紫外光譜常見的鑒別方法

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B. 紫外—可見吸收光譜分析方法

4.3.1.1 定性分析

無機元素的定性分析應用紫外—可見分光光度法比較少，主要採用原子發射光譜法或化學分析法。在有機化合物的定性分析鑒定及結構分析方面，由於紫外-可見吸收光譜較為簡單，光譜信息少，特徵性不強，並且不少簡單官能團在近紫外光區及可見光區沒有吸收或吸收很弱，在應用時也有較大的局限性。但是，這種方法可適用於不飽和有機化合物，尤其是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結構。此外，還可配合紅外光譜法、核磁共振波譜法和質譜法等常用的結構分析法進行定性鑒定和結構分析，不失為一種有利的輔助方法。

吸收光譜的形狀、吸收峰的數目和位置及相應的摩爾吸光系數，是定性分析的光譜依據，而最大吸收波長λ_max及相應的ε_max是定性分析的最主要參數。比較法有標准物質比較法和標准譜圖比較法兩種。利用標准物質比較，在相同的測量條件下，測定和比較未知物與已知標准物的吸收光譜曲線，如果兩者的光譜完全一致，則可以初步認為它們是同一類化合物；利用標准譜圖或光譜數據比較，對於沒有標准物質或標准物質難於得到的物質，此方法適用。

4.3.1.2 結構分析

紫外—可見分光光度法可以進行化合物某些基團的判別，共軛體系及構型、構象的判斷。

(1)某些特徵基團的判別

有機物的不少基團(生色團)，如羰基、苯環、硝基、共軛體系等，都有其特徵的紫外或可見光吸收帶，紫外-可見分光光度法在判別這些基團時，有時是十分有用的。如在270～300nm處有弱的吸收帶，且隨溶劑極性增大而發生藍移，就是羰基產生吸收帶的有力證據；在184nm附近有強吸收帶、204nm附近有中強吸收帶、260nm附近有弱吸收帶且有精細結構，則是苯環的特徵吸收，等等。

(2)共軛體系的判斷

共軛體系會產生很強的K吸收帶，通過繪制吸收光譜，可以判斷化合物是否存在共軛體系或共軛的程度。如果一化合物在210nm以上無強吸收帶，可以認定該化合物不存在共軛體系；若215～250nm區域有強吸收帶，則該化合物可能有兩至三個雙鍵的共軛體系，如1，3-丁二烯，λ_max為217nm，ε_max為21000；若260～350nm區域有很強的吸收帶，則可能有三至五個雙鍵的共軛體系，如癸五烯有五個共軛雙鍵，λ_max為335nm，ε_max為118000。

(3)異構體的判斷

包括順反異構及互變異構兩種情況的判斷。

順反異構體的判斷：生色團和助色團處於同一平面時，會產生最大的共軛效應。由於反式異構體的空間位阻效應小，分子的平面性較好，共軛效應強，因此λ_max及ε_max都大於順式異構體。

互變異構體的判斷：某些有機化合物在溶液中可能有兩種以上的互變異構體處於動態平衡中，這種異構體的互變過程常伴隨有雙鍵的移動及共軛體系的變化，因此會產生吸收光譜的變化。最常見的是某些含氧化合物的酮式與烯醇式異構體之間的互變。例如，乙醯乙酸乙酯就是酮式和烯醇式兩種互變異構體，它們的吸收特性不同，酮式異構體在近紫外光區時λ_max為272nm(ε_max為16000)；烯醇式異構體的λ_max則為243nm(ε_max為16000)。兩種異構體的互變平衡與溶劑有密切關系，在像水這樣的極性溶劑中，由於羰基可能與H₂O形成氫鍵以降低能量達到穩定狀態，所以酮式異構體占優勢；而在像乙烷這樣的非極性溶劑中，則形成分子內的氫鍵且形成共軛體系，以使能量降低達到穩定狀態，所以烯醇式異構體比率上升。

此外，紫外—可見分光光度法還可以判斷某些化合物的構象(如取代基是平伏鍵還是直立鍵)及旋光異構體等。

4.3.1.3 定量分析

紫外—可見分光光度法定量分析的常見方法有以下幾種。

(1)單組分的定量分析

如果在一個試樣中只要測定一種組分，且在選定的測量波長下，試樣中其他組分對該組分不幹擾，那麼進行單組分的定量分析較為簡單。一般有標准對照法和標准曲線法兩種。

標准對照法：在相同條件下，平行測定試樣溶液和某一濃度c_S(應與試液濃度接近)的標准溶液的吸光度A_x和A_S，則由c_S可計算出試樣溶液中被測物質的濃度c_x。

