紫外光谱法与红外光谱法.pdf
部分一部分一紫外光谱法与红外光谱法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 0.76500 m，近红外 0.762.5 m 中红外2.525 m 远红外波长 25500 m 。二、仪器对比根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不同可分为：单光束分光光度计双光束分光光度计结构 光源紫外部分氘灯 单色器早期棱镜现代光栅根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不同可分为：色散型红外吸收光谱仪傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）1 光源通常采用惰性固体作光源能斯特灯、特殊线圈2. 单色器多采用光栅 样品室石英比色皿适用于紫外区和可见光区检测器将光强度变化成电信号常用的检测器：光电池、光电管、光电倍增管（灵敏度高，应用最多） 显示和记录系统3. 试样池玻璃、石英等对红外光均有吸收4. 检测器高真空热电偶、热释电检测器、碲镉汞检测器 5. 记录器计算机控制,谱图记录处理显示等三、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。因为紫外光谱主要是分子的电子或n 电子跃迁所产生的吸收光谱。因此，多数紫外光谱比较简单，特征性差。UV-Vis 主要用于分子的定量分析，但紫外光谱(UV)为四大波谱之一，是鉴定许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。 红外光谱主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。5、紫外分光光度法测定对象的物态以溶液为主，以及少数物质的蒸气；而红外分光光度法的测定对象比紫外分光光度法广泛， 可以测定气、 液、 固体样品，并以测定固体样品最为方便。红外分光光度法主要用于定性鉴及测定有机化合物的分子结构， 紫外分光光度法主要用于定量分析及测定某些化合物的类别等。部分二：部分二：红外分光光度法与紫外分光光度法红外分光光度法与紫外分光光度法摘要： 分光光度法是通过测定被测物质，在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。一、红外分光光度法1、红外分光光度法(infrared，peetropho- tometry)利用物质对红外光的选择吸收特性来进行结构分析、定性鉴定和定量测定的一种仪器分析方法(也叫红外吸收光谱法)。 原理红外光谱分析法以红外吸收光谱为基础。红外光谱亦称振转光谱，因为它主要来源于分子振动，同时也因分子转动而产生。在分子中有伸缩振动和变形振动两种基本振动。键的振动频率不仅与键本身有关，也受到全分子的影响。 一定颇率的红外线经过分子时，如果分子中某一个键的振动频率和它一样，这个键就吸收红外线而增加能振动就会加强;如果分子没有同样频率的键，红外线就不会被吸收。因此，用红外线照射样品时，若连续改变红外线的频率，则通过样品 吸收池的红外线，有些区域较弱，有些区域较强，这就产生了红外吸收光谱。 由于每个有机化合物的结构不同，它的原子质 t 和化学键力各不相同，就会出现不同的吸收颇率，因此各有其独特的红外吸收光谱，借此可以进行定性、 定量分析和结构剖析。主要仪器为红外分光光度计.它的作用是测定 被物质吸收后透过的各个波长的红外光的透过率， 并 给出该物质的红外吸收光谱。2、紫外分光光度法物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量， 相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量， 这就是分光光度定性和定量分析的基础。 分光光度分析就是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、 结构和物质间相互作用的有效手段。紫外可见分光光度法的定量分析基础是朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律。即物质在一定波长的吸光度与它的吸收介质的厚度和吸光物质的浓度呈正比。