化学计算与测量实验5——-紫外吸收光谱的计算

紫外吸收光谱法测定苯甲酸[教材]紫外吸收光谱法测定苯甲酸紫外吸收光谱法测定苯甲酸紫外吸收光谱法测定苯甲酸紫外吸收光谱法测定苯甲酸山梨酸和未知物化学生物系吴丹一、实验目的 1 通过实验了解苯甲酸，山梨酸的紫外吸收特征，并利用这些特征对未知物进行定性鉴定。

2 通过测定有机化合物紫外吸收光谱，掌握鉴别化合物中发色团及其化合物类型的方法。

3 掌握有机化合物结构与紫外吸收光谱之间内在联系的规律。

二、实验原理 1 电磁波谱范围表光谱名称 X射线远紫外光紫外光可见光近红外光中红外光远红外光微波无线电波波长范围 0.01,,10 nm 10,,200 nm 200,, ,,400 nm ,, 400,, ,,750 nm ,, 0.75,,2.5 ?m 2.5,,5.0 ?m 5.0,, 1000 ?m 0.1,,100 cm 1,,1000 m 跃迁类型 K和L层电子中层电子价电子价电子分子振动分子振动分子转动和低位振动分子转动分析方法 X射线光谱法真空紫外光谱法紫外光度法比色及可见光度法近红外光谱法中红外光谱法远红外光谱法微波光谱法核磁共振光谱法 2 用紫外或可见光照射含有共轭结构的不饱和化合物共轭结构的不饱和化合物时，分子中的共轭结构的不饱和化合物价电子会从基态向激发态跃迁，此时，电子吸收了某一波长的紫外(可见)光。

能级跃迁所需的能量与被吸收的紫外(可见)光波长之间的关系，可按下式计算: E = hf = hc / λ 式中: h---普郎克常数 ?E—电子能级的能量差(KJ?mol-1) f ，λ—被吸收光的频率和波长电子跃迁主要有σ?σ* ，n?σ*, π?π*,n?π* 四种形式，它们跃迁所需能量大小为: σ?σ* , n?σ* ? π?π* , n?π* 其中σ?σ* 及n?σ* 的跃迁能量大，吸收的光的波长落在真空紫外部分，而n?σ* 和共轭体系π?π* 跃迁能量较小，落在紫外可见光的范围内。

部分一紫外光谱法与红外光谱法摘要：光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法，紫外光谱法(UV)，红外光谱法(IR)都是属于光谱法。

一、原理不同1、紫外光谱(UV)分子中价电子经紫外光照射时，电子从低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长的光，这样产生的吸收光谱叫紫外光谱。

紫外光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。

紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm(纳米), 其中100-200nm 为远紫外区，200-400nm为近紫外区, 一般的紫外光谱是指近紫外区。

2、红外光谱法（IR）分子与红外辐射的作用，使分子产生振动和转动能级的跃迁所得到得吸收光谱，属于分子光谱与振转光谱范畴。

利用样品的红外吸收光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法称之红外光谱法。

红外光区的波长范围是0.76—500 μm，近红外0.76—2.5μm中红外2.5—25μm远红外波长25—500μm 。

二、仪器对比三、分析目的1、紫外吸收光谱由电子能级跃迁引起紫外线波长短、频率高、光子能量大，能引起分子外层电子的能级跃迁。

电子跃迁虽然伴随着振动及转动能级跃迁，但因后者能级差小，常被紫外曲线所淹没。

除某些化合物蒸气（如苯等）的紫外吸收光谱会显现振动能级跃起迁外，一般不显现。

因此，紫外吸收光谱属电子光谱。

光谱简单。

2、中红外吸收光谱由振—转能级跃迁引起，红外线的波长比紫外线长，光子能量比紫外线小得多，只能收起分子的振动能级并伴随转动能级的跃迁，因而中红外光谱是振动—转动光谱，光谱复杂。

3、紫外吸收光谱法只适用于芳香族或具有共轭结构的不饱和脂肪族化合物及某些无物的定性分析，不适用于饱和有机化合物。

红外吸收光谱法不受此限，在中红外区，能测得所有有机化合物的特征红外光谱，用于定性分析及结构研究，而且其特征性远远高于紫外吸收光谱，除此之外，红外光谱还可以用于某些无机物的研究4、红外光谱的特征性比紫外光谱强。

