紫外可見分光光度計的應用
1.概述(shù)
人們在實踐中早已總結出不同顏色的物質具有不同的物理和化學性(xìng)質。根據物(wù)質的這些特性可對它進行有效的分析和判別。由於顏色本就惹人注意,根據物質的顏色深淺程度來對物質的含量進行估計,可追溯到古代及中世紀。1852年,比爾(Beer)參考了 布給爾(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所發(fā)表的文章,提出了分光光度的基本定律,即液層厚度相等時,顏色的強度與呈色溶液的(de)濃度成比例,從而奠定(dìng)了分光光度法的(de)理論基礎,這就是著名的比爾朗伯(bó)定(dìng)律。1854年(nián),杜(dù)包斯克(Duboscq)和奈斯勒(Nessler)等人將此理論應用於定量分析化學領(lǐng)域,並且(qiě)設計了第一台比色計。到1918年,美國國家標準局製成了第一台紫外可見分光光(guāng)度計。此後,紫外可見分光光度計經(jīng)不斷改進,又出現自動記錄、自動打印、數字顯示、微機控製等各種類型的儀器,使光度法的靈敏度(dù)和準確度也不斷提高,其應用範圍也不(bú)斷擴大。
紫外可見分(fèn)光光(guāng)度法從問世(shì)以來(lái),在應用方麵有了很大的發展,尤其是在相關學科發展的基礎(chǔ)上,促使(shǐ)分光光度計儀器的(de)不斷創(chuàng)新,功能更加齊全,使得光度(dù)法的應用更拓寬了範圍。目前,分光光度法已(yǐ)為工農業各個(gè)部門和科(kē)學研究的各個領域所廣泛采用,成為人們(men)從事生(shēng)產和科研的有力(lì)測試手(shǒu)段。我國在分析(xī)化學領域有著堅實的基礎,在分光光度分析方法和儀器的製造方麵國際上都已達到一定的水(shuǐ)平[1][2]
2.原理(lǐ)
物(wù)質的吸收光譜本質(zhì)上就是物質中的分子和原子吸收了入射光中的(de)某(mǒu)些特定波長的光能量(liàng),相應地發生了分(fèn)子振動能級躍遷和電子能級躍遷(qiān)的結果。由(yóu)於各種物質具有各(gè)自不同的分子、原子(zǐ)和不同(tóng)的分子空間結構,其吸收光能量的(de)情況也就不會相同,因此(cǐ),每種物質就(jiù)有其特有的、固(gù)定的吸收光譜曲線,可根據吸收(shōu)光譜上(shàng)的某些(xiē)特征(zhēng)波(bō)長處的吸光度的高低判別或測 定該(gāi)物質的含量,這就是分光光度定性和定量分析的基礎。分光光度分析就是根據物質的吸收光譜研究物質(zhì)的成(chéng)分、結構和物質間相互作(zuò)用的有效手段。
紫外可見分光光(guāng)度法的定量分析基礎是朗伯(bó)-比爾(Lambert-Beer)定律。即物質在一定濃度 的吸光度與它的吸收介質的厚度呈正比,其數學(xué)表示式如下:
A=錬c
式中:A—吸光度(又稱光(guāng)密度、消光值),
å—摩爾吸光係數(其物理意(yì)義為:當吸(xī)光物質濃度為1摩爾/升,吸收池厚為1厘米(mǐ),以一定波長原光(guāng)通(tōng)過時,所引起的吸光值A),b—吸收介質的厚度(厘米),c—吸光物質的(de) 濃度(摩爾/升)。
物(wù)質的顏(yán)色和它的電子結構有(yǒu)密切(qiē)的關係(xì),當輻射(光子)引起電子躍遷使分(fèn)子(或離子)從基態上升到激發(fā)態時,分子(或離子(zǐ))就會在可見區或紫外呈現吸光,顏色的發生或變化是和分子的正常(cháng)電子結構的變形聯係的。當分子中(zhōng)含有一個或更多的生色基因(即具(jù)有不飽和鍵的原(yuán)子(zǐ)基團),輻射就會引起分子中電子能量的改變。常見的生色團有:
CO, -N=N-, -N=O,-C N,CS
如果(guǒ)兩個生色團之間隔一個碳原子,則形成共軛基團(tuán),會使吸收帶移向較長的波長處(即(jí)紅(hóng)移),且吸收帶(dài)的強度(dù)顯著增加。當分子中含有助色基團(有未共用電子對(duì)的基(jī)團)時,也會 產生紅移效應(yīng)。常見的助色基團有:-OH -NH2, -SH, -Cl, -Br, -I
3.特點
