第一篇 理化檢驗方法概論

第一篇理化方法概論

1、紫外一可見分光光度法

2、紅外分光光度法

3、質(zhì)譜法

4、核磁共振波譜法

5、電位分析法

6、色譜法分離原理

7、氣相色譜法

8、高效液相色譜法

9、其他

1、紫外一可見分光光度法

研究物質(zhì)在紫夕卜、可見光區(qū)的分子吸收光譜的分析方法稱為紫

外-可見分光光度法。紫外一可見分光光度法是利用某些物質(zhì)的分子吸收

200~800nm光譜區(qū)的輻射來進行分析測定的方法。這種分子吸收光譜

產(chǎn)生干價電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷,廣泛用于無機

和有機物質(zhì)的定性和定量測定。

第一節(jié)紫外一可見吸收光譜

一、分子吸收光譜的產(chǎn)生

在分子中，除了電子相對于原子核的運動外，還有核間相對位移引

起的振動和轉(zhuǎn)動。這三種運動能量都是量子化的，并對應(yīng)有一定能級。

在每一電子能級上有許多間距較小的振動能級，在每一振動能級上又有

許多更小的轉(zhuǎn)動能級。

若用電子、△E振動、△E轉(zhuǎn)動分別表示電子能級、振動能

級轉(zhuǎn)動能級差，即有△E電子〉△E振動〉△E轉(zhuǎn)動。處在同一電子能

級的分子，可能因其振動能量不同，而處在不同的振動能級上。當分子

處在同一電子能級和同一振動能級時，它的能量還會因轉(zhuǎn)動能量不同，

而處在不同的轉(zhuǎn)動能級上。所以分子的總能量可以認為是這三種能量的

總和：E分子=E電子+E振動+E轉(zhuǎn)動

當用頻率為V的電磁波照射分子，而該分子的較高能級與較低能級之

差^E恰好等于該電磁波的能量hv時，即有

△E=hv（h為普朗克常數(shù)）

此時，在微觀上出現(xiàn)分子由較低的能級躍遷到較高的能級；在宏

觀上則透射光的強度變小。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射

前后光強度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并記錄下來，然后以波長為橫坐標，

以電信號（吸光度A）為縱坐標，就可以得到一張光強度變化對波長的

關(guān)系曲線圖——分子吸收光譜圖。

二、分子吸收光譜類型

根據(jù)吸收電磁波的范圍不同，可將分子吸收光譜分為遠紅外光譜、

紅外光譜及紫外、可見光譜三類。

分子的轉(zhuǎn)動能級差一般在0.005~0.05eVo產(chǎn)生此能級的躍遷，

需吸收波長約為250~25即的遠紅外光，因此，形成的光譜稱為轉(zhuǎn)動光

譜或遠紅外光譜。

分子的振動能級差一般在0.05~1eV,需吸收波長約為25~1.25pm

的紅外光才能產(chǎn)生躍遷。在分子振動時同時有分子的轉(zhuǎn)動運動。這樣，

分子振動產(chǎn)生的吸收光譜中，包括轉(zhuǎn)動光譜，故常稱為振-轉(zhuǎn)光譜。由于

它吸收的能量處于紅外光區(qū)，故又稱紅外光譜。電子的躍遷能差約為1~

20eV,比分子振動能級差要大幾十倍，所吸收光的波長約為12.5、

0.06”，主要在真空紫外到可見光區(qū)，對應(yīng)形成的光譜，稱為電子光譜

或紫外、可見吸收光譜。

通常，分子是處在基態(tài)振動能級上。當用紫外、可見光照射分子時，

電子可以從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)的任一振動（或不同的轉(zhuǎn)動）能級上。因