化学实验中的紫外光谱技术紫外光谱技术是一种利用紫外光进行物质分析的方法，广泛应用于化学领域的实验中。

它基于物质吸收在紫外光区域的特性，通过测量样品在不同波长下的吸光度，可以提供关于物质结构、含量和反应动力学等方面的信息。

本文将介绍紫外光谱技术在化学实验中的应用，包括测定物质浓度、鉴定物质结构和研究化学动力学等方面。

1. 物质浓度的测定紫外光谱技术常用于测定溶液中的物质浓度。

这是因为许多物质在紫外光区域会吸收特定波长的光，吸光度与物质浓度呈线性关系。

通过构建标准曲线，我们可以通过比较待测溶液的吸光度与标准溶液的吸光度来确定物质的浓度。

这种定量分析方法在生化实验中广泛应用，如测定DNA和蛋白质的浓度。

2. 物质结构的鉴定紫外光谱技术对于物质结构的鉴定也有重要作用。

不同的化学官能团在紫外光区域会吸收特定波长的光，吸收峰的位置和强度能够提供信息，进而用于确定物质的结构。

例如，含有酮官能团的物质在200-300 nm波长范围内显示强烈吸收，而含有羟基的物质则在200-250 nm波长范围内表现吸收峰。

通过对物质的紫外吸收特征进行分析，我们可以推测其结构，有助于化学识别和分析。

3. 化学动力学的研究紫外光谱技术也可用于研究化学反应的动力学过程。

通过监测反应物和产物在紫外光区域的吸收变化，我们可以了解反应的速率和机理。

在这种应用中，我们将以时间为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制紫外吸收光谱随时间变化的曲线，称为动力学吸收光谱。

通过分析动力学吸收光谱上的吸收峰位置和强度的变化，可以揭示反应过程中中间体的形成和消失情况，从而深入理解反应的动力学。

除了上述应用，紫外光谱技术还可用于监测环境中的污染物、评估药物的纯度和稳定性，并在有机合成、生物化学和食品科学等领域中发挥重要作用。

虽然紫外光谱技术有许多优点，如快速、无损伤等，但也有一些局限性。

对于大多数有机物而言，紫外吸收区域仅限于200-400 nm，因此不适用于所有物质的分析。

实验一绘制吸收光谱及测定摩尔吸光系数一.实验目的通过紫外吸收光谱的绘制和摩尔吸光系数的测定，掌握Agilent8453 UV-Vis的使用方法。

学习导数光谱计算方法及特点。

二.实验原理1．本实验用Agilent8453型分光光度计绘制氨基酸（苯丙氨酸，色氨酸）的紫外吸收光谱，找出它的吸收峰波长并计算摩尔吸光系数。

CH2CHCOOHNH2CNHCH2CHCHCOOHNH2苯丙氨酸色氨酸紫外分光光度法是利用物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，波长范围为200-400nm的紫外光谱。

各种分子都有其特征的吸收光谱，即吸光度与摩尔吸光系数随波长的变化而变化的规律。

吸收光谱的形状与物质的特征有关，以此进行定性分析。

为了清楚地描述各种物质对紫外区域电磁辐射的选择性吸收的情况，往往需绘制吸收光谱曲线，即吸光度对波长的曲线。

在吸收光谱曲线上可以找到最大吸收峰波长。

根据比尔定律：A = εb c式中A—吸光度ε—摩尔吸光系数b—液槽厚度，单位：cmc—摩尔浓度，单位：mol/l摩尔吸光系数可按下式计算：Abc ε=2．导数分光光度法：利用紫外-可见分光光度计软件系统带有的数学处理功能，对吸收光谱进行处理，可以获得导数光谱。

利用导数光谱进行分光光度测定，称为导数分光光度法。

通常可以获得1-4阶导数光谱。

在各阶导数光谱中，吸光度对波长的微分值与溶液中组分的浓度c保持线性关系：ssd Acdλ∝。

其中s为导数的阶数。

因此，可以利用导数光谱进行定量测定。

导数光谱可用于放大图谱间差别，定性分析中分辨重叠谱带，而且还可以减少定量分析中来自散射、基体、及其它吸收物的干扰影响。

由于导数光谱灵敏度高，因此对于试样纯度检验，多组分混合物的测定，消除共存杂质的干扰和背景吸收，测定混合式样都具有特殊的优越性。

三.实验仪器和试剂1.Agilent8453 UV-Vis分光光度计;2.移液枪(德国BRAND公司生产);3.50ml容量瓶2支; 废液池（烧杯）一只；4.氨基酸储备液：色氨酸0.400 g/l，苯丙氨酸2.00 g/l;5.去离子水四.实验步骤1.吸收光谱的测定（1）用氨基酸储备液及去离子水在50ml容量瓶中配置氨基酸溶液，色氨酸浓度为40mg/l, 苯丙氨酸800mg/l；（2）分别取上述溶液，用1cm石英比色皿，以水作参比溶液，在波长范围为190nm—400nm 间测定他们的吸收光谱。

