原创紫外分光光度法应用讲座1.docx
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原创紫外分光光度法应用讲座1.docx
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原创紫外分光光度法应用讲座1
一定性分析
判断异构体:
紫外吸收光谱的重要应用在于测定共轭分子。
共轭体系越大,吸收强度越大,波长红移。
如:
和
前者有紫外吸收,后者的lmax<200nm。
同样,CH3COCH2CH2COCH3的最大吸收波长要短于CH3CH2CO-COCH2CH3。
下面两个酮式和烯醇式异构体中,烯醇式结构的摩尔吸光系数要远大于酮式,也是由于烯醇式结构中有双键共轭之故。
CH2COCH2COOC2H5 CH3C(OH)=CHCOOC2H5
酮式(lmax=275nm,e=100) 烯醇式(lmax=245nm,e=18,000)
判断共轭状态:
可以判断共轭生色团的所有原子是否共平面等。
如二苯乙烯(ph-CH=CH-ph)顺式比反式不易共平面,因此反式结构的最大吸收波长及摩尔吸光系数要大于顺式。
顺式:
lmax=280nm,e=13,500;反式:
lmax=295nm,e=27,000
已知化合物的验证:
与标准谱图比对,紫外-可见吸收光谱可以作为有机化合物结构测定的一种辅助手段。
[原创]紫外分光光度法应用讲座-2
单组分定量分析
紫外-可见吸收光谱是进行定量分析最广泛使用的、最有效的手段之一。
尤其在医院的常规化验中,95%的定量分析都用此法。
其用于定量分析的优点是:
可用于无机及有机体系。
一般可检测10-4-10-5mol/l的微量组分,通过某些特殊方法(如胶束增溶)可检测10-6-10-7mol/l的组分。
准确度高,一般相对误差1-3%,有时可降至百分之零点几。
2.1分析条件的选择
2.1.1溶剂的选择
2.1.2测定浓度的选择
2.1.3测定波长的选择
2.2定量分析方法
2.2.1标准曲线法
2.2.2标准加入法
接下来咱们分别看一下:
2.1.1溶剂的选择
所选择的溶剂应易于溶解样品并不与样品作用,且在测定波长区间内吸收小,不易挥发。
下表为某些常见溶剂可用于测定的最短波长。
可用于测定的最短波长(nm)
常见溶剂
200
蒸馏水,乙腈,环己烷
220
甲醇,乙醇,异丙醇,醚
250
二氧六环,氯仿,醋酸
270
N,N-二甲基甲酰胺(DMF),乙酸乙酯,四氯化碳(275)
290
苯,甲苯,二甲苯
335
丙酮,甲乙酮,吡啶,二硫化碳(380)
2.1.2浓度的选择
溶液吸光度值在0.2-0.8范围内误差小(A=0.434时误差最小),因此可根据样品的摩尔吸光系数确定最佳浓度。
根据吸收定律,(方程1, 2, 3)
要使测定浓度的相对误差最小,应满足条件
(1)
即吸光度A=0.4343时,吸光度测量误差最小。
(方程1,2,3及要满足的条件1见下一帖)
2.1.3波长的选择
一般选择最大吸收波长以获得高的灵敏度及测定精度。
但所选择的测定波长下其他组分不应有吸收,否则需选择其他吸收峰。
2.2.1标准曲线法
配制不同浓度的标准溶液,由低浓度至高浓度依次测定其吸收光谱,作一定波长下浓度与吸光度的关系曲线,在一定范围内应得到通过原点的直线,即标准曲线。