此，電子能級躍遷產(chǎn)生的吸收光譜，包括了大量譜線，并由于這些譜線

的重疊而成為連續(xù)的吸收帶，這就是為什么分子的紫外、可見光譜不是

線狀光譜，而是帶狀光譜的原因。又因為絕

大多數(shù)的分子光譜分析，都是用液體樣品，加之儀器的分辨率有限，因

而使記錄所得電子光譜的譜帶變寬。

由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外區(qū)（60~200nm）均有吸

收，因此在測定這一范圍的光譜時，必須將光學系統(tǒng)抽成真空，然后充

以一些惰性氣體，如氯、氯、氮等。鑒于真空紫外吸收光譜的研究需要

昂貴的真空紫外分光光度計，故在實際應(yīng)用中受到一定的限制。我們通

常所說的紫外一可見分光光度法，實際上是指近紫外、可見分光光度法。

第二節(jié)化合物紫外一可見光譜的產(chǎn)生

在紫外和可見光譜區(qū)范圍內(nèi)，有機化合物的吸收帶主要由bfb*、

兀-?兀*、n-＞。*、n—n*及電荷遷移躍遷產(chǎn)生。無機化合物的吸收帶主要由

電荷遷移和配位場躍遷（即d—d躍遷和f—f躍遷）產(chǎn)生.

由于電子躍遷的類型不同，實現(xiàn)躍遷需要的能量不同，因此吸收

光的波長范圍也不相同。其中bf躍遷所需能量最大，n-兀*及配位場躍

遷所需能量最小，因此，它們的吸收帶分別落在遠紫外和可見光區(qū)。從

圖中可知，兀-兀*（電荷遷移）躍遷產(chǎn)生的譜帶強度最大，n-＞兀*、

nfo*躍遷產(chǎn)生的譜帶強度次之，（配位躍遷的譜帶強度最?。?/p>

一、有機化合物的紫外一可見吸收光譜

（-）、躍遷類型

*

0反鍵。*軌道

*

和反鍵兀*軌道

E

nn非鍵軌道

兀成鍵謝道

o成鍵。軌道

基態(tài)有機化合物的價電子包括成鍵b電子、成鍵兀電子和非鍵電子

（以n表示）。分子的空軌道包括反鍵b*軌道和反鍵兀*軌道，因此，可

能的躍遷為bfcr*、兀―＞兀*、n—＞a*n—＞兀*等。

1,of。*躍遷它需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。

飽和燃中的一C-C一鍵屬于這類躍遷，例如乙烷的最大吸收波長入max為

135nm。

2,nfo*躍遷實現(xiàn)這類躍遷所需要的能量較高，其吸收光譜落

于遠紫外光區(qū)和近紫外光區(qū)，如CH30H和CH3NH2的n->b*躍遷光譜分別為

183nm和213nm。

3,兀->兀*躍遷它需要的能量低于ofcr*躍遷，吸收峰一般處于近

紫外光區(qū)，在200nm左右，其特征是摩爾吸光系數(shù)大，一般￡maxN104,

為強吸收帶。如乙烯（蒸氣）的最大吸收波長入max為162nm。

4,n-兀*躍遷這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)。它是簡單的生色

團如霞基、硝基等中的孤對電子向反鍵軌道躍遷。其特點是譜帶強度弱，

摩爾吸光系數(shù)小，通常小于100,屬于禁阻躍遷。

5,電荷遷移躍遷

所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時，電子從給予體

向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷。因此，電荷遷移躍遷實質(zhì)是一個內(nèi)氧

化一還原的過程，而相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜。例如某些

取代芳煌可產(chǎn)生這種分子內(nèi)電荷遷移躍遷吸收帶。電荷遷移吸收帶的

譜帶較寬，吸收強度較大，最大波長處的摩爾吸光系數(shù)￡max可大于104。

（二）、常用術(shù)語

1,生色團

從廣義來說，所謂生色團，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍

遷的原子基團。但是，人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團或結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)定義為生色團。

