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最新化学计算与测量实验5——-紫外吸收光谱的计算

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精品文档 精品文档 aQVF2)1(d21 :2ssel溶剂化能

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F

溶剂化能

ijijijijSjQiqjQiqSF||)()(21||)()(21d21elrRrR

实验5 紫外吸收光谱的计算 一、实验目的： （1）掌握紫外吸收的基本原理 （2）熟悉溶液中的计算 （3）学会如何看MO

二、实验原理 1、溶剂效应的理论方法 1）超分子方法 解决构象问题,、计算量问题,和外部溶剂的板块效应问题. 2）连续介质模型 定义：连续介质模型是将溶剂整体看做连续介质，并推导能够描述主要溶剂性质的解析方程。 优点: 计算量小,使用方便，大大减少体系自由度，例如对于200个水分子的精确描述需要近1800个自由度，可以较精确地处理长程静电相互作用这一最主要的溶剂效应。 缺点: 缺乏溶质-溶剂相互作用的微观信息,如氢键

连续介质模型技术包括很多分支理论，其中最广泛的是自洽反应场（SCRF）理论。 自洽反应场（SCRF）理论：在这个模型中，溶质被放在一个沉浸在介电常数为ε连续介质中的空穴内，这个空穴可以是球形，椭球形或者其他形状，通常选为球形。将反应场理论加入到量子化学分子轨道理论中发展成为自洽反应场（SCRF）理论。

3）超分子-连续介质方法 QM/MM/连续介质：将近溶剂化层扩大为溶质体系外围采用连续介质模型。在计算过程中将介质用量子力学计算，而将溶剂用分子力学计算。

2、计算溶剂化能 1）球孔穴的Born公式（点电荷模型）

2）球孔穴的点偶极模型-Onsager模型

3）非球孔穴数值解-PCM 溶剂化能： 精品文档 精品文档 3、紫外吸收光谱 紫外吸收光谱属于电子光谱，是由于价电子的跃迁而产生的。利用物质的分子或离子对紫外光的吸收所产生的紫外可见光谱及吸收程度可以对物质的组成、含量和结构进行分析、测定、推断。

如图所示：在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、有形成双键的л电子、有未 成键的孤对n电子。当分子吸收一定能量的辐射能时，这些电子就会跃迁到较高的能级，此时电子所占的轨道称为反键轨道，而这种电子跃迁同内部的结构有密切的关系。

在紫外吸收光谱中，电子的跃迁有σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*四种类型，各种跃迁类型所需要的能量依下列次序减小：σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*。

4、溶剂对紫外光谱的影响 各种因素对吸收谱带的影响表现为谱带位移、谱带强度的变化、谱带精细结构的出现或消失等。 谱带位移包括蓝移（或紫移）和红移。蓝移（或紫移）指吸收峰向短波长移动，红移指吸收峰向长波长移动。吸收峰强度变化包括增色效应和减色效应。前者指吸收强度增加，后者指吸收强度减小。 由于受到溶剂极性的影响，将使这些溶质的吸收峰的波长、强度以及形状发生不同程度的变化。这是因为溶剂分子和溶质分子间可能形成氢键，或极性溶剂分子的偶极使溶质分子的极性增强，因而在极性溶剂中π→π * 跃迁所需能量减小，吸收波长红移（向长波长方向移动）；而在极性溶剂中， n→π * 跃迁所需能量增大，吸收波长蓝移（向短波长方向移动）。 另外，由于溶剂本身在紫外光谱区也有其吸收波长范围，故在选用溶剂时，必须考虑它们的干扰。

5、几个分子的最大吸收波长

molecule wavelength of maximum absorption (nm)

ethene 170 精品文档 精品文档 buta-1,3-diene 217 hexa-1,3,5-triene 258

三、计算方法 （1）优化几何构型 #p b3lyp/6-31G(d,p) opt freq scrf=(pcm,solvent=chloroform)

（2）用优化好的几何构型计算紫外光谱和输出MO #p b3lyp/6-31G(d,p) td(nstate=6) pop=full gfinput scrf=(pcm,solvent=chloroform)

四、计算结果 1、乙烯

优化后的分子 轨道能量/A.U. Homo 轨道： E(occ)= -0.2671 （第8个轨道：π轨道） Lumo 轨道： E(unocc)= -0.0176 （第9个轨道：π *轨道）

