第二章

紫外光譜法一．紫外光與紫外光譜

波長為10~400nm的光波即電磁波

1nm=10-7cm=10-9m1?=10-1nm=10-10m

1.紫外光：介于X射線的長波區段與可見光的短波區段之間。

紫外光區包括近紫外（200~400nm）遠紫外（10~200nm）兩個區段

光譜區

X-射線遠紫外近紫外可見光區波長范圍1.0-100?10-200nm200-400nm400-800nm躍遷類型內層電子外層電子外層電子外層電子譜型X-射線譜紫外光譜紫外光譜可見光譜1.1紫外光與紫外光譜遠紫外區（10~200nm）：在此波長范圍內，大氣有吸收，必須在真空條件下操作，普通儀器觀察不到，對儀器要求高，遠紫外也叫真空紫外區，所以遠紫外區在普通有機化合物機構分析上沒有應用。近紫外區（200~400nm）：在此波長范圍內，玻璃有吸收，一般用石英比色器，因此稱近紫外區為石英紫外區，近紫外區最為有用，通常所謂的紫外光譜就是指近紫外區的光譜。2.紫外光譜：以波長10~400nm的電磁波照射物質分子，即以紫外光照射物質分子，由分子的電子能級躍遷而產生的光譜叫紫外光譜。紫外光譜是電子光譜的一部分，可見光譜也是電子光譜，電子光譜是由電子躍遷而產生的吸收光譜的總稱。1.2紫外光譜的產生、特征及表示法二．紫外光譜的產生、特征及表示法1．紫外光譜的產生主要是因為物質分子的能量具有量子化的特征（即物質分子的能量具有不連續的特征）。一個分子有一系列能階，其中包括許多電子能階，分子震動能階以及分子轉動能階。1.2.1

n=2

4純電子躍遷31-20ev21

純轉動躍遷純振動躍遷0.05-1evn=10.05ev以下電子，振動，轉動能級示意圖1.2.2當分子在入射光的作用下發生了階電子躍遷，也就是說分子中階電子由低能級E0躍遷到高能級E1（激發態），根據量子理論電子在躍遷時所吸收的能量不是連續的，而是量子化的，即所吸收的光子能量等于兩個能級的差值：△E=

E1－

E0=hv=h·c/λ(v=c/λ)式中：h=Plank常數=6.62×10-27爾格·秒

c=光速3×1010cmλ=波長用nm表示

v=頻率用周/秒（Cps）或赫茲（Hz）E=能量單位為爾格，電子伏特ev或卡/摩爾1.2.3分子的內部運動包括有轉動、振動和電子運動。分子的能級近似地由轉動能級、振動能級和電子能級所構成。如前圖所示，一般說來，分子轉動能級的間距為0.05~1電子伏特，電子能級的間距為1~20電子伏特。可見，電子躍遷所需能量最大.其次為分子振動、轉動，這樣當電子能級改變時，不可避免地伴隨有振動、轉動能級的變化，因而使電子關撲的譜帶增寬。1.2.42．紫外光譜的特征紫外光譜分析方法是根據溶液中物質的分子或離子對紫外光譜區輻射能的吸收而產生吸收光譜來研究物質組成和結構的。當一條紫外光（單色光）I0射入溶液時，一部分光I透過溶液，一部分光被溶液所吸收，溶液對紫外光的吸收程度（即溶液的吸光度）與溶液中物質的濃度及液層的厚度成正比.這種關系稱作朗伯-比爾定律（Lambert-Beer’sLaw），這是吸收光譜的基本定律，用數學公式表示為：1.2.5

A=㏒(I0/I)=abc式中：A：吸光度

I0：入射光強度

I：透射光強度

a：吸光系數

b：吸收池厚度（cm）c：被測物質濃度g/LI0/I：透射比，用T表示如果濃度用mol/L為單位，則上式可寫成：A=εbcε：為摩爾吸光系數，單位為：Ｌ．moL-1．cm-1

1.2.63．紫外光譜表示法將不同波長的紫外光依次通過被分析的物質，分別將波長（單位為nm）做橫坐標，以吸光度A做縱坐標，所繪制的曲線為紫外吸收光譜曲線。縱坐標可為A，T,ε,㏒ε表示0.6

ε≥104或㏒ε≥4為強峰

0.5ε≤103或㏒ε≤3為弱峰0.4右圖中λmax=420

0.3

0.20.1

0.0

370420470

圖1.吸收曲線(Fig.1Absorptionspectra）

1.3電子躍遷三．電子躍遷分子的紫外吸收光譜是由于分子中價電子的躍遷而產生的，從化學鍵的性質上考慮，與電子光譜有關的主要是三種電子：（1）

形成單鍵的σ電子（2）

形成雙鍵的π電子（3）

分子中非鍵電子即n電子化合物不同，所含的價電子類型不同，所產生的電子躍遷類型不同，三種電子可以用甲醛分子示例如下：

n電子

HCOσ電子Hπ電子．．．．．1.3.1根據分子軌道理論，分子中這三種電子能級的高低次序大致是：（σ）＜（π）＜（n）＜（π*）＜（σ*）σ,π是成鍵軌道，n是非鍵軌道，σ*,π*