2,助色團

助色團是指帶有非鍵電子對的基團，如-OH、-OR、-NHR、-SH、

-Cl、-Br、-I等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當它們與生色

團相連時，會使生色團的吸收峰向長波方向移動，并且增加其吸光度。

3,紅移與藍移（紫移）

某些有機化合物經(jīng)取代反應(yīng)引入含有未共享電子對的基團（-0H、

-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2）之后，吸收峰的波長將向

長波方向移動，這種效應(yīng)稱為紅移效應(yīng)。這種會

使某化合物的最大吸收波長向長波方向移動的基團稱為向紅基團。

在某些生色團如默基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰

的波長會向短波方向移動，這種效應(yīng)稱為藍移（紫移）效應(yīng)。這些會使

某化合物的最大吸收波長向短波方向移動的基團（如-CH2、-CH2CH3.

-0C0CH3）稱為向藍（紫）基團。

（三）有機化合物紫外-可見吸收光譜

1,飽和煌及其取代衍生物

飽和煌類分子中只含有。鍵，因此只能產(chǎn)生of躍遷，即。電子從

成鍵軌道（O）躍遷到反鍵軌道（。*）o飽和煌的最大吸收峰一般小

于150nm,已超出紫外、可見分光光度計的測量范圍。

飽和燃的取代衍生物如鹵代燒，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生

n-＞。*的躍遷。n-＞。*的能量低于例如，CH3C1＞CH3Br和CH3I

的nfb*躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處。這些數(shù)據(jù)不僅說明氯、溟

和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收波長發(fā)生了紅移，顯示了助色團的

助色作用。直接用烷煌和鹵代始的紫外吸收光譜分析這些化合物的實用

價值不大。但是它們是測定紫外和（或）可見吸收光譜的良好溶劑。

2,不飽和煌及共甄烯燃

在不飽和煌類分子中，除含有。鍵外，還含有兀鍵，它們可以產(chǎn)生

b—＞o*和兀—兀*兩種躍遷。兀-＞兀*躍遷的能量小于O-＞o*躍遷。例如，在

乙烯分子中，兀-＞兀*躍遷最大吸收波長為180nm

在不飽和煌類分子中，當有兩個以上的雙鍵共舸時，隨著共聊系

統(tǒng)的延長，n-兀*躍遷的吸收帶將明顯向長波方向移動，吸收強度也隨

之增強。在共輸體系中，兀-＞兀*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶。

3,戮基化合物

?；衔锖小礐=0基團?！礐=0基團主要可產(chǎn)生兀-兀*、nfb*、

n-＞n*三個吸收帶，nf兀*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。醛、

酮、竣酸及竣酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有璇基。由于醛酮這類

物質(zhì)與竣酸及竣酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n-＞兀*吸收帶的光

區(qū)稍有不同。

竣酸及竣酸的衍生物雖然也有nf兀*吸收帶，但是，竣酸及竣酸的

衍生物的鼠基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對的助色團，如-0H、

-C1、-OR等，由于這些助色團上的n電子與?；p鍵的兀電子產(chǎn)生nf兀共軻，

導致n*軌道的能級有所提高，但這種共朝作用并不能改變n軌道的能級，

因此實現(xiàn)nfn*躍遷所需的能量變大，使nf兀*吸收帶藍移至210nm左右。

4,苯及其衍生物

苯有三個吸收帶，它們都是由兀-兀*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm

(sMAX=60,000)；E2帶出現(xiàn)在204nm(eMAX=8,000)；B帶出

現(xiàn)在255nm(sMAX=200)。在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系

物的B譜帶有許多的精細結(jié)構(gòu)，這是由于振動躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上