优化后的分子的FMO 精品文档

精品文档 图一、乙烯的紫外吸收光谱 TD spectrum

Wavelength, nm 152 150 148 146 144 142 140 138 136 134 132f 0.26 0.24 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 133

153

波长nm f 152.67 0.412 148.67 0 132.62 0.0005 128.39 0 126.93 0 118.11 0

Excited State 1: Singlet-B1U 8.1212 eV 152.67 nm f=0.4120 8 -> 9 0.60467 分析：乙烯分子的紫外吸收需要波长为153nm的光，是从第8个分子轨道跃迁至第9个分子轨道。属于π→π *跃迁。

2、1,3-丁二烯

优化后的分子 轨道能量/A.U. Homo 轨道： E(occ)=-0.2288 （第15个轨道：π轨道） Lumo 轨道： E(unocc)=-0.0228 （第16个轨道：π *轨道） 精品文档 精品文档 优化后的分子的FMO 图二、1,3-丁二烯的紫外图 TD spectrum

Wavelength, nm 210 200 190 180 170 160 150f 0.5

0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 148 171

213

波长nm f 213.11 0.7467 172.68 0 171.11 0.0004 149.09 0 148.51 0 148.34 0.0003

Excited State 1: Singlet-A' 5.8178 eV 213.11 nm f=0.7467 15 -> 16 0.60701 分析：1,3-丁二烯分子的紫外吸收需要波长为213nm的光，是从第15个分子轨道跃迁至第16个分子轨道。属于π→π *跃迁。

3、1,3,5-己三烯

优化后的分子 精品文档 精品文档 轨道能量/A.U.

Homo 轨道： E(occ)= -0.2086 （第22个轨道：π轨道） Lumo 轨道：

E(unocc)= -0.0441 （第23个轨道：π *轨道）

优化后的分子的FMO

图三、1,3,5-己三烯的紫外图 TD spectrum

Wavelength, nm 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170f 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 170

268

序号 波长nm f 1 268.33 1.1573 2 211.91 0 3 181.6 0 4 173.97 0 5 173.94 0.0001 6 169.81 0.0003

Excited State 1: Singlet-A' 4.6205 eV 268.33 nm f=1.1573 22 -> 23 0.60675

分析：1,3,5-己三烯的紫外吸收需要波长为268nm的光，是从第22个分子轨道跃迁至第23个分子轨道。属于π→π *跃迁。

对上述三个分子比较如下： 分子 紫外吸收波长/nm 强度 乙烯 153 0.4120 精品文档 精品文档 1,3-丁二烯 213 0.7467 1,3,5-己三烯 268 1.1573

标准 molecule wavelength of maximum absorption (nm)

ethene 170 buta-1,3-diene 217 hexa-1,3,5-triene 258

分析： （1）计算出来的与标准给定的相差不多，符合规律，但有所偏差，是正常的。 （2）上述三个分子都是π→π *跃迁，但是三个分子对应的最大吸收波长逐渐增大，这是因为乙烯分子具有非共轭π轨道，因此其电子的跃迁对应的波长范围较短。当有两个或两个以上π键共轭时，如1,3-丁二烯和1,3,5-己三烯分子，π→π *跃迁能量降低，对应波长增大，最大吸收波长红移。 （3）三个分子是以最大吸收波长约为40-50nm递增，说明分子中加一个双键，其最大吸收波长增加40-50nm。

（4）碳碳双键或碳碳叁键均为不饱和基团，引起紫外光谱吸收，为生色基团。 4、C5H8O

优化后的分子

轨道能量/A.U.

E(occ)= -0.2646 （第22个轨道）

E(occ)= -0.2433 （第23个轨道）

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紫外吸收测定实验报告

紫外吸收测定实验报告

一、实验目的1. 熟悉紫外-可见分光光度计的仪器结构和工作原理。

2. 掌握紫外-可见吸收光谱的基本概念和知识。

3. 学习利用紫外-可见分光光度计进行样品定量分析的方法。

4. 了解紫外吸收法在生物化学和材料科学中的应用。

二、实验原理紫外-可见分光光度法（Ultraviolet-Visible Spectrophotometry，UV-Vis Spectrophotometry）是基于物质分子对紫外光和可见光的选择性吸收而建立起来的分析方法。

