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紫外光谱的原理及其应用

 发布时间:2022-03-23 点击量:1228

紫外光谱紫外分光光度计等分析化学中的重要工具。UV(紫外线)光谱的另一个名称是电子光谱,因为它涉及将电子从基态提升到更高的能量或激发态。在本文中,我将解释紫外光谱的基本原理、工作原理和所有应用。

一、紫外光谱简介
紫外光谱是一种吸收光谱,其中紫外线区域(200-400 nm)的光被分子吸收。紫外辐射的吸收导致电子从基态激发到更高能态。被吸收的紫外线辐射的能量等于基态和高能态之间的能量差(deltaE = hf)。
   通常,有利的跃迁是从MAX占据分子轨道 (HOMO) LOW未占据分子轨道 (LUMO)。对于大多数分子来说,LOW能量占据的分子轨道是轨道,对应于 sigma 键。轨道处于高的能级,具有未共享电子对的轨道(非键轨道)位于高的能级。未占轨道或反键轨道(pie *sigma *)是能量High的占据轨道。
在所有化合物(除了烷烃)中,电子都会经历各种跃迁。一些随着能量增加的重要转变是:非键到派*,非键到 sigma *,派到派*, sigma 到 pie * sigma 到 sigma *

二、紫外光谱学原理

紫外光谱遵循比尔-朗伯定律,该定律指出:当一束单色光通过吸收物质的溶液时,辐射强度随吸收溶液厚度的下降率与入射辐射成正比:以及溶液的浓度。
Beer-Lambert 定律的表达式为 - A = log (I 0 /I) = Ecl
其中,A = 吸光度 I 0 = 入射到样品池

的光强度 I = 离开样品池的光强度C = 溶质L
目 的摩尔浓度样品池长度 (cm.)  E = 摩尔吸光率
从比尔-朗伯定律可以清楚地看出,能够吸收给定波长的光的分子数量越多,光吸收的程度就越大。这是紫外光谱的基本原理。


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三、紫外光谱的仪器和工作

可以同时研究紫外光谱仪的仪器和工作。大多数现代紫外光谱仪由以下部分组成 :
光源钨丝灯和氢氘灯是广泛使用的光源,因为它们覆盖了整个紫外区域。钨丝灯富含红色辐射;具体地说,它们发出 375 nm 的辐射,而氢氘灯的强度低于 375 nm
单色器单色器通常由棱镜和狭缝组成。大多数分光光度计是双光束分光光度计从主光源发出的辐射在旋转棱镜的帮助下被分散。由棱镜分离的光源的各种波长然后由狭缝选择,这样棱镜的旋转导致一系列连续增加的波长通过狭缝用于记录目的。狭缝选择的光束是单色的,并在另一个棱镜的帮助下进一步分成两束。
样品和参比池两个分开的光束中的一个穿过样品溶液,第二个光束穿过参比溶液。样品和参考溶液都包含在细胞中。这些电池由二氧化硅或石英制成。玻璃不能用于电池,因为它也会吸收紫外线区域的光。
探测器通常两个光电池用作紫外光谱中的检测器。其中一个光电管接收来自样品池的光束,第二个检测器接收来自参考的光束。来自参比池的辐射强度比样品池的光束强。这导致在光电池中产生脉动或交流电流。
放大器:光电管中产生的交流电被传输到放大器。放大器耦合到一个小型伺服计。一般来说,光电管产生的电流强度很低,放大器的主要目的是将信号放大多次,以便获得清晰可记录的信号。
录音设备:大多数时间放大器都连接到连接到计算机的笔式记录器。计算机存储所有生成的数据并生成所需化合物的光谱。

四、紫外光谱中生色团和辅助色素的概念
发色团发色团定义为在紫外或可见光区域 (200-800 nm)中显示出特征吸收的任何孤立的共价键合基团。生色团可分为两组
a) 生色团,其包含 电子并经历饼对饼*跃迁。乙烯和乙炔是此类发色团的例子。
b) 同时包含 和非键合电子的发色团。他们经历了两种类型的转变;pie to pie * nonbonding to pie *。羰基、腈、偶氮化合物、硝基化合物等都是属于此类发色团。
辅助色素助色团可以定义为任何本身不充当发色团但其存在导致吸收带向光谱的较长波长移动的基团。-OH-OR-NH 2-NHR-SH属于辅助变色基团。

五、紫外光谱中的吸收和强度变化

在紫外光谱中观察到四种类型的位移
a) 红移效应:这种类型的位移也称为红移。红移是一种效应,由于助色剂的存在或溶剂的变化,吸收MAX值向更长的波长移动。羰基化合物的非键合到派*转变观察到红移或红移。
b) 低色移——这种效应也称为蓝移。深向色移是一种吸收max值向较短波长移动的效应。通常它是由于去除共轭或改变溶剂的极性引起的。
c) 增色效果增色偏移是吸收max值增加的效果。在化合物中引入辅助色素通常会导致增色效果。
d) 减色效应增色效应定义为吸收max值强度降低的效果。由于引入了新基团,分子的几何形状发生了畸变,因此发生了增色效应。

六、紫外光谱的应用

1.官能团的检测紫外光谱用于检测化合物中发色团的存在与否。该技术不适用于检测复杂化合物中的发色团。特定波段的波段缺失可以被视为特定群体缺失的证据。如果化合物的光谱在 200 nm 以上是透明的,则表明不存在
2. 共轭程度的检测可以借助紫外光谱检测多烯中的共轭程度。随着双键的增加,吸收向更长的波长移动。如果多烯中的双键增加了 个,那么当吸收进入可见区域时,人眼就可以看到多烯。
3. 未知化合物的鉴定可以借助紫外光谱鉴定未知化合物。将未知化合物的光谱与参考化合物的光谱进行比较,如果两个光谱一致,则确认未知物质的鉴定。
4. 几何异构体构型的测定观察到顺式烯烃的吸收波长与反式烯烃不同。当其中一种异构体由于空间位阻而具有非共面结构时,这两种异构体可以相互区分。与反式异构体相比,顺式异构体遭受变形并在较低波长处吸收。
5. 物质纯度的测定:物质的纯度也可以借助紫外光谱来测定。将样品溶液的吸收与参考溶液的吸收进行比较。吸收强度可用于样品物质纯度的相对计算。

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