的疊加而引起的。在極性溶劑中，這些精細結(jié)構(gòu)消失。當苯環(huán)上有取代

基時，苯的三個特征譜帶都會發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶

和B譜帶。

5,稠環(huán)芳煌及雜環(huán)化合物

稠環(huán)芳燒，如奈、慈、、在等，均顯示苯的三個吸收帶，但是與苯本

身相比較，這三個吸收帶均發(fā)生紅移，且強度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增

多，吸收波長紅移越多，吸收強度也相應(yīng)增加。

當芳環(huán)上的-CH基團被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物(如此

咤、喳琳)的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即毗喘與苯相似，

喳琳與奈相似。此外，

由于引入含有n電子的N原子的，這類雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生nf兀*吸收帶。

二、無機化合物的紫外-可見吸收光譜

產(chǎn)生無機化合物紫外、可見吸收光譜的電子躍遷形式，一般分為兩

大類：電荷遷移躍遷和配位場躍遷。

(一)電荷遷移躍遷

無機配合物有電荷遷移躍遷產(chǎn)生的電荷遷移吸收光譜。

在配合物的中心離子和配位體中，當一個電子由配體的軌道躍遷到

與中心離子相關(guān)的軌道上時，可產(chǎn)生電荷遷移吸收光譜。

不少過度金屬離子與含生色團的試劑反應(yīng)所生成的配合物以及許多

水合無機離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷。

此外，一些具有diO電子結(jié)構(gòu)的過度元素形成的鹵化物及硫化物，

如AgBr、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色。

電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長位置，取決于電子給予體和電子接

受體相應(yīng)電子軌道的能量差。

（二）配位場躍遷

配位場躍遷包括d-d躍遷和F-F躍遷。元素周期表中第四、

五周期的過度金屬元素分別含有3d和4d軌道，偶系和鋼系元素分別含有

4f和5f軌道。在配體的存在下，過度元素五個能量相等的d軌道和偶系

元素七個能量相等的f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。當

它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷至高能態(tài)

的d或f軌道，這兩類躍遷分別稱為d-d躍遷和躍遷。由于這兩

類躍遷必須在配體的配位場作用下才可能發(fā)生，因此又稱為配位場躍遷。

三、溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響

溶劑對紫外一可見光譜的影響較為復雜。改變?nèi)軇┑臉O性，會引起

吸收帶形狀的變化。例如，當溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細

結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。

改變?nèi)軇┑臉O性，還會使吸收帶的最大吸收波長發(fā)生變化。下表為

溶劑對亞異丙酮紫外吸收光譜的影響。

正己烷CHC13

CH30HH20

兀一>兀*入max/nm230238237

243

n—>7r*Xmax/nm329315309

305

由上表可以看出，當溶劑的極性增大時，由n-兀*躍遷產(chǎn)生的吸收

帶發(fā)生藍移，而由兀-兀*躍遷產(chǎn)生的吸收帶發(fā)生紅移。因此，在測定紫

外、可見吸收光譜時，應(yīng)注明在何種溶劑中測定。

由于溶劑對電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表

中必須注明所用的溶劑。與已知化合物紫外光譜作對照時也應(yīng)注明所用

的溶劑是否相同。在進行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。選擇

溶劑時注意下列幾點：

（1）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質(zhì)應(yīng)該是惰性的。即所成

溶液應(yīng)具有良好的化學和光化學穩(wěn)定性。

（2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。

（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收。

第三節(jié)紫外-可見分光光度計

一、組成部件

紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)是由五個部分組成：即光源、單色

器、吸收池、檢測器和信號指示系統(tǒng)。

（-）光源

對光源的基本要求是應(yīng)在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)

輻射，有足夠的輻射強度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長的變化

應(yīng)盡可能小。

分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類。

熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鴇絲燈和鹵色燈；氣體放電光源用于

紫外光區(qū)，如氫燈和笊燈。鴇燈和碘鴇燈可使用的范圍在340~2500nmo

這類光源的輻射能量與施加的外加電壓有關(guān)，在可見光區(qū)，輻射的能量

與工作電壓4次方成正比。光電流與燈絲電壓的n次方（n>l）成正比。因

此必須嚴格控制燈絲電壓，儀器必須配有穩(wěn)壓裝置。

在近紫外區(qū)測定時常用氫燈和笊燈。它們可在160~375nm范圍內(nèi)