是反鍵軌道有機分子吸收紫外光引起的電子躍遷有以下幾種類型：σσ*,σ*,π*,ππ*

nn這些躍遷所需的反鍵σ*軌道能量如圖所示：反鍵π*軌道能量大小順序ππ*σ

σ*如下Enπ*nσ*n非鍵軌道成鍵π軌道電子躍遷類型成鍵σ軌道由式可知引起σσ*

躍遷的能量最大，波長最短，而引起

nπ*

躍遷的能量最小，波長最長。1.3.2σσ*＞σ*＞π

π*＞π*

nn電子躍遷時，被吸收的能量和紫外光波長間有以下關系:△E=h·c/λ1.3.3σσ*躍遷電子從軌道σ躍遷到反鍵軌道σ*稱為σσ*躍遷，實現σσ*躍遷需要吸收很多能量，約為185千卡/克分子。因而吸收紫外光波長最短，小于200nm，在遠紫外光區，如：CH4λmax=125nm

C2H6λmax=135nm飽和碳氫化合物的紫外光譜在遠紫外光區。1.σσ*

躍遷1.3.4nσ*

躍遷

CH3

CH3Nλmax=227nm(ε900）CH3

2.nσ*

躍遷電子由n非鍵軌道躍遷到σ*軌道，稱為nσ*躍遷，具有未共用電子對的取代基，例含S，N，O和X等雜原子的飽和有機化合物會發生這類躍遷。實現躍遷需要的能量較σσ*小，這類化合物一般在紫外光區有吸收，但大部分在遠紫外區，例：CH3CLλmax=173nm(ε200)

CH3OHλmax=183nm1.3.5ππ*躍遷電子由π軌道躍遷到π*軌道稱ππ*躍遷，所吸收的能量比nσ*小，峰位約在200nm附近，這種躍遷是強吸收，ε＞104

3.

ππ*躍遷例：CH2CH2

λmax=162nmε為104

CH3CHCHCH3

λmax=178nmε為1041.3.6nπ*躍遷電子從非鍵軌道躍遷到π*軌道，稱為nπ*躍遷，引起這種躍遷所需能量最小，大部分都在200~400nm。近紫外光區有吸收，即有雙鍵，有雜原子的化合物產生nπ*吸收，不過這種躍遷的ε很小，一般小于100，是弱吸收。例：例：CH3

COλmax=280nmε＜100CH3

電子躍遷類型與吸收峰波長關系如下：4.nπ*躍遷電子躍遷類型與吸收峰波長關系如下：躍遷類型吸收波長（nm）

σσ*＜200ππ*（孤立雙鍵）＜200（強吸收）

nσ*＜200

nπ*200—400（弱吸收）其衍生物例CH3CL，CH3Br和CH3I的nσ*

分別出現在173，204和258nm處，這些數據說明了甲烷中引入氯，溴和碘原子使相應的吸收波長發生了紅移，助色基的助色作用，還說明隨著雜原子原子半徑的增加,nσ*的躍遷移向近紫外光區。飽和烴類分子中只含有σ鍵，因此只能產生σσ*躍遷，其λmax＜150nm1.4.1紫外光譜與分子結構的關系四．紫外光譜與分子結構的關系（有機化合物的紫外光譜）1．飽和烴及其取代衍生物

飽和烷烴常作為UV譜的測定溶劑如正已烷等。只有一個雙鍵的烯烴，如乙烯，可發生的躍遷有σσ*躍遷（在遠紫外光區），ππ*躍遷，相應的吸收峰仍在遠紫外光區。1.4.2不飽和烴及共軛烯烴

例：乙烯中λmax為180nm，ε為104左右

CH3CHCHCH3λmax為173nm，ε為104左右

λmax為176nm，ε為104左右（2）具有共軛雙鍵的化合物在不飽和烴中，當有兩個以上雙鍵共軛時，隨著共軛系統的延長，ππ*躍遷的吸收帶明顯向長波移動。2．不飽和烴及共軛烯烴（1）只有一個雙鍵的化合物如丁二烯λmax為217nm，當有5個以上共軛雙鍵時，吸收帶已出現在可光區。當共軛二烯碳上氫原子被取代時，λmax作規律性的改變：Fieser和Woodward提出了計算共軛二烯，共軛烯酮等類化合物λmax的經驗公式規定：P183基數（共軛=烯基苯吸收帶）為217nm增加值：1．

二烯在同一環內（同環二烯）36nm2．

每個烷基（或環基）5nm3．

環外雙鍵5nm4．

增加一個共軛雙鍵30nm5.助色團—OCOR0nm—OR6nm—SR+30nm—CL,Br5nmR1

—N60nmR2

1.4.3例題例1.推斷下列化合物的λmax

CH2=C—C=CH2

CH3CH3

λmax=217+（5×2）=227（nm）

例2.下式為膽甾二烯，推斷其λmax

CH3

CH3C8H17

λmax=217+5×3+5=237nm

基值環基一個環外雙鍵例3.下式為麥角醇，推斷其λmaxCH3

CH3C8H17

λmax=217+36+5×4+5×2=283nm

基值同環二烯環基兩個環外雙鍵例4.λmax=217+5×4+5×2=247nm

基值環基環外雙鍵例5.有一化合物結構可能是A，也可能是B，通過紫外光譜測得其λmax為242nm，試確定其結構：

AB解：化合物A

λmax=217+5×4+5=242nm

基值2個環基，2個烷基1個環外雙鍵化合物Bλmax=217+5×3=232nm

基值2個環基，1個烷基因此它們nπ*吸收帶稍有不同，醛，酮的nπ*吸收帶在270~300nm附近，εmax為10~20是弱吸收，譜帶略寬（測定時濃度需高）。1.4.4羰基化合物羰基化合物含有＞C=O基團,＞C=O基團主要可以產生

nσ*＜200nmnπ*200—400nmππ*＜200nm三個吸收帶。醛，酮這兩類物質與羰酸及其衍生物如酯，酰胺，酰鹵等都含有羰基，但由于它們在結構上的差異。當醛、酮的羰基與雙鍵共軛時，形成α,β一不飽和類醛酮類化合物，即α，β不飽和羰基化合物：孤立乙烯在200nm以下有ππ*

