrument（儀器條件）菜單內容介紹：Wavelength（1-6）（波長值） 根據上項內容的波長數而設定波長值。Baseline correction（基線校正） 可以作系統基線（190-110

26、0 nm）及用戶基線（二條）的校正和記憶。Delay（延遲時間） 為了使樣品的溫度達到穩定故而設定一個延遲時問。當做重復測量時， 僅第一個樣品執行延遲。設定范圍0-9999秒。Cycle time（循環周期） 在重復測量時，上次測量開始時間到下次測量開始時間的間隔。設定范圍為0.l-99 min. 但此時間一定要大于一次全程掃描時間，否則掃描未完便繼續下一掃描。口Zero instrument before each run at 測量前在指定的波長處自動調零。Light source（光源選擇）一 Auto 在340nm 處自動切換。D2 only 僅用氘燈，W1 only 僅用鎢燈。Lamp change（燈范圍） 當僅選用氘燈或鎢燈時，可延伸應用范圍。設定范圍為325-370nrn。Slit width（狹縫寬度） 有0.1，0.5，1.0，2.0，4.0，5.0 nm六檔可設定。PMT Mode（光電管電壓模式） Auto通常測定時使用。Fixed固定電壓使用，一般在能量方式或火焰發射法時使用。PMT Voltage（光電管高壓） 當上項選用 Fixed方式時用。范圍 0-1000伏。Sampling interval（采樣間隔）一