通过标准曲线可求得未知样品的浓度。
2.2.2标准加入法
样品组成比较复杂,难于制备组成匹配的标样时用标准加入法。
将待测试样分成若干等份,分别加入不同已知量0,C1,C2…,Cn的待测组分配制溶液。
由加入待测试样浓度由低至高依次测定上述溶液的吸收光谱,作一定波长下浓度与吸光度的关系曲线,得到一条直线。
若直线通过原点,则样品中不含待测组分;若不通过原点,将直线在纵轴上的截距延长与横轴相交,交点离开原点的距离为样品中待测组分的浓度。
这一讲就到这里,下一讲我们讲"混合物分析"
[原创]紫外分光光度法应用讲座-3
混合物分析
根据吸光度的加和性,测定混合物中n个组分的浓度,可在n个不同波长处测量n个吸光度值,列出n个方程组成的联立方程组。
如三组分体系:
A1=e11C1+e12C2+e13C3
A2=e21C1+e22C2+e23C3
A3=e31C1+e32C2+e33C3
式中eij为在波长i测定组分j的摩尔吸收系数,Ai为在波长i测得的该体系的总吸光度,Cj为第j组分的浓度。
上述方程组的解为
Cj=Dj/D, j=1,2,3 式中
e11e12e13
D= e21e22e23
e31e32e33
A1e12e13
D1= A2e22e23
A3e32e33
e11A1e13
D2= e21A2e23
e31A3e33
e11e12A1
D3= e21e22A2
e31e32A3
方法的关键是选择合适的测定波长。
在某一测定波长下其他组分的贡献要小。
分别测定纯组分1,2,3及混合物的吸收光谱,可得A1,A2,A3,e11,e12,e13,e21,e22,e23,e31,e32,e33。
在下一讲我们将讲到如何用紫外法进行平衡常数的测定.[原创]紫外分光光度法应用讲座-4
平衡常数的测定
在化学平衡研究、分子识别中常常需要测定酸解离常数、pH值、氢键结合度等等。
设均一水溶液中酸解离及其与金属的络合平衡如下:
(1)
(2)
(3)
(4)
由物料平衡,
[(HL)t]=[HL]+[MHL]+[L-]+[ML]=[HLt]+[Lt] (5)
[HLt]=[HL]+[MHL]=[HL](1+KMHL[M+1) (6)
[Lt]=[L-]+[ML]=[L-](1+KML[M+]) (7)
由
(1),(5),(6),(7)式得:
(8)
只考虑酸解离型体的吸收时,酸解离引起的吸光度增加
∆AL=A-Aun=εL-[L-]+εML[ML]=[L-](εL-+εMLKML[M+])=B[L-] (9)
Aun为低pH下酸性型体HL,MHL的吸收,为一常数。
根据(8),(9)式,得
(10)
由此得到
(11)
因此,以[H+]DAL对DAL作图得直线,从直线斜率可求得表观酸解离常数Kaapp:
(12)
若不加金属离子,只存在酸解离平衡时,(11)式简化为:
(13)
从直线斜率可直接求得Ka。
这一讲到此结束,下一讲我们将讲到 "络合物结合比的测定".再见.
紫外分光光度法应用讲座-5
络合物结合比的测定
通过紫外-可见吸收光谱的测定,可以求得主客体络合物的结合比。
常用以下几种方法。
1.摩尔比法
2.连续变换法或Job法
3.斜率比法
4.B-H方程(Benesi-HildbrandMethod)
下面我们来讲一下.