產(chǎn)生連續(xù)光源。笊燈的燈管內(nèi)充有氫的同位素笊，它是紫外光區(qū)應(yīng)用最

廣泛的一種光源，其光譜分布與氫燈類似，但光強度比相同功率的氫燈

要大3~5倍。

（二）單色器

單色器是能從光源輻射的復合光中分出單色光的光學裝置，其主

要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長且波長在紫外可見區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。

單色器一般由入射狹縫、準光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平

行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等兒部分組成。其核心部分是

色散元件，起分光的作用。單色器的性能直接影響入射光的單色性，從

而也影響到測定的靈敏度度、選擇性及校準曲線的線性關(guān)系等。

能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。

棱鏡有玻璃和石英兩種材料。它們的色散原理是依據(jù)不同的波長光

通過棱鏡時有不同的折射率而將不同波長的光分開。由于玻璃可吸收紫

外光，所以玻璃棱鏡只能用于350~3200nm的波長范圍，即只能用于可

見光域內(nèi)。石英棱鏡可使用的波長范圍較寬，可從185~4000nm,即可

用于紫外、可見和近紅外三個光域。

光柵是利用光的衍射與干涉作用制成的，它可用于紫外、可見及紅

外光域，而且在整個波長區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。它

具有色散波長范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等優(yōu)

點。缺點是各級光譜會重疊而產(chǎn)生干擾。入射、出射狹縫，透鏡及準光

鏡等光學元件中狹縫在決定單色器性能上起重要作用。狹縫的大小直接

影響單色光純度，但過小的狹縫又會減弱光強。

（三）吸收池

吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適

用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃吸收池只能用于可見光區(qū)。為減少光的

損失,吸收池的光學面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測定

中（紫外區(qū)尤其重要），吸收池要挑選配對。因為吸收池材料的本身吸

光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結(jié)果都有影響。

（四）檢測器

檢測器的功能是檢測信號、測量單色光透過溶液后光強度變化的一

種裝置。

常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。

硒光電池對光的敏感范圍為300~800nm,其中又以500~600nm最為

靈敏。這種光電池的特點是能產(chǎn)生可直接推動微安表或檢流計的光電流，

但由于容易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)而只能用于低檔的分光光度計中。

光電管在紫外-可見分光光度計上應(yīng)用較為廣泛。

光電倍增管是檢測微弱光最常用的光電元件，它的靈敏度比一般的

光電管要高200倍，因此可使用較窄的單色器狹縫，從而對光譜的精細結(jié)

構(gòu)有較好的分辨能力。

（五）信號指示系統(tǒng)

它的作用是放大信號并以適當方式指示或記錄下來。常用的信號

指示裝置有直讀檢流計、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動記錄裝

置等。很多型號的分光光度計裝配有微處理機，一方面可對分光光度計

進行操作控制，另一方面可進行數(shù)據(jù)處理。

二、紫外-可見分光光度計的類型

紫外-可見分光光度計的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束

分光光度計、雙光束分光光度計和雙波長分光光度計。

1,單光束分光光度計

經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以

進行吸光度的測定。這種簡易型分光光度計結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，維修

容易，適用于常規(guī)分析。

2,雙光束分光光度計

經(jīng)單色器分光后經(jīng)反射鏡分解為強度相等的兩束光，一束通過參比

池，一束通過樣品池。光度計能自動比較兩束光的強度，此比值即為試

樣的透射比，經(jīng)對數(shù)變換將它轉(zhuǎn)換成吸光度并作為波長的函數(shù)記錄下來。

雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同

時分別通過參比池和樣品池,還能自動消除光源強度變化所引起的誤差。

3,雙波長分光光度計

由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個單色器，得到兩束

不同波長（入1和入2）的單色光；利用切光器使兩束光以一定的頻率交替

照射同一吸收池，然后經(jīng)過光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，最后由顯示器

顯示出兩個波長處的吸光度差值△A（AA=A〃-A九2）o對于多組分混合

物、混濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸

收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和

選擇性。利用雙波長分光光度計，能獲得導數(shù)光譜。

通過光學系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，使雙波長分光光度計能很方便地轉(zhuǎn)化為單波長

