A. 紫外—可见吸收光谱分析方法
4.3.1.1 定性分析
无机元素的定性分析应用紫外—可见分光光度法比较少,主要采用原子发射光谱法或化学分析法。在有机化合物的定性分析鉴定及结构分析方面,由于紫外-可见吸收光谱较为简单,光谱信息少,特征性不强,并且不少简单官能团在近紫外光区及可见光区没有吸收或吸收很弱,在应用时也有较大的局限性。但是,这种方法可适用于不饱和有机化合物,尤其是共轭体系的鉴定,以此推断未知物的骨架结构。此外,还可配合红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法等常用的结构分析法进行定性鉴定和结构分析,不失为一种有利的辅助方法。
吸收光谱的形状、吸收峰的数目和位置及相应的摩尔吸光系数,是定性分析的光谱依据,而最大吸收波长λmax及相应的εmax是定性分析的最主要参数。比较法有标准物质比较法和标准谱图比较法两种。利用标准物质比较,在相同的测量条件下,测定和比较未知物与已知标准物的吸收光谱曲线,如果两者的光谱完全一致,则可以初步认为它们是同一类化合物;利用标准谱图或光谱数据比较,对于没有标准物质或标准物质难于得到的物质,此方法适用。
4.3.1.2 结构分析
紫外—可见分光光度法可以进行化合物某些基团的判别,共轭体系及构型、构象的判断。
(1)某些特征基团的判别
有机物的不少基团(生色团),如羰基、苯环、硝基、共轭体系等,都有其特征的紫外或可见光吸收带,紫外-可见分光光度法在判别这些基团时,有时是十分有用的。如在270~300nm处有弱的吸收带,且随溶剂极性增大而发生蓝移,就是羰基产生吸收带的有力证据;在184nm附近有强吸收带、204nm附近有中强吸收带、260nm附近有弱吸收带且有精细结构,则是苯环的特征吸收,等等。
(2)共轭体系的判断
共轭体系会产生很强的K吸收带,通过绘制吸收光谱,可以判断化合物是否存在共轭体系或共轭的程度。如果一化合物在210nm以上无强吸收带,可以认定该化合物不存在共轭体系;若215~250nm区域有强吸收带,则该化合物可能有两至三个双键的共轭体系,如1,3-丁二烯,λmax为217nm,εmax为21000;若260~350nm区域有很强的吸收带,则可能有三至五个双键的共轭体系,如癸五烯有五个共轭双键,λmax为335nm,εmax为118000。
(3)异构体的判断
包括顺反异构及互变异构两种情况的判断。
顺反异构体的判断:生色团和助色团处于同一平面时,会产生最大的共轭效应。由于反式异构体的空间位阻效应小,分子的平面性较好,共轭效应强,因此λmax及εmax都大于顺式异构体。
互变异构体的判断:某些有机化合物在溶液中可能有两种以上的互变异构体处于动态平衡中,这种异构体的互变过程常伴随有双键的移动及共轭体系的变化,因此会产生吸收光谱的变化。最常见的是某些含氧化合物的酮式与烯醇式异构体之间的互变。例如,乙酰乙酸乙酯就是酮式和烯醇式两种互变异构体,它们的吸收特性不同,酮式异构体在近紫外光区时λmax为272nm(εmax为16000);烯醇式异构体的λmax则为243nm(εmax为16000)。两种异构体的互变平衡与溶剂有密切关系,在像水这样的极性溶剂中,由于羰基可能与H2O形成氢键以降低能量达到稳定状态,所以酮式异构体占优势;而在像乙烷这样的非极性溶剂中,则形成分子内的氢键且形成共轭体系,以使能量降低达到稳定状态,所以烯醇式异构体比率上升。
此外,紫外—可见分光光度法还可以判断某些化合物的构象(如取代基是平伏键还是直立键)及旋光异构体等。
4.3.1.3 定量分析
紫外—可见分光光度法定量分析的常见方法有以下几种。
(1)单组分的定量分析
如果在一个试样中只要测定一种组分,且在选定的测量波长下,试样中其他组分对该组分不干扰,那么进行单组分的定量分析较为简单。一般有标准对照法和标准曲线法两种。