1.摩尔比法
设有络合反应mM+nY=MmYn,固定一个组分(如M)的浓度不变,改变另一组分(如Y)的浓度,求得一系列[Y]/[M]比,在络合物MmYn的最大吸收波长处测定吸光度的变化。
则开始时,随[Y]/[M]的增加,溶液吸光度线性增加,到达络合物的组成比后,继续增加[Y]/[M],会有三种不同情况:
吸光度达到饱和,不再增加。
说明试剂Y无吸收,吸光度的增加只是络合物的单独贡献。
如Fe(III)-钛铁试剂络合物。
吸光度出现一转折点后继续增加。
说明试剂Y在络合物的lmax处稍有吸收。
如Zn-PAN络合物。
PAN:
1-(2-吡啶基偶氮)-2-萘酚。
吸光度出现一转折点后呈直线下降。
说明分步生成了摩尔吸光系数小于络合物e的高次络合物。
如Bi-二甲酚橙络合物。
2.连续变换法或Job法
保持金属离子M和络合剂Y的总摩尔数不变,连续改变两组分的比例,并逐一测定体系的吸光度A。
以A对摩尔分数fY=[Y]/([M]+[Y])或fM=[M]/([M]+[Y])作图,曲线拐点即为络合物的组成比。
但此法对n/m>4的体系不适用。
3.斜率比法
配制两个系列的溶液,其一是络合剂的初始浓度[Y]0保持过量且恒定,改变金属离子M的浓度形成络合物MmYn,测定相应溶液的吸光度,以A对[M]作图得直线1;另一系列是使金属离子的初始浓度[M]0保持过量且恒定,改变络合剂Y的浓度形成络合物MmYn,测相应的吸光度,以A对[Y]作图得直线2。
两直线的斜率分别是SM和SY。
则:
[Y]0过量时,平衡状态下,
[M]=[M]0-m[MmYn]=0,A=eb[MmYn]=eb[M]0/m
(1)
A对[M]0作图时直线斜率为
SM=eb/m
(2)
[M]过量时,平衡状态下,
[Y]=[Y]0-n[MmYn]=0,A=eb[MmYn]=eb[Y]0/n (3)
A对[Y]0作图时直线斜率为
SY=eb/n (4)
则 n/m=SM/SY (5)
这一讲此结束,至于"4.B-H方程(Benesi-HildbrandMethod)"由于内容较多,我们放在下一次讲.
再见
[原创]紫外分光光度法应用讲座-6
4.B-H方程(Benesi-HildbrandMethod
若络合反应、酸碱反应、二聚体生成、主-客体反应等可用反应物A(分析浓度CA)与反应物B(分析浓度CB)按1:
1生成C(平衡浓度)表示,
则平衡常数 :
(1)
以光路长为bcm的吸收池测定该溶液的吸收光谱,波长l下测得的吸光度为D。
各组分的摩尔吸光系数分别以
表示时,
(2)
令:
(3)
(4)
则:
(5)
因此:
(6)
(7)
(8)
代入
(1),得:
(9)
若组分B在l处几乎无吸收(eB=0),使加入的B组分大大过量(CB>>CA),则(9)式简化为:
(10)
变形后得:
(11)
(11)式称扩充的Benesi-Hildbrand方程。
固定组分A的分析浓度,改变组分B的分析浓度并测定相应的吸光度,以CA/(d-d0)对1/CB作图得一直线。
由直线斜率及截距可求得K。
但上式只在CB>>CA或K值较大时成立。
若A和B都无吸收,则(11)式可简化为:
(12)
(12)式称Benesi-Hildbrand方程。
Benesi-Hildbrand方程也适合用荧光法、核磁共振法测定平衡常数。
本来该课程到此结束语,可是后面"分子荧光、磷光和化学发光"内容不太多,就在下一次再讲一次吧.
[原创]紫外分光光度法应用讲座-7
分子荧光、磷光和化学发光
这一节本不属于紫外法应用的内容,不过我还是在此讲一下吧,内容不多.
荧光、磷光和化学发光分析统称为发光分析(luminescence)。
荧光和磷光是分子吸光成为激发态分子,在返回基态时的发光现象,又称光致发光分析(photoluminescence)。
发光分析具有如下特点:
灵敏度高。
检测限比吸收光谱法低1-3个数量级。
通常在ppb级。
发光参数多,可进行动力学分析。
而吸收光谱法只能研究基态分子的反应。
分析线性范围比吸收光谱法宽许多。
选择性比吸收光谱法好。
能产生紫外-可见吸收的分子不一定发射荧光或磷光。
由于能进行发光分析的体系有限,故应用范围不及吸收光谱法广。
但采用探针
技术可大大拓宽发光分析的应用范围。
具体内容大家可参考其它的专业书.至此关于紫外的应用就告一段落了,再见
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