当分子吸收特定波长的光时，分子中的电子从基态跃迁到激发态。

紫外-可见光谱分析主要用于定量和定性分析，特别是在生物化学和材料科学领域。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：紫外-可见分光光度计、样品池、移液器、电子天平、蒸馏水、标准溶液、待测样品等。

2. 试剂：待测样品溶液、标准溶液、无水乙醇、缓冲液等。

四、实验步骤1. 样品准备：根据实验需求，将待测样品溶液稀释至合适浓度。

2. 标准曲线制作：a. 准备一系列已知浓度的标准溶液。

b. 将标准溶液分别置于样品池中，用紫外-可见分光光度计在特定波长下测定吸光度。

c. 以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。

3. 待测样品测定：a. 将待测样品溶液置于样品池中。

b. 在标准曲线对应的波长下，用紫外-可见分光光度计测定待测样品的吸光度。

c. 根据标准曲线，计算待测样品的浓度。

4. 数据处理与分析：a. 记录实验数据，包括吸光度、浓度等。

b. 对实验数据进行统计分析，如计算标准偏差、相关系数等。

c. 分析实验结果，讨论紫外吸收法在待测样品分析中的应用。

五、实验结果与分析1. 标准曲线：根据实验数据绘制标准曲线，结果显示吸光度与浓度呈线性关系，相关系数R²>0.99。

2. 待测样品测定：根据标准曲线，计算待测样品的浓度为X mg/mL。

3. 数据处理与分析：对实验数据进行统计分析，计算标准偏差为Y，相关系数为Z。

吸收光谱实验报告(3篇)

吸收光谱实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解吸收光谱的基本原理及其在物质分析中的应用。

2. 掌握紫外-可见分光光度计的操作方法。

3. 通过实验学习如何制备标准溶液，并绘制标准曲线。

4. 应用标准曲线法测定未知样品的浓度。

二、实验原理吸收光谱是一种物质对特定波长光的吸收特性，通常用于物质的定性和定量分析。

当一束单色光通过含有特定分子的溶液时，溶液中的分子会吸收特定波长的光，从而产生吸收光谱。

根据朗伯-比尔定律，吸光度与溶液的浓度和光程成正比。

三、实验仪器与试剂1. 仪器：- 紫外-可见分光光度计- 烧杯- 移液管- 移液器- 洗瓶- 吸收池- 镜头纸2. 试剂：- 标准溶液：已知浓度的待测物质溶液- 未知溶液：待测浓度的溶液- 试剂水- 乙醇四、实验步骤1. 仪器调试：- 打开紫外-可见分光光度计，预热30分钟。

- 调整仪器至最佳工作状态，包括波长选择、光程设置等。

2. 标准溶液制备：- 使用移液管准确量取一定体积的标准溶液，加入烧杯中。

- 加入适量的试剂水，搅拌均匀。

- 使用移液器将溶液转移至吸收池中，用镜头纸擦拭干净。

3. 吸光度测量：- 将制备好的标准溶液放入紫外-可见分光光度计中。

- 设置适当的波长，测量溶液的吸光度。

- 记录各标准溶液的吸光度值。

4. 标准曲线绘制：- 以吸光度为纵坐标，以溶液浓度为横坐标，绘制标准曲线。

- 通过线性回归分析，确定标准曲线的方程。

5. 未知溶液浓度测定：- 按照与标准溶液相同的步骤，制备未知溶液。

- 测量未知溶液的吸光度。

- 根据标准曲线方程，计算未知溶液的浓度。

五、实验结果与分析1. 标准曲线：- 标准曲线呈线性关系，相关系数R²接近1，表明实验数据具有良好的线性。

2. 未知溶液浓度：- 通过标准曲线方程，计算得到未知溶液的浓度为X mol/L。

六、讨论与心得1. 误差分析：- 实验过程中可能存在的误差包括：仪器误差、操作误差、试剂误差等。

- 仪器误差可通过定期校准仪器来减少；操作误差可通过提高操作技能来降低；试剂误差可通过选用高纯度试剂来减小。

吸收光谱实验室实验报告(3篇)

吸收光谱实验室实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解吸收光谱的基本原理及其在物质分析中的应用。