标准对照法:在相同条件下,平行测定试样溶液和某一浓度cS(应与试液浓度接近)的标准溶液的吸光度Ax和AS,则由cS可计算出试样溶液中被测物质的浓度cx。
AS=KcS,Ax=Kcx,cx=cSAx/AS
由于标准对照法仅使用单个标准,引起误差的偶然因素较多,故结果往往较不可靠。
标准曲线法:是实际分析工作中最常用的一种方法。配制一系列不同浓度的标准溶液,以不含被测组分的空白溶液作为参比,测定标准系列溶液的吸光度,绘制吸光度-浓度曲线,称为校准曲线(包括标准曲线或工作曲线)。在相同条件下测定试样溶液的吸光度,从校准曲线上找出与之对应的未知组分的浓度。
此外,有时还可以采用标准加入法(做法与原子吸收光谱法相同)。
(2)多组分的定量分析
根据吸光度具有加和性的特点,在同一试样中可以同时测定两种或两种以上的组分。假设要测定试样中的两种组分为A、B,如果分别绘制A、B两纯物质的吸收光谱,可能有三种情况,如图4.12所示。图4.12 a表明两组分互不干扰,可以用测定单组分的方法分别在λ1、λ2测定A、B两种组分;图4.12 b表明A组分对B组分的测定有干扰,而B组分对A组分的测定无干扰,则可以在λ1处单独测量A组分,求得A组分的浓度cA,然后在λ2处测量溶液的吸光度及A、B纯物质的和,根据吸光度的加和性则可以求出cB;图4.12c表明两组分彼此互相干扰,此时在λ1、λ2处分别测定溶液的吸光度
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式中:Mr为衍生物的相对分子质量,扣除生色团的相对分子质量后得到该化合物的相对分子质量;l为吸收介质厚度(cm)。
(2)氢键强度的测定
溶剂效应对吸收光谱的影响表明,溶剂极性增大,会引起吸收带的蓝移和红移,主要是由于溶质分子与溶剂分子的相互作用而引起的,如果它们之间具有可形成氢键的基团,则是由于形成氢键所引起的,因而可以通过吸收波长的移动程度来测定氢键的强度。
(3)在电化学研究方面的应用
分光光度法与电化学结合,构成了一个崭新的研究领域——光谱电化学。光谱电化学技术包括透射技术、镜反射技术和内反射技术三种。以分光光度法为测量手段,研究某些无机物、有机物和生物物质在电极上的电化学行为,可以同时获得氧化还原体系的吸收光谱和氧化还原电位,以此研究所发生的电化学反应的历程及动力学;还可以测定发生电化学反应所转移的电子数、标准电位、摩尔吸光系数以及反应中间产物或最终产物的扩散系数等。光谱电化学发展很快,在研究无机、有机和生物化学氧化还原机理和均相反应动力学等方面将会发挥极大的作用。
B. 紫外可见分光光度计中,信号显示系统显示方式有哪些
紫外可见分光光度计中的信号显示系统是用于显示和记录样品吸收光的强度的关键部分。这些系统旨在提供对光谱数据的实时监测和分析,同时也提供了记录和分析数据的工具。以下是常见的几种信号显示系统:
1. 单波长和多波长显示:
a. 单波长显示:
单波长测量:这是最基本的显示方式,仅显示选择的一个特定波长下的吸光度或浓度数据。用户可以选择感兴趣的波长,监测样品在该波长下的吸收情况。
b. 多波长显示:
多波长同时测量:这种方式允许同时监测多个波长的吸光度。它使用户能够在同一时间点比较不同波长的吸光度数据,通常在分析复杂样品时特别有用。
2. 光谱扫描:
a. 扫描模式:
全光谱扫描:这种模式下,仪器会扫描一定范围内的波长,并显示在这个范围内各个波长下的吸光度数据。用户可以获得样品在整个波长范围内的吸收特性。
b. 部分光谱扫描:
选择性波长扫描:有时只对特定波长范围进行扫描,以节省时间和资源。这种模式下,用户可以自定义扫描的波长范围,以满足特定分析的需求。