工作方式。如果能在九1和九2處分別記錄吸光度隨時間變化的曲線，還能

進行化學反應(yīng)動力學研究。

三、分光光度計的校正

通常在實驗室工作中，驗收新儀器或?qū)嶒炇沂褂眠^一段時間后都要

進行波長校正和吸光度校正。

建議采用下述的較為簡便和實用的方法來進行校正：錯鋤玻璃或

秋玻璃都有若干特征的吸收峰，可用來校正分光光度計的波長標尺，前

者用于可見光區(qū)，后者則對紫外和可見光區(qū)都適用。也可用K2CrO4標準

溶液來校正吸光度標度。

定性分析

紫外一可見分光光度法是一種廣泛應(yīng)用的定量分析方法，也是

對物質(zhì)進行定性分析和結(jié)構(gòu)分析的一種手段，同時還可以測定某些

化合物的物理化學參數(shù)，例如摩爾質(zhì)量、配合物的配合比和穩(wěn)定常

數(shù)、以及酸、堿的離解常數(shù)等。

紫外一可見分光光度法在無機元素的定性分析應(yīng)用方面

是比較少的，無機元素的定性分析主要用原子發(fā)射光譜法或化學分

析法。在有機化合物的定性分析鑒定及結(jié)構(gòu)分析方面，由于紫外一

可見光譜較為簡單，光譜信息少，特征性不強，而且不少簡單官能

團在近紫外及可見光區(qū)沒有吸收或吸收很弱，因此，這種方法的應(yīng)