二、仪器组成1、红外分光光度计仪器部分组成:流程:光源-吸收池-单色器-检测器-记录装置分为色散型(已淘汰)和干涉型。光源:一般常见的为硅碳棒，特殊线圈，能斯特灯(已淘汰)。检测器:真空热电偶及 Golay 池吸收池:液体池和气体池(具有岩盐窗片)检测器:多用热电性硫酸三甘肽(TGS)或光电导性检测器2、紫外分光光度计部件组成辐射源：钨灯、卤钨灯（波长范围 3502500 纳米） ，氘灯或氢灯（180460纳米） ，或可调谐染料激光光源等。单色器：它由入射、出射狭缝、透镜系统和色散元件（棱镜或光栅） 。试样容器：又称吸收池。石英池检测器：又称光电转换器。常用的有光电管或光电倍增管，显示装置：常备有微处理机、荧光屏显示和记录仪等。三、分析目的（一）红外分光光度法1、红外分光光度法化合物中各原子团组合排列情况，是同红外光谱中出现的特征官能团来确定的。(1) 溴化四氯化对位甲酚的结构， 过去实验认为它有三种可能的结构，但未能鉴别确定，现经过红外光谱证实只有一种结构。(2) 二分子醛缩合醇酮，应为（I)式。若（I)式 R 换成吡啶基，则化学性质和（I)却不相同了，它具有烯二醇式的反应如（II)式。可是在极烯的溶液中，也看不到自由羟基的 3700cm(-1)-谱带，却在 2750cm(-1)有缔全氢键出现。 可知它已形成了分子内氢键。 （I)羟酮式（II)烯二醇式2、异构体的测定可鉴定立体异构体和同分异构体(1) 顺反异体的测定顺反异构体原子团排列顺序因无对称中心，故 C=C双键在 1630cm(-1)，724cm(-1)，而反式的 C=C 在较高频率。(2) 同分异构体的鉴定红外光谱 900660cm(-1)区内可看到苯环取代位置不同的同分体。如二甲苯三个异构体的吸收谱带很不相同。邻位在 742cm(-1)，间位在770cm(-1),对位在 800cm(-1),且因对二甲苯对称性强，它的C=C 双键（苯骨架）在 1500cm(-1)变小，并且 600cm(-1)谱带消失。又如正丙基、异丙基、叔丁基由红外光谱中的甲基弯曲振动可以看出。在1375cm(-1)只出现一个吸收带，则表示为正丙基；若在 1375cm(-1)出现相等强度的双峰，则为异丙基；若在1390cm(-1)及 1365cm(-1)出现一强一弱谱带，则为叔丁基。乙醇和甲醚的分子式完全相同 C2H6O,乙醇有羟基吸收带在 3500cm(-1),C-0伸缩振动在 10501250cm(-1),羟基弯曲振动在 950cm(-1)。甲醚在 3500cm(-1)无羟基吸收。它的第一强 11501250cm(-1),这两个同分异构体很容易区别。3、 化学反应的检查一个化学反应是否已进行完全，可用红外光谱检查，这是因原料和预期的产品都有其特征吸收带。例如氧化仲醇为酮时，原料仲醇的羟基吸收应消失，酮的羰基 171cm(-1)应在产物中出现才反应进行完全。4、未知物剖析可先将未知物分离提纯，作元素分析，写出分子式，计算不饱和度。 从红外光谱可得到此未知物主要官能团的信息，确定它是属于哪种化合物。结合紫外、核磁等可鉴定此化合物的结构。（二）紫外分光光度法1 检定物质根据吸收光谱图上的一些特征吸收，特别是最大吸收波长虽 ax 和摩尔吸收系数是检定物质的常用物理参数。这在药物分析上就有着很广泛的应用。在国内外的药典中，已将众多的药物紫外吸收光谱的最大吸收波长和吸收系数载入其中，为药物分析提供了很好的手段。2 与标准物及标准图谱对照将分析样品和标准样品以相同浓度配制在同一溶剂中， 在同一条件下分别测定紫外可见吸收光谱。若两者是同一物质，则两者的光谱图应完全一致。如果没有标样，也可以和现成的标 准谱图对照进行比较。这种方法要求仪器准确，精密度高，且测定条件要相同。3 比较最大吸收波长吸收系数的一致性4 纯度检验5 推测化合物的分子结构6 氢键强度的测定实验证明， 不同的极性溶剂产生氢键的强度也不同，这可以利用紫外光谱来判断化合物在不 同溶剂中氢键强度，以确定选择哪一种溶剂7 络合物组成及稳定常数的测定8 反应动力学研究9 在有机分析中的应用参考文献【1】 袁洪福， 徐广通， 强冬梅， 现代近红外光谱分析技术， 中国石油， 宗志敏 秦志宏等 分于煤化学的构想及其发展前景见：中国【2】杨频，生物无机化学导论1西安:西安交通大学出版社,1991【3】 董庆年.煤结构研究中的付里叶变换红外光谱A.见:吴瑾光主编.近代付里叶变换红外光谱技术及应用下册第二章M.北京:科学技术文献出版社, 1994. 638