吸收帶（ε為10000左右），孤立羰基在270~300nm附近有nπ*吸收帶，如果羰基和乙烯共軛,這二吸收帶都發生紅移,ππ*吸收帶在220~260nm（ε約為10000）,而nπ*吸收帶在310~330nm（ε＜100）。對于取代α,β的不飽和醛、酮的λmax

可以用Fieser—Woodward規則來推測：

β’αχ

C=C—C=Oβ

δ’γβαχC=C—C=C—C=OP184改錯：（表）

δ’

α,β不飽和羰基化合物母體215nmα,β鍵在環內-13nm醛-6nm共軛雙鍵30nm環外雙鍵5nm烷基、環基α位10nmβ位12nmγ以上18nm同環共軛二烯39nm1.4.5例題例1.

推斷下列化合物的λmax

CH3

CH3

＞C=CH—C=O

CH3

λmax=215+12×2=239nm

基本值兩個β烷取代例2.

O

—C—

CH3

λmax=215+10+12=237nm

基本值α烷取代β烷取代例3.OC—0EtO例4.一個化合物其結構可能是A，也可能是B，該化合物λmax=338nm，試確定其結構：

OδOABαγαγδββ

λmax=215+10+30－22=233nm

基本值α環基β烷氧基羰基上連OR基結構A：λmax=215+18+18×2+39+30=338nm

基本值γ環基2個δ環基同環二烯共軛延長結構B：λmax=215+18+18+5+30=286nm

基本值γ環基δ環基環外雙鍵共軛延長因此確定此結構為A。Fieser-Woodward規則不適用于交叉共軛，例=CH2

及芳香系統。在＞C=O基碳上如果聯結了帶有孤對電子的基團，由于誘導效應和共軛效應的作用使＞C=O上的電子結合更牢固，所以躍遷時需要的能量變大，波長變短，nπ*躍遷由270~300nm變為210nm左右.因此利用紫外光譜可以把醛、酮結構與酯、酸，酰胺等區別開來。

化合物λmax㏒ε躍遷類型

O

R—C—OH205nm1~2nπ*

OR—C—OR~205nm1~2nπ*

OR—C—NR2~205nm~2nπ*

OR—C—SH~205nm~3nπ*

1.4.5苯及其衍生物苯環有三個吸收峰

λmax184nm

E1帶

λmax204nm

E2帶

λmax230~270nmB帶中心在255nmA．當苯環上有烷基取代時，苯的B帶（λmax255）發生紅移，如甲苯的B帶λmax為261nm，這是由于烷基的C-H鍵的電子與苯環產生超共軛引起的。苯在極性溶劑中帶的精細結構變弱或消失。B．當苯環上有助色基取代時，即含有n電子的雜原子基團如：—OH，—NH2，當nπ*共軛時，會使E2帶和B帶產生紅移，強度增加，B帶的精細結構消失。例：E2λmax=204nmBλmax=255nmNH2E2λmax=230nmBλmax=280nmOHE2λmax=210nmBλmax=270nmC．當苯環上有生色基團取代時當苯環上有生色集團取代時，即具有雙鍵的基團取代，它與苯環共軛在200~250nm出現帶，而且B帶仍然出現，E2此時帶，B帶均發生紅移。例：E2λmax=204nm

Bλmax=255nm苯甲醛HE2λmax=244nm

—C=OBλmax=280nm苯乙烯HE2λmax=244nm

—C=CH2Bλmax=282nmScott提出了計算λmax的規則：（表P187）

基值：R=烷基或環基λmax為246取代基：=H250=羰基或烷氧基230例1：計算下列化合物的λmaxO

—C—OHλmax=230+58=288nmNH2R=OH對位NH2

D．芳香族羰基的衍生物即具有O的苯甲醛，苯甲酸，苯甲酸酯等—C—R例2.OMeMeOO

λmax=246+7+25+3=281nmR=環基間位OMe對位OMe鄰位環基

OCH3COH20441nπ*1.5.1基本術語與概念1．生色團：指分子吸收電磁波而產生電子躍遷的原子基團，通常將能吸收紫外、可見光的原子團或結構系統定義為生色團。例：化合物λmaxε躍遷類型C6H13CH=CH217713000ππ*

OCH3CNH221460nπ*2．

助色團：指帶有非鍵電子對的基團，如：-OH，-OR，NHR，OR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，并且增加其吸收強度。3．

譜帶的紅移與紫移：化合物由于因取代基或溶劑的改變，使其吸收帶的λmax發生移動，向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動成為紫移。例1.取代基變化