用有較大的局限性。但是它適用于不飽和有機化合物，尤其是共匏體系

的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)。此外，它可配合紅

外光譜法、核磁共振波譜法和質(zhì)譜法等常用的結(jié)構(gòu)分析法進行定量

鑒定和結(jié)構(gòu)分析，是不失為一種有用的輔助方法。一般定性分析方

法有如下兩種：

1.比較吸收光譜曲線法

吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目和位置及相應(yīng)的摩爾吸

光系數(shù)，是定性分析的光譜依據(jù)，而最大吸收波長入吟及相應(yīng)的

是定性分析的最主要參數(shù)。比較法有標準物質(zhì)比較法和標準譜圖比

較法兩種。

利用標準物質(zhì)比較，在相同的測量條件下，測定和比較未知物與已

知標準物的吸收光譜曲線，如果兩者的光譜完全一致，則可以初步認為

它們是同一化合物。為了能使分析更準確可靠，要注意如下幾點：

一、是盡量保持光譜的精細結(jié)構(gòu)。為此，應(yīng)采用與吸收物質(zhì)作用力小的

非極性溶劑，且采用窄的光譜通帶；

二、是吸收光譜采用1g4對4作圖。這樣如果未知物與標準物的濃度不同，

則曲線只是沿1g"軸平移，而不是象月~九曲線那樣以她的比例移動，更便

于比較分析。

三、是往往還需要用其它方法進行證實，如紅外光譜等。

利用標準譜圖或光譜數(shù)據(jù)比較。常用的標準譜圖有以下表中的四種：

[1]Sadt1erStandardSpectra（Ultraviolet）,Heyden,London,1978.薩

特勒標準圖譜共收集了46000種化合物的紫外光譜。

[2]R.A.FriedelandM.Orchin,uUltravioletandVisibleAbsorption

SpectraofAromaticCompounds",Wiley,NewYork,1951.本書收集

了597種芳香化合物的紫外光譜。

[3]KenzoHirayama：uHandbookofUltravioletandVisible

AbsorptionSpectraaofOrganicCompounds.”,New

York,P1enum,19670

[4]uOrganicElectronicSpectralData”。

2.計算不飽和有機化合物最大吸收波長的經(jīng)驗規(guī)則

有伍德沃德（Woodward）規(guī)則和斯科特（Scott）規(guī)則。

當采用其它物理或化學方法推測未知化合物有幾種可能結(jié)構(gòu)后，可用

經(jīng)驗規(guī)則計算它們最大吸收波長，然后再與實測值進行比較，以確認物

質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

伍德沃德規(guī)則

它是計算共朝二烯、多烯姓及共穎烯酮類化合物”一門*躍遷最大吸

收波長的經(jīng)驗規(guī)則，如表13.7和表13.9所示。計算時，先從未知物的

母體對照表得到一個最大吸收的基數(shù)，然后對連接在母體中“電子體系

（即共朝體系）上的各種取代基以及其他結(jié)構(gòu)因素按上所列的數(shù)值加以修

正，得到該化合物的最大吸收波長％皿。。

結(jié)構(gòu)分析

紫外一可見分光光度法可以進行化合物某些基因的判別、共物體系

及構(gòu)型、構(gòu)象的判斷。

1.某些特征集團的判別

有機物的不少基團（生色團），如嫌基、苯環(huán)、硝基、共輒體系等，都

有其特征的

紫外或可見吸收帶，紫外一可見分光光度法在判別這些基團時，有

時是十分有用的。如在270?300nm處有弱的吸收帶，且隨溶劑極性增大

而發(fā)生藍移，就是獄基n-“*躍遷所產(chǎn)生R吸收帶的有力證據(jù)。在184nm

附近有強吸收帶（El帶），在204nm附近有中強吸收帶（E2帶），在260nm

附近有弱吸收帶且有精細結(jié)構(gòu)（B帶），是苯環(huán)的特征吸收，等等?？梢詮?/p>

有關(guān)資料中查找某些基團的特征吸收帶。

2.共輒體系的判斷

共軟體系會產(chǎn)生很強的K吸收帶，通過繪制吸收光譜，可以判斷化合

物是否存在共輒體系或共朝的程度。如果一化合物在210nm以上無強吸

收帶，可以認為該化合物不存在共舸體系；若在215?250nm區(qū)域有強吸

收帶，則該化合物可能有兩至三個雙鍵的共軟體系，如1一3丁二烯，兒皿

為217nm,&由為21,000；若260?350nm區(qū)域有很強的吸收帶，則可能

有三至五個雙鍵的共物體系，如癸五烯有五個共輸雙鍵，3為335nm,%^

為118,000o

3.異構(gòu)體的判斷

包括順反異構(gòu)及互變異構(gòu)兩種情況的判斷。