3. 数据记录和处理:
a. 数据记录:
实时数据记录:系统能够实时记录吸光度数据,使用户能够立即获取测量结果,并将这些数据记录下来以备将来分析和比较。
b. 数据处理:
数据分析软件:一些紫外可见分光光度计配备了数据分析软件,用户可以对获取的数据进行处理和分析。这些软件能够提供各种数据处理功能,如峰识别、峰面积计算等。
4. 温度和时间控制:
a. 温度控制:
温度监测:一些高级仪器配备了温度控制系统,可以监测和记录样品温度。这有助于在分析中考虑温度对吸收光谱的影响。
b. 时间控制:
反应动力学监测:某些情况下,用户可能需要在特定时间段内监测样品的吸光度变化。分光光度计可以提供时间控制和监测功能,以实时记录反应动力学。
5. 自动化功能:
a. 自动校准和调整:
自动化校准:高级仪器可能配备自动校准功能,能够自动进行零点校准和波长校准,提高仪器的稳定性和准确性。
b. 自动化样品处理:
样品处理流程:有些仪器提供自动进样和处理功能,能够自动进行样品处理流程,包括样品进样、清洗和测量等步骤。
紫外可见分光光度计的信号显示系统提供了多种显示方式和功能,以满足用户在分析和研究中的不同需求。这些系统能够提供实时数据监测、光谱扫描、数据处理和自动化功能,为用户提供了丰富的信息和便利性。选择合适的显示模式和功能可以根据具体的分析目的和需求来确定,以获得最准确和可靠的测量结果。
C. 紫外可见分光光度计的具体使用方法
1、机器开关在机器的右侧,按一下就会打开,有个小的屏幕,可以按数字键来操作选项,测吸光值操作。
D. 分光光度计调零的正确详细步骤
分光光度计应如何调零?具体步骤如下:
1、首先在使用紫外分光光度计前,用户应先了解仪器的结构和工作原理,以及各个操作旋钮的功能。在未接通电源前,应对仪器进行检查,电源线接线应牢固,通地要良好,各个调节旋钮的起始位置要正确,然后接通电源开关。
2、开启电源,指示灯亮,选择开关置于“T” ,波长调至测试用波长。仪器预热30 分钟。
3、打开试样室盖,调节“0”旋钮,使数字显示为“0。00”盖上试样室盖,将比色皿架处于蒸馏水校正位置,使光电管受光,调节透过率“100%”旋钮,使字显示为“100。0”
4、预热后,按(3)连续几次调整“0”和“100%”,紫外分光光度计即可进行测定工作。
5、吸光度的测量:按(3)调整仪器的“00.0”和“100%”后,将选择开关置于“A”,调节吸光度调零旋钮,使数字显示为“000” ,然后将被测样品移入光路,显示值即为被测样品的吸光度值。
拓展资料
分光光度计,又称光谱仪(spectrometer),是将成分复杂的光,分解为光谱线的科学仪器。测量范围一般包括波长范围为380~780 nm的可见光区和波长范围为200~380 nm的紫外光区。不同的光源都有其特有的发射光谱,因此可采用不同的发光体作为仪器的光源。钨灯的发射光谱:钨灯光源所发出的380~780nm波长的光谱光通过三棱镜折射后,可得到由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫组成的连续色谱;该色谱可作为可见光分光光度计的光源。
分光光度法是在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度,对该物质进行定性或定量分析。常用的波长范围为:(1)200~380nm的紫外光区,(2)380~780nm的可见光区,(3)2.5~25μm(按波数计为4000cm<-1>~400cm<-1>)的红外光区。所用仪器为紫外分光光度计、可见光分光光度计(或比色计)、红外分光光度计或原子吸收分光光度计。为保证测量的精密度和准确度,所有仪器应按照国家计量检定规程或本附录规定,定期进行校正检定。