E2=203nmε=7400

紅—OHE2=210nmε=6200移—CH=CH2

E2=244nmε=12000例2.（溶液改變）丙酮的吸收如下：在乙烷中：λmax=280nm紫乙醇中：λmax=270nm移水中：λmax=265nm（1）R吸收帶：單個發色基團的n一π*躍遷的譜帶叫R帶。如羰基＞C=O，硝基—NO2，偶氮基—N=N—等都有R帶，R帶的吸收強度λmax小，一般在100~2000之間是弱帶。（2）K吸收帶：具有ππ*共軛的分子出現K帶，如丁二烯CH2=CH—CH=CH2有K帶。在芳環上有發色團取代時，如苯乙烯—CH=CH2，會出現K帶，

O

苯乙酮—C—CH3

4．吸收帶：根據電子躍遷類型不同，吸收帶可分為以下四種：它們都有ππ*共軛結構，K帶是強帶，εmax＞10000

K吸收帶λmax=244nm

ππ*ε=12000

B吸收帶λmax=282nmππ*ε=450當芳環上聯結一個發色集團時（取代基與芳環有ππ*

共軛），這時不僅可以看到一個K帶，而且可以觀察到芳環特征的B帶，如苯乙烯可以看到兩個帶：（3）B吸收帶：B吸收帶是芳香族化合物的特征吸收

帶，也屬ππ*躍遷。苯的B帶在230~270nm內是一寬峰，它包括多重峰或稱精細結構，這是由于電子能級的變化與振動能級的變化相重疊的緣故。其中心在255nm，εmax為250~3000。

B吸收帶的波長比K吸收帶的長。（4）E吸收帶：E吸收帶類似于B帶，也是芳香結構的特征，也屬于ππ*躍進。

E吸收帶可分為E1和E2兩個吸收帶，二者分別可以看成是芳環中乙烯鍵和共軛二烯鍵所引起的，也屬于ππ*躍遷。E1吸收帶的吸收峰在184nm，由苯環內乙烯鍵上π電子躍遷引起的，此帶在遠紫外光區。E2帶在204nm左右有吸收，是由苯環共軛二烯引起的，有時就把E2帶叫做K帶。苯可以產生E1，E2及B吸收帶，其紫外吸收光譜如圖所示。1.6.1溶劑對紫外光譜的影響1．溶劑的影響物質的紫外吸收光譜一般是在它的液體、固體（如透明的晶體）和蒸汽狀態下測定的。但是，物質在不同狀態下測得的光譜是有差異的，即使在溶液狀態下測定的光譜也會隨著溶劑的不同出現很大的差異。下圖為順式四氮雜苯在不同狀態下測定的光譜，其差別是顯而易見的。Ⅰ：室溫下：氣態測得Ⅱ：在5：1異戊烷-甲基環己烷（玻璃態下）測定的Ⅲ：室溫下：在環己烷中測得Ⅳ：在室溫下：在水中測得一般進行紫外光譜的研究都是在溶液中進行的，因此溶劑的性質對紫外光譜的影響十分重要。溶劑對紫外光譜的影響也稱為溶劑效應。實質上是在溶液中分子間的相互作用對光譜的影響。在溶液中，分子間的各種形式的作用力如：靜電力、誘導力、色散力、氫鍵等都影響到它的UV光譜。（1）溶劑的極性對譜帶寬度和強度的影響。在使用極性溶劑時，往往會使電子躍遷中振動結構消失，譜帶為一平滑曲線，并使吸收強度改變，下圖為苯酚在不同溶劑中的吸收光譜。圖中：1.在庚烷中，苯酚的吸收光譜

2.在乙醇中，苯酚的吸收光譜苯酚在庚烷中出現三個明顯的峰，而在乙醇中，三個峰消失，出現一個平滑的寬峰，強度也降低了，其原因是在極性溶劑中，極性溶劑與溶質分子間的相互作用比較強，抑制了分子的振動，而使振動結構消失（2）溶劑效應引起吸收帶的位移一般情況下，nπ*躍遷所產生的吸收峰隨溶劑極性增大而向短波方向移動.例如：醛、酮、羰基＞C=O中的n電子會引起nπ*躍遷。＞C=O在基態時，由于氧原子的電負性，＞C=O是有極性的，可用C+—C－表示.當發生n電子躍遷后，n電子躍遷π*到軌道，因此受激發時氧原子一側的電子云小于基態，即基態比受激發態時極性大；當其溶解在極性溶劑中時，與極性溶劑（例水、醇等）之間容易發生較強的作用，使基態能量下降較大。而激發態能量下降較小，如圖所示。所以二個能級的能量差增加，使nπ*躍遷發生蘭移。溶劑在正已烷中在氯仿中在甲醇中在水中n—π*躍遷的λmax

329315309305ππ*躍遷時所產生的吸收峰隨著溶劑極性的增大而向長波方向移動。例如：＞C=C＜在基態時是無極性的，當電子躍遷到π*時，極性增加，可用C+—C－或C－—C+表示，所以激發態時＞C=C＜極性大于基態。極性大的激發態與極性溶劑作用強，則π*（使激發態能量）能量下降比基態多，而π能量下降少些。例如：亞異丙酮CH3—C—CH=C—CH3的溶劑效應如下：