波长长短排序：γ射线<X-射线<UV(紫外光谱区)<可见光谱区<IR(红外光谱区)<微波<无线电波Plank’s constant=6.6*10-34J/s普通紫外区对有机化合物结构分析用处大。

共轭体系以及芳香族化合物在此区域内有吸收，是紫外光谱讨论的主要对象。

可见光区与普通紫外区基本无太大差别，只是光源不同，普通紫外区用氢灯或氘灯，可见光区用钨丝灯。

Lambert-Beer定律：A=log I0I1=log1T=ε▪c▪lA——吸光度；I0——入射光强度；I1——透过光强度；T(=I1/I0)——透射率；ε=摩尔吸光系数(L mol-1 cm-1)；c——溶液的浓度(mol/L)；l——光在溶液中经过的距离(比色池的厚度,cm)；λmax最大吸收波长(一般有多个，数目等于最大吸收峰数目)，εmax最大吸收时的摩尔吸光系数(每个λmax都有一个对应的εmax)。

生色团：可以使分子在紫外-可见光区产生吸收带的基团。

(一般为带π电子基团，诸如C=C，C≡C，苯环，C=O，N=N，NO2)如果一个化合物分子中：①发色团之间不发生共轭：吸收光谱包括发色团各自的吸收带；②发色团之间彼此形成共轭体系：原来各自发色团的吸收带消失，而产生新的吸收谱带(波长和吸收强度比原来明显加大)。

助色团：有些原子或基团单独在分子中存在时，本身在紫外区和可见区不产生吸收的原子或基团，当连接到发色团后，使发色团的吸收带波长移向长波，同时使吸收强度增加(助色团一般为带有p电子的原子或原子团，如-OH，-OR，-NHR，-SR，-Cl，-Br，I，烷基等)。

①助色团与π键相连时，与π键形成p-π共轭或σ-π超共轭，使π键电子容易被激发，发生红移；②助色团与羰基相连时，使羰基的n-π*跃迁吸收带向短波方向移动，即蓝移。

其中带有p电子的原子或原子团蓝移更加明显。

③红移：吸收带向长波方向移动。

蓝移：吸收带向短波方向移动。

化学计算与测量实验5——紫外吸收光谱地计算紫外吸收光谱是一种广泛应用于化学分析和有机化学研究领域的实验技术。

它基于物质对紫外光的吸收能力，可以用来确定物质的结构和测量其浓度。

在本实验中，我们将学习如何进行紫外吸收光谱的计算与测量。

首先，我们需要了解紫外吸收光谱的原理和基本概念。

紫外光的波长范围通常是200-400 nm，能够引起物质中电子能级跃迁的激发。

当分子处于基态时，其电子处于较低的能级，吸收紫外光后会被激发到较高能级。

所吸收的光子数量与吸收的光强成正比，可通过分析样品对紫外光的吸收程度来推断其浓度和结构。

在进行紫外吸收光谱测量之前，首先需要使用紫外可见分光光度计对仪器进行校准。

校准过程中，我们可以使用一种已知浓度的试剂，如对苯二甲酸酯，来测量其在特定波长下的吸光度，并将吸光度与浓度之间的关系绘制成标准曲线。

根据标准曲线，我们可以推断出未知样品的浓度。

接下来，我们可以开始测量未知样品的紫外吸收光谱。

样品应该先稀释至合适的浓度，以确保其吸光度在检测范围内。

对于吸光度较高的样品，可以选择适当稀释系数，以保证在仪器的线性检测范围内。

实验中还需要选择合适的波长范围和波长步进值，以获得准确的数据。

测量完成后，我们可以根据所得的吸光度数据绘制吸收光谱图。

在吸收光谱图上，横轴代表波长，纵轴代表吸光度。

通过分析吸光度的变化，我们可以判断样品的结构和化学性质。

例如，在芳香化合物中，通常会出现一个特征性的吸收峰，称为π→π*跃迁峰，其波长范围在210-240 nm之间。

在测量完吸光度之后，我们可以根据实验室提供的标准曲线计算出未知样品的浓度。

根据标准曲线，我们可以将吸光度与浓度之间的关系用线性回归方程表示。

通过插入所测吸光度的值，我们可以计算出未知样品的浓度。

总结起来，紫外吸收光谱是一种用于确定物质结构和测量浓度的重要实验技术。

它基于物质对紫外光的吸收能力，可以通过测量吸光度和绘制吸收光谱图来分析样品的性质。

同时，根据标准曲线，我们可以计算出未知样品的浓度。