2. 掌握使用紫外-可见光谱仪进行样品测定的基本操作。

3. 分析并解释实验数据，以确定样品的组成和浓度。

二、实验原理吸收光谱是指当物质吸收特定波长的光时，光强度减弱的现象。

通过测量入射光和透射光之间的强度差异，可以得到样品的吸收光谱，从而推断出样品的组成和浓度。

实验中，使用紫外-可见光谱仪测定溶液的吸光度，根据比尔定律（A = εlc），吸光度（A）与摩尔吸光系数（ε）、溶液浓度（c）和光程（l）成正比。

通过测定不同浓度的样品的吸光度，可以绘制出标准曲线，进而测定未知样品的浓度。

三、实验仪器与试剂仪器：1. 紫外-可见光谱仪2. 移液器3. 烧杯4. 比色皿试剂：1. 标准溶液（已知浓度）2. 未知样品溶液3. 水或溶剂四、实验步骤1. 仪器校准：使用标准溶液对紫外-可见光谱仪进行校准，确保仪器的准确性和稳定性。

2. 样品准备：准备一系列已知浓度的标准溶液，并分别倒入比色皿中。

3. 测定吸光度：将比色皿放入紫外-可见光谱仪中，设定波长范围和扫描速度，测定每个标准溶液的吸光度。

4. 绘制标准曲线：以标准溶液的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

5. 测定未知样品：将未知样品溶液倒入比色皿中，测定其吸光度。

6. 计算未知样品浓度：根据标准曲线，从吸光度值计算出未知样品的浓度。

五、实验结果与分析1. 标准曲线：绘制标准曲线，发现吸光度与浓度呈线性关系，相关系数R²大于0.99，说明实验数据可靠。

2. 未知样品浓度：根据标准曲线，计算出未知样品的浓度为X mg/L。

六、讨论与心得1. 在实验过程中，应注意比色皿的清洁和干燥，以避免对实验结果的影响。

2. 实验中，紫外-可见光谱仪的波长选择应根据待测物质的吸收峰确定，以保证实验结果的准确性。

3. 比尔定律在紫外-可见光谱分析中具有重要意义，通过测定吸光度，可以方便地计算出待测物质的浓度。

有机化合物的紫外吸收光谱实验报告

有机化合物的紫外吸收光谱实验报告

有机化合物的紫外吸收光谱实验报告实验目的：1. 了解有机化合物紫外吸收光谱的基本原理以及使用方法。

2. 掌握实验操作的基本技能，正确操作分光光度计。

3. 通过实验，了解有机化合物的分子结构与紫外吸收光谱之间的关系，为分析有机分子结构提供基础。

实验原理：有机化合物的紫外吸收光谱可以为有机分子结构的研究提供很大的帮助。

在紫外光谱中，通常对于各种功能团体都存在特定的波长范围的吸收峰。

通过分析有机化合物在特定波长的紫外吸收峰的大小以及形状，我们就能够推断出分子中存在的功能团体。

实验步骤：1. 准备实验所需物品：分光光度计、苯甲酸溶液、四乙酸酯溶液、环己酮溶液等。

2. 打开分光光度计，调试好仪器，使其能夠正常工作。

3. 取一定量苯甲酸溶液，加入分光光度计比色皿中，并做好参照物质的设置。

4. 按照波长扫描模式，设定扫描范围，并进行扫描。

5. 记录下吸收峰的最大吸收波长及吸光度值，并对红外光谱进行分析解释。

6. 重复上述实验步骤，分别对于四乙酸酯溶液和环己酮溶液进行的操作。

7. 对实验结果进行分析，分别阐明各个实验组操作中存在的异同之处，并对每种化合物的分子结构和吸收峰进行解释。

实验结果分析：通过实验，我们得到了三种不同有机化合物的紫外吸收光谱，并对各个实验组操作中存在的异同之处进行了分析。

对于苯甲酸、四乙酸酯和环己酮这三种化合物，它们的特定吸收峰分别对应的波长区间如下：1. 苯甲酸：250nm至270nm2. 四乙酸酯：270nm至290nm3. 环己酮： 230nm至255nm可以看出，这三种化合物的吸收峰波长的区间是不同的，这表现出不同化合物分子结构之间的差异。

我们还可以通过分析各个吸收峰的峰值和峰形，来推断出分子中存在的官能团体，这也有利于我们理解化合物分子结构和有机分子之间的结构相互关系。

结论：通过实验，我们对于有机化合物的紫外吸收光谱有了更深入的了解。

通过观察分析不同化合物的吸收峰，我们可以推断出分子结构中所存在的官能团体以及它们在分子中位置的不同，从而为分析有机分子结构和进行有机合成提供帮助。