順反異構(gòu)體的判斷

生色團和助色團處在同一平面上時，才產(chǎn)生最大的共輾效應(yīng)。由于

反式異構(gòu)體的空間位阻效應(yīng)小，分子的平面性能較好，共瑰效應(yīng)強。因

此，及都大于順式異構(gòu)體。例如，肉桂酸的順、反式的吸收如下：

HHHCOOH

c=c=c

On-\COOHpr\H

八2=280nm與曲=13500八2=295nm

=27000

同一化學式的多環(huán)二烯，可能有兩種異構(gòu)體：一種是順式異構(gòu)體；

另一種是異環(huán)二烯，是反式異構(gòu)體。一般來說，異環(huán)二烯的吸收帶強度

總是比同環(huán)二烯來的大。

互變異構(gòu)體的判斷

某些有機化合物在溶液中可能有兩種以上的互變異構(gòu)體處于動態(tài)平

衡中，這種異構(gòu)體的互變過程常伴隨有雙鍵的移動及共輾體系的變化，

因此也產(chǎn)生吸收光譜的變化。最常見的是某些含氧化合物的酮式與烯醇

式異構(gòu)體之間的互變。例如乙酰乙酸乙酯就是和烯醇式兩種互變異構(gòu)體：

0OOHO

CH3-C-CH2-C-OC2H5CH3-C=CH—C-OC2H5

它們的吸收特性不同：酮式異構(gòu)體在近紫外光區(qū)的L為272nm（&由

為16）,是n—B*躍遷所產(chǎn)生R吸收帶。烯醇式異構(gòu)體的4g為243nm（Smax

為16000）,是五一五*躍遷出共輸體系的K吸收帶。兩種異構(gòu)體的互變

平衡與溶劑有密切關(guān)系。在象水這樣的極性溶劑中，由于可能與

H20形成氫鍵而降低能量以達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以酮式異構(gòu)體占優(yōu)勢：

HH

O-H.、*.H-0

'oo'

IIII

H3C-C-CH2-C-OC2H5

而象乙烷這樣的非極性溶劑中，由于形成分子內(nèi)的氫鍵，且形成共

她體系，使能量降低以達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以烯醇式異構(gòu)體比率上升：

0-H--0

c比一C=C—C—0c2H5

H

此外，紫外一可見分光光度法還可以判斷某些化合物的構(gòu)象（如取代

基是平伏鍵還是直平鍵）及旋光異構(gòu)體等。

定量分析

紫外一可見分光光度法定量分析的方法常見到的有如下兒

種

1.單組分的定量分析

如果在一個試樣中只要測定一種組分，且在選定的測量波長下，

試樣中其它組分對該組分不干擾，這種單組分的定量分析較簡單。一般

有標準對照法和標準曲線法兩種。

標準對照法

在相同條件下，平行測定試樣溶液和某一濃度Cs（應(yīng)與試液濃度接

近）的標準溶液的吸光度Ax和As則由Cs可計算試樣溶液中被測物質(zhì)的

濃度Cx

CA

AS=KCS,AX=KCX,Cx=B

標準對照法因知使用單個標準，引起誤差的偶然因素較多，故往往

較不可靠。

標準曲線法

這是實際分析工作中最常用的一種方法。配制一系列不同濃度的標

準溶液，以不含被測組分的空白溶液作參比，測定標準系列溶液的吸光

度，繪制吸光度一濃度曲線，稱為校正曲線（也叫標準曲線或工作曲線）。

在相同條件下測定試樣溶液的吸光度，從校正曲線上找出與之對應(yīng)的未

知組分的濃度。

此外，有時還可以采用標準加入法。

2.多組分的定量分析

根據(jù)吸光度具有加和性的特點，在同一試樣中可以同時測定兩個或

兩個以上組分。假設(shè)要測定試樣中的兩個組分A、B,如果分別繪制A、B

兩純物資的吸收光譜，繪出三種情況，如圖13.20所示。

（a）情況表明兩組分互不干擾，可以用測定單組分的方法分別在入1、

入2測定A、B兩組分；

（b）情況表明A組分對B組分的測定有干擾，而B組分對A組分的測定

無干擾，則可以在入1處單獨測量A組分，求得A組分的濃度CA。然后

X2處測量溶液的吸光度A%B及A、B純物質(zhì)的戔值，根據(jù)吸光

在

度的加和性，即得

^2bC*+域2-則可以求出CB；

（c）情況表明兩組分彼此互相干擾，此時，在入1、入2處分別測定溶

而且同時測定A、B純物質(zhì)的4謂及或2、42。

液的吸光度

A歲=舄憶+：-

然后列出聯(lián)立方程.

解得CA、CBo顯然，如果有n個組分的光譜互相干擾，就必須在n

個波長處分別測定吸光度的加和值，然后解n元一次方程以求出各組分

的濃度。應(yīng)該指出，這將是繁瑣的數(shù)學處理，且n越多，結(jié)果的準確性

越差。用計算機處理測定結(jié)果將使運算大為方便。

3.雙波長分光光度法

當試樣中兩組分的吸收光譜較為嚴重時，用解聯(lián)立方程的方法測定兩

組分的含量可能誤差較大，這時可以用雙