OCH3如圖所示：二個能級的能量差減小了，因此ππ*躍遷發生了紅移。例亞異丙酮中CH3—C—CH=C—CH3中ππ*躍遷中的溶劑效應如下：OCH3

溶劑在正已烷中在氯仿中在甲醇中在水中λmax230233237243E＞C=Oπ*C+—C－π*

π*π*

＞C+—C－n

＞C=O＜ππn

非極性溶劑極性溶劑非極性溶劑極性溶劑由于溶劑對UV光譜的影響很大，所以不僅在測定光譜時要正確地選擇溶劑，而且在引用文獻數據時，也要考慮到溶劑的影響。△E△E△E△E1.6.2溶劑的選擇溶劑的選擇要注意以下幾點：（1）對測定的物質應是惰性的，溶劑與被測物不起化學反應，如果發生化學反應將得到的是反應產物的光譜。（2）在測定波長范圍內，應該沒有特征吸收，透光度應盡可能高。（3）溶劑對測定的物質應該有一定的溶解度，測定液應該是透明的，不應有混濁或沉淀，濃度范圍一般為10-5~10-2moL濃度。（4）溶劑的沸點不宜太低，沸點低，易揮發，引起濃度的改變。（5）盡可能采用非極性溶劑，極性溶劑往往引起吸收峰的位移，強度也產生改變。（6）毒性小，使用安全，要有較高的純度。雜質的存在不僅影響溶劑的透光度，雜質的存在與被測物發生反應而得出錯誤的結論，在使用溶劑之前最好檢查一下溶劑的透光情況。下面介紹幾種常見的溶劑：A．純的蒸餾水是方便的溶劑，有良好的透光性，透光率幾乎接近100%，但在水中溶解的有機物并不多，而且極性較強，一般不太使用，常用它作為校正其他溶劑的比較標準，使用蒸餾水作溶劑時，宜采用新煮沸過的，放置過久的蒸餾水中會溶解一定數量的空氣，而引起誤差。B．醇類溶劑：如甲醇、乙醇、異丙醇等是透光度較好的溶劑，可用于210nm以上的波長范圍，能溶解許多有機物，是常用的溶劑，其缺點是極性強，有時不能觀察到細微結構。C．烷烴類溶劑：如己烷、環己烷、異辛烷等透光性好，又是非極性溶劑，是紫外光譜的良好溶劑。但是，不是所有的有機物都能溶解在烷烴類溶劑中，因此它的應用也受到限制。D．氯仿：氯仿的溶解能力很強，能溶解高聚物，不溶解于烷烴類，醇類的物質可以采用氯仿做溶劑，但氯仿的缺點是透光性差，而且有毒。E．乙醚：乙醚的溶解能力也很強，在紫外光區透光度也很好，極性也低，但其缺點是極易揮發，將引起溶液濃度的增加而造成誤差。在選用溶劑時，必須考慮到各種有利或不利的因素，因為有機化合物種類繁多，性質各異，很難找到一種通用的溶劑。見表：常用溶劑的最低波長（λmax）

P1761.7.1紫外吸收光譜的應用1．有機化合物定性鑒定有機化合物的紫外吸收光譜只有少數幾個寬的吸收帶，缺乏精細結構，只能反映分子中發色集團和助色基團及其附近的結構特征，而不能反映整個分子的特性。因此，僅依靠紫外光譜來推斷未知化合物的結構是困難的。但是，對于判別有機化合物中發色集團和助色基團的種類、位置及其數目以及區別飽和與不飽和化合物，確定分子中共軛程度等有其獨特的優點。（1）如果化合物的紫外光譜在220~400nm范圍內沒有吸收帶，可以判斷該化合物可能是飽和的支鏈烴、脂環烴或其他飽和的脂肪族化合物或只含一個雙鍵的烯烴等。（2）若化合物只在270~350nm有弱吸收帶，則該化合物必含n電子的簡單非共軛發色集團，如羰基、硝基等。（3）若化合物在210~250nm范圍內有強吸收帶ε≥104，這是K吸收帶的特征，則該化合物可能含有共軛雙鍵的化合物，若強吸收帶出現在260~300nm范圍，則表明該化合物存在三個或三個以上共軛雙鍵。（4）若吸收帶進入可見光區，則該化合物是長共軛發色基團的化合物或是稠環化合物。（5）若化合物在250~300nm范圍內有中等強度吸收帶，ε=103~104這是苯環B吸收帶的特征，該化合物含有苯環。按上述規律可以初步確定該化合物的歸屬范圍，將該化合物的光譜與標準化合物的譜圖進行對照作出判斷。（6）標準光譜的應用被測樣品作出紫外光譜圖后，常可利用有關文獻資料。常用的標準譜圖、手冊主要有下列幾種：A．OrganicElectronicSpectralDataM.J.Kamlet,J.P.Phillipsetal.《Interscience》NewYork這是一套多卷大型手冊性叢書，1960年始出版第一卷。可依據分子式從該書中查找化合物名稱，λmax，㏒ε文獻出處，測定溶劑等。B．TheSadtlerStandardSpectraUltrarioletSadtlerResearchLaboratorles

由薩特勒研究實驗室編的紫外標準譜圖，附有化合物名稱索引、化合物類別索引、分子式索引等。1.7.2紫外光譜在定量分析上的應用應用紫外光譜進行定量分析具有快速、靈敏度高等優點，目前廣泛用于微量或痕量分析中。一般測試范圍在10-5~

10-2moL

。紫外光譜法不需要顯色劑，因而一般不受顯色溫度、時間等因素的影響，操作簡便。但有一個局限就是待測試樣必須在紫外光區有吸收并且在測試濃度范圍服從Lambert-BeersLaw的。紫外光譜法定量分析的基礎是光的吸收定律，即Lambert-BeersLaw在一定的濃度范圍內，溶液的吸光度與溶液中物質的濃度及液層厚度成正比