A_S=Kc_S，A_x=Kc_x，c_x=c_SA_x/A_S

由於標准對照法僅使用單個標准，引起誤差的偶然因素較多，故結果往往較不可靠。

標准曲線法：是實際分析工作中最常用的一種方法。配製一系列不同濃度的標准溶液，以不含被測組分的空白溶液作為參比，測定標准系列溶液的吸光度，繪制吸光度-濃度曲線，稱為校準曲線(包括標准曲線或工作曲線)。在相同條件下測定試樣溶液的吸光度，從校準曲線上找出與之對應的未知組分的濃度。

此外，有時還可以採用標准加入法(做法與原子吸收光譜法相同)。

(2)多組分的定量分析

根據吸光度具有加和性的特點，在同一試樣中可以同時測定兩種或兩種以上的組分。假設要測定試樣中的兩種組分為A、B，如果分別繪制A、B兩純物質的吸收光譜，可能有三種情況，如圖4.12所示。圖4.12 a表明兩組分互不幹擾，可以用測定單組分的方法分別在λ₁、λ₂測定A、B兩種組分；圖4.12 b表明A組分對B組分的測定有干擾，而B組分對A組分的測定無干擾，則可以在λ₁處單獨測量A組分，求得A組分的濃度c_A，然後在λ₂處測量溶液的吸光度及A、B純物質的和，根據吸光度的加和性則可以求出c_B；圖4.12c表明兩組分彼此互相干擾，此時在λ₁、λ₂處分別測定溶液的吸光度

及

，而且同時測定A、B純物質的

、

及

、

，然後列出聯立方程，解得c_A、c_B。

現代岩礦分析實驗教程

式中：M_r為衍生物的相對分子質量，扣除生色團的相對分子質量後得到該化合物的相對分子質量；l為吸收介質厚度(cm)。

(2)氫鍵強度的測定

溶劑效應對吸收光譜的影響表明，溶劑極性增大，會引起吸收帶的藍移和紅移，主要是由於溶質分子與溶劑分子的相互作用而引起的，如果它們之間具有可形成氫鍵的基團，則是由於形成氫鍵所引起的，因而可以通過吸收波長的移動程度來測定氫鍵的強度。

(3)在電化學研究方面的應用

分光光度法與電化學結合，構成了一個嶄新的研究領域——光譜電化學。光譜電化學技術包括透射技術、鏡反射技術和內反射技術三種。以分光光度法為測量手段，研究某些無機物、有機物和生物物質在電極上的電化學行為，可以同時獲得氧化還原體系的吸收光譜和氧化還原電位，以此研究所發生的電化學反應的歷程及動力學；還可以測定發生電化學反應所轉移的電子數、標准電位、摩爾吸光系數以及反應中間產物或最終產物的擴散系數等。光譜電化學發展很快，在研究無機、有機和生物化學氧化還原機理和均相反應動力學等方面將會發揮極大的作用。

C. 紫外光譜鑒別法的原理

紫外光譜鑒別法的原理如下：

紫外光譜法所用儀器為紫外吸收分光光度計或紫外可見吸收分光光度計。光源發出的紫外光經光柵或棱鏡分光後，分別通過樣品溶液及參比溶液，再投射到光電倍增管上，經光電轉換並放大後，由繪制的紫外吸收光譜可對物質進行定性分析。

由於紫外線能量較高，故紫外吸收光譜法靈敏度較高；同時，本法對不飽和烯烴、芳烴、多環及雜環化合物具有較好的選擇性，故一般用於這些類別化合物的分析及相關污染物的監測。

特點介紹：

1、紫外可見吸收光譜所對應的電磁波長較短，能量大，它反映了分子中價電子能級躍遷情況。主要應用於共軛體系（共軛烯烴和不飽和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。

2、由於電子能級改變的同游搏時，往往伴隨有振動能級的躍遷，所以電子光譜圖比圓磨伍較簡單，但峰形較寬。一般來說，利用紫外吸收光譜進行定性分析信號較少。

3、紫外可見吸收光譜常用於共軛體系的定量分析，靈敏度高，檢出限低。