A=ε.C.LA：吸光度或光密度ε：摩爾吸光系數(L.moL-1.cm-1)C：樣品濃度(moL/L)L：樣品厚度(cm)做定量分析時,（1）先選定樣品的特征吸收帶入λma（2）按工作曲線法即在λmax波長下將待測樣品的純品配成一系列標準溶液，測出不同濃度的標準溶液的吸光度值，以吸收度值做縱坐標，濃度做橫坐標，繪出工作曲線，再由待測未知樣品測得的吸光度對照工作曲線，即找出其含量。如果通過實驗證明在測定條件下，符合Beer定律也可以不用工作曲線法而用計算法求出未知樣品的濃度，即配制一定濃度的Cs的待測試樣純品的標準溶液（其濃度最好與待未知溶液接近）在λmax處測其吸光度As，在相同條件下測未知樣品溶液的吸光度值Ax,后者的濃度Cx可按下式求出：

AsεCsLCs

==AXεCXLCXCX=CSAX/As此外，對于化合物中多組分含量的測定可以用解聯立方程的方法，對于有干擾組分的樣品含量測定可以采用雙波長、三波長等方法。黃酮類化合物是自然界中很重要的一大類天然有機化合物，有關它的提取、分離、分析和藥理方面的研究報道很多。對于黃酮類化合物的相互分離以及單一黃酮成分的定量分析，常用的有氣相色譜法、高效液相色譜法和光譜法。而對于評價和監測茶葉及其飲料中的黃酮含量往往采用分光光度法[1]，但由于吸收峰不對稱給定量分析造成一定的影響。本文以紅茶及其飲料為分析對象采用三波長－分光光度法測定紅茶及其飲料中黃酮的含量，有效地消除了吸收峰不對稱給定量分析造成的影響，并校正了基于干擾組分（飲料中添加劑）的吸收光譜具有可能是散射造成的背景（散射與波長有關，在短波處散射較強），產生的基線傾斜。本法的回收率為99.0%-109.0%，變異系數小于0.48%。方法的準確度與精密度均令人滿意。

三波長分光光度法測定紅茶及其飲料中黃酮的含量

在黃酮類化合物的紫外光譜吸收中，主要吸收帶是由300－400nm之間的吸收帶Ⅰ和240－280nm之間的吸收帶Ⅱ組成。因為茶葉及其飲料中含有茶多酚等化合物，在帶Ⅰ和帶Ⅱ范圍內均有一定程度的吸收，會對黃酮的測定產生干擾。加入鈻鹽使黃酮類化合物與鈻離子形成穩定的配合物，其反應過城如下：

1方法原理

或

吸收帶Ⅰ會明顯產生紅移，同時吸光度也大大增加，在中性偏酸性條件下，帶Ⅰ紅移至420nm附近[2]。因此，選擇鈻配合物顯色體系來測定紅茶及其飲料中總黃酮的含量。但由于吸收峰不對稱給定量分析造成一定的影響。本文采用三波長－分光光度法測定紅茶及其飲料中黃酮的含量[3～5]，有效地消除了吸收峰不對稱給定量分析造成的影響，并校正了基于干擾組分（飲料中添加劑）的吸收光譜具有線性吸收產生的基線傾斜。三波長－分光光度法的基本原理如圖1所示。在一吸收光譜曲線上，可以適當選擇三個波長λ1、λ2和λ3處分別測定吸光度A1、A2和A3。由圖1可知：

式中：ε為待測組分在各波長處的摩爾吸光系數；b為光程；c為待測組分的摩爾濃度。由式（1）可知，ΔA值與待測組分的濃度成正比，可以用于對待測組分的測定。從圖1又知，如果在所選擇的三個波長處，若其相應的吸收光譜曲線上的三點在一條直線上，則測得的ΔA值為零。因此，通過選擇適當的測量波長可以有效地消除了干擾組分或吸收峰不對稱給定量分析造成的影響，提高了定量分析的準確度.

2．1儀器與實驗材料北京普析通用儀器有限責任公司的TU-1201紫外可見分光光度計,上海亞榮生化儀器廠。紅茶黃酮標準品、紅茶及紅茶飲料樣品：由遼寧生物技術科學股份有限公司提供。

2實驗部分

準確吸取黃酮標準儲備液1mL,注入10mL容量瓶中，加1%的三氯化鈻溶液，充分混合至刻度，用1cm的比色皿在波長200~900nm范圍內掃描，繪制出其吸收曲線（圖1），用作圖法確定出三個測定波長分別為λ1=470nm,λ2=420nm,λ3=370nm。

2.2吸收曲線的繪制及三波長的確定3結果與討論3．1標準曲線的繪制

分別取0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5mL的黃酮標準儲備液，注入10mL容量瓶中，加1%的三氯化鈻溶液，充分混合至刻度，在其波長為λ1=470nm,λ2=420nm,λ3=370nm分別測定其吸光度值并且給出ΔA值，結果見表1表1.ΔA值與黃酮濃度的關系

Table1RelationshipbetweenΔAandflavonoidsconcentrations標樣濃度(mg/ml)1.0001.4001.8002.2002.6003.000

ΔA0.03980.05220.06930.08720.10150.1143求得ΔA與濃度關系的回歸方程為ΔA=-3.22×10-4＋0.067C

根據ΔA與濃度的關系可繪制出線性很好的標準曲線。求得相關系數r=0。9992，經查表得臨界相關系數r(99%,n-2)=0.9170,r>r(99%,n-2),說明黃酮的濃度在1.00~3.00(mg/ml)范圍內，分別在波長為λ1=470nm,λ2=420nm,λ3=370nm處測吸光度時，則ΔA與濃度C之間呈良好的線性關系，可按標準曲線法進行定量分析。

用與繪制吸收曲線配制相同的方法配制的樣品進行穩定性實驗，結果表明：樣品放置六小時以上，測得其吸光度值不變。

3．2穩定性實驗

3.3回收率及方法精密度

根據前面確定的測試條件,按上述實驗方法制備6個不同濃度的樣品，按標準加入標準物，在測定波長下測定ΔA,求得其平均回收率,標準偏差及變異系數，結果列于表2和表3。表2方法精密度

Table2.Precisionofthemethod

樣品濃度(mg/ml)

測定值（n=9）(mg/ml)

測定平均值

(mg/ml)

標準偏差

10-3(mg/ml)

變異系數(%)0.800.9186-0.92980.924.40.481.401.4470-1.46041.454.30.302.001.9777-1.99111.983.90.202.602.5864-2.60652.608.70.343.203.1617-3.16833.173.70.123.803.6566-3.67453.665.80.16表3方法回收率

Table3.Recoveryratioofthemethod

編號

No.樣品濃度

(mg/ml)加入量(mg)實測值

(mg/ml)回收率(%)

10.800.201.0210921.400.201.6210932.000.202.2099取不同產地的紅茶，不同品種的綠紅茶飲料，按上述實驗方法制備樣品溶液，按操作條件，在測定波長處測其吸光度，分析結果列于表3。

3.4樣品分析

樣品

名稱

編號

測定結果

(mg/ml)

20020108

0.15

冰紅茶（心品）

20020125

0.15

飲料

20020203

0.15

20011211

0.14

梅子紅茶（心品）

20020122

0.14

20020125

0.14

茶葉

云南昆明湛紅

1.06mg/g

福建安溪

0.73mg/g

由表2和表3可以看出本法的回收率為99.0%-109.0%，變異系數小于0.48%，方法的準確度與精密度均較高。因此三波長－光譜法為測定紅茶及其飲料中黃酮的含量提供了更準確更可行的方法。

返回第三章.紅外光譜一.基本原理即紅外光譜的形成1.紅外光,紅外光譜

紅外光：紅外光是一種電磁波,一般將波長大于0.76

μ

m,小于1000μ

m的電磁波叫做紅外光.紅外光波長可分為三個區域

波長(μ

m)波數(cm-1

)區域

0.76－0.2513158－4000近紅外

2.5－254000－400中紅外

25－1000400－10遠紅外近紅外：分子化學鍵的倍頻即組頻吸收出現在此區域,例OH,N-H及C-H鍵的倍頻吸收.中紅外：絕大多數有機，無機化合物分子中原子的振動及分子的轉動．是最常見的區域．遠紅外：金屬有機化合物的金屬有機鍵振動．許多無機化合物的鍵振動，骨架振動及分子的純轉動．吸收均出現在此區域紅外光譜：物質分子受連續波長的紅外光源照射后，分子吸收部分紅外光，使分子中原子的振動能級和轉動能級躍遷，所產生的分子吸收光譜簡稱ＩＲ光譜．若以波長或波數為橫坐標，以百分透射頻或百分吸收值為縱坐標，所記錄下來的曲線就是該物質的紅外光譜．２．紅外光譜法的特點紅外光譜在化學領域中主要用于分子結構的基礎研究（測定分子的鍵長，鍵角，進而推斷其立體構型等）以及化學組成的分析（即化合物的定性，定量）但其中應用最廣泛的還是化合物結構的鑒定，可以根據紅外吸收曲線的峰位，峰強即峰形來判斷化合物中存在那些官能團，進而推斷未知物的結構．紅外光譜具有快遞，高靈敏度．測試樣品量少等特點，因此它以成為現代結構化學，分析化學最常用和不可缺少的工具．３．紅外光譜法的基本原理分子的紅外吸收光譜起源于分子中原子的振動．轉動能級的躍遷而引起的吸收．為了便于理解．a.把多原子分子看成是雙原子的集合b.先忽略分子的轉動c.把雙原子看成是由質量m1

和m2

其間的化學鍵看成是由無質量的彈簧連結的兩個小球d.兩原子間的伸縮振動看成是一種簡皆振動（無阻尼的周期性線形振動）根據Hooke定律，其頻率可依下式求出：３.序2πυ＝√k/μ1又∵υ＝C/λ∴υ＝υ·c∴υ=2πC√k/μ1υ:振動波數，單位為cm-1（分子在紅外光譜譜帶的位置）C：光速為3×10１０

cm/sμ:是原子折合質量,單位為gμ=m1×m2m1+m2N1×m1，m２

分別為兩個原子的原子量．N：阿佛加德羅常數．為：6.023×10２３／摩爾k:為鍵力常數,單位為達因/厘米(表示兩個原子由平衡位置伸長1?后的恢復力)3.序2單鍵：k＝4－6×10５

達因／厘米

雙鍵：k＝8－12×10５

達因／厘米

叁鍵：k＝12－18×10５

達因／厘米例：根據上式計算羰基的伸縮振動的紅外譜帶的位置．已知羰基伸縮振動的鍵力常數k為12×10５

達因／厘米解：μc=0＝m1·m1m1+m1N1=12.00×15.9912.00+15.996.023×10２３1=1.14×10-2３(g)××例序12πC√k/μυ==2×3.14×3×10101√12×105/1.14×10-23=1722(cm-1)上式可寫成下列形式：υ=1307×√k(1/m1+1/m2)式中：1307=12πC√N×105K=k/105K的單位為N.cm-1(N為牛頓)m1，m２是成鍵原子的原子量例２計算υc三c

的基頻率叁鍵k＝15毫達因／埃

＝15×10-3

達因／10-8厘米

＝15×10５

達因／厘米

＝1307×√15×10５／10５（1/12+1/12)

υ=2062(cm-1)同樣方法計算出：υc三c

=1690(cm-1)

υc-c=1190(cm-1)

例2序由上式可以計算分子中基團的紅外光譜吸收峰的峰位，但它是近似的.因為兩原子之間的伸縮振動并非簡皆振動,化學鍵的振動要受到分子其他部分和測量環境的影響.但大量實驗數據表明不同化合物的同一功能基的某種方式的振動頻率總是出現在某一范圍之內.例如在不同化合物中只要有羰基,其伸縮振動的頻率就出現在1650－1850cm-1

之間，只要含有羥基，其伸縮振動的頻率就出現在3000－3700cm-1

之間．只要含有C≡C基則伸縮振動的頻率就出現在2000－2300cm-1

之間．這說明各種功能基的紅外吸收譜帶均出現在一定的波數范圍之內而具有一定的特征性．４．多原子分子的振動１．振動的基本類型．上述雙原子的振動是最簡單的，它的振動只能發生在連結兩個原子的直線方向上．并且只有一種振動形式即兩原子的相對伸縮振動。多原子分子的振動，不僅包括雙原子沿其核－核的伸縮振動，而且還有鍵角參與的各種可能的變形振動，一般將振動形式分為二類，伸縮振動和變形振動．4.1a.伸縮振動指原子沿著價鍵方向來回運動．即振動時鍵長發生變化，鍵角不變．伸縮振動又分為對稱伸縮振動和反對稱伸縮振動．分別以υs

和υas

表示．例如飽和烷烴的亞甲基的C－H伸縮振動為：

HHHH

CC對稱υs(CH)2850cm-1υas(CH)2925cm-1

在亞甲基的對稱伸縮振動中，兩個氫原子沿鍵軸運動的方向相同，即兩個碳氫鍵同時伸長與縮短．若兩個氫原子沿鍵軸運動方向不同，一個碳氫鍵和另一個鍵交替伸長，縮短。則為反對稱伸縮振動．對于同一基團來說，反對稱伸縮頻率要稍高于對稱伸縮振動頻率．4.1.bb.變形振動．又稱變角振動．它是指基團鍵角發生周期變化而鍵不變的振動．變形振動又分為面內變形振動（以δ表示）和面外變形振動（以γ表示）兩種．面內變形又分為剪式振動（以δs

表示）和平面搖擺振動（以ρ表示）剪式振動：其過程的變化類似剪刀的“開”“閉”．

例如亞甲基的：HH

C平面搖擺振動(ρ)：基團作為一個整體在平面內搖擺

例亞甲基的：HH

C

面外變形振動：垂直于n個原子所在的平面的變形振動

分為非平面搖擺和扭曲振動．4.1.b序非平面搖擺振動(W)+HH+－HH－CC＋表示垂直紙面向上，－表示垂直紙面向下扭曲振動(γ)+HH－－HH+CC由于鍵長的改變比鍵角的改變需要更大的能量，變形振動的鍵力常數比伸縮振動的的小，因此同一基團的變形振動都在伸縮振動的低頻端出現；變形振動對環境變化較為敏感，通常由于環境結構的改變同一振動可以在較寬的波段范圍內出現4.2振動自由度與峰數所謂振動自由度就是分子的基本振動數目.分子由原子組成,分子自由度等于該分子中各原子在空間坐標的總和。在空間確定一原子的位置需三個坐標(x.y.z)，故一原子有三個自由度.含N個原子的分子總自由度為3N,而分子作為一個整體,其運動狀態可分為平動,轉動,振動三類.其分子自由度(或坐標)總數應該等于平動,轉動和振動自由度的總和即:3N=平動自由度+轉動自由度+振動自由度.無論是線形分子還是非線形分子其平動的自由度都等于3(由于分子的重力中心向任一方向轉動時都分解為沿x.y.z三個方向的平移)對于線型分子,只有二個轉動自由度,因為沿第三個軸(z軸)或者說繞鍵軸方向轉動時,原子空間位置不發生變化,故不產生自由度.即線形分子只有兩個轉動自由度.所以線形分子振動自由度f=3N－(3+2)=3N－5對于非線形分子，繞任一軸轉動，其原子在空間位置均有變化，故有三個轉動自由度，所以非線形分子自由度f=3N－(3+3)=3N－64.3振動自由度與峰數的關系紅外吸收峰數取決于振動自由度數．理論上每個振動自由度在紅外光譜區將產生一個吸收峰．但是由于a.沒有偶極矩變化的振動，不產生紅外吸收b.相同頻率的振動吸收重疊，即簡并c.吸收帶強度太弱，以致無法測定．d.吸收峰有時落在儀器檢測范圍之外所以峰數往往少于基本振動數目，但也有吸收峰增多的因素．如：倍頻，組頻等．但這種情況比較少且峰較弱．對稱伸縮（無吸收峰）4.3