分光光度法對於(yú)分析人員來說,可以說是(shì)最有用的工具之一。幾乎每一個分析實驗室都離不開(kāi)紫外(wài)可見(jiàn)分光光度計。分光光度(dù)法的主要特點(diǎn)為:
(1)應用廣泛
由於各種各樣的無機物(wù)和有機物在紫外可見區(qū)都有吸收,因此均可借此法加以測定(dìng)。到目(mù)前為止,幾乎化學元(yuán)素周期表上的所有元素(除少數放射性元素和惰性元素之外)均可采用此法 。在國際(jì)上發表的有關分析的論文總數中,光度法約占(zhàn)28%,我國約占所發表論文總數的33% 。
(2)靈敏度高
由於新的顯色劑的大量合成,並在應用研究方麵取得了可喜的進展,使得對元素測定的靈敏度有所推進,特別是有關多元絡合(hé)物和各(gè)種表麵活性劑(jì)的應用研究,使(shǐ)許多元素的摩(mó)爾吸(xī)光係數由(yóu)原來的幾萬提高到數十萬。
(3)選擇性(xìng)好
目前已有些元素隻要利用控製適當的顯色條件就可直接進行光度法測定,如鈷、鈾、鎳、銅、銀、鐵等元素的測定,已有比較滿(mǎn)意的方法了。
(4)準確(què)度高
對於一般的分光光度法,其濃度測量的相對誤差在1~3%範圍內,如采用示(shì)差分(fèn)光(guāng)光度(dù)法進行測量,則誤差可減少到0.X%。
(5) 適用濃度範圍廣
可從(cóng)常量(1%~50%)(尤其使用示(shì)差法)到痕量(10-8~10-6%)(經預富集後)。
(6) 分析成本低、操作簡便、快速
由於分光光度法具有以(yǐ)上優點,因此目前仍廣泛地應用於化工、冶金、地質、醫學(xué)、食品、製藥等(děng)部門及環境監測係統。單在水質分析中的(de)應用就很廣,目前能有直接法和間接法測定的金屬和非金屬元素就有70多種。
4 應用
4.1 檢定物質
根據吸收光(guāng)譜圖上的一些特征吸收,特別是最大吸(xī)收波長雖ax和(hé)摩爾吸收係數(shù)澹是檢定物質的常用物理參數(shù)。這(zhè)在藥物分析(xī)上就有著很廣泛的應用(yòng)。在(zài)國內外的藥典中,已(yǐ) 將眾多的藥物紫外吸收光譜的最大吸收波(bō)長和吸收係數載入其中,為藥物分(fèn)析提供了很好的手段。
4.2 與標準物及標準圖譜(pǔ)對照
將分析樣品和標準樣品以相同濃度配製在同(tóng)一(yī)溶劑(jì)中,在同一條件下分別測定紫外可見吸收光(guāng)譜。若兩者是(shì)同一物質,則兩者的光譜圖應完全一(yī)致。如(rú)果沒有標樣,也可以和現成的標準譜圖對照進行比較(jiào)。 這種方法要求(qiú)儀器準確,精(jīng)密度高,且測定條件要相(xiàng)同。
4.3 比較最大吸收波長(zhǎng)吸收(shōu)係數(shù)的一致性(xìng)
由於紫外吸收光譜隻含有2~3個較寬的吸收帶,而紫外光譜主要是分子內的(de)發色團在紫(zǐ)外區產生的吸收(shōu),與分(fèn)子和其它(tā)部分關係不大。具(jù)有(yǒu)相(xiàng)同發色團的不同分(fèn)子結構(gòu),在較大分子中不影響(xiǎng)發色團的紫外吸收光譜,不同的分子結構(gòu)有可能有相同(tóng)的紫外吸收光譜,但它們的吸收係數是有差別的。如果分析樣品和標(biāo)準樣品的吸收波(bō)長相同,吸收(shōu)係數也相同,則(zé)可認為分析樣品與標準樣品(pǐn)為同一物質。
例1 己二烯-1,5(CH2=CHCH2CH2=CH2)的最大吸收波長雖ax為178nm(摩爾吸收係數為26000),而己烯-1(CH2=CHCH2CH2CH2CH3)的最大吸收波長為雖ax 為(wéi)177nm(摩爾吸收(shōu)係數邐11800)。此兩個物質有相同的發(fā)色團,雖ax值基本(běn)相同,但值不同,二烯的逯當鵲ハ┑拇蟆U饉得饔邢(xíng)嗤牡舜瞬還查畹姆⑸牛(niú)湮(yān)詹(zhān)ǔそ詠 於單個發(fā)色團的值,但逯(lù)翟蛩(qióng)嫦嗤⑸攀康腦黽傭黽印H綣屑父齜⑸瘧舜斯查,則吸(xī)收長向紅移(yí)動(dòng)。象丁二烯-1,3(CH2=CHCH=CH2)與(yǔ)己二烯-1,5(CH2=CHCH2 CH2CH=CH2)相比,同(tóng)樣(yàng)有兩個雙鍵,但丁二烯(xī)-1,3中為共軛體係,它的最(zuì)大吸收長雖 ax為210nm,而摩爾吸收係數逯翟蠐爰(yuán)憾-1,5基本一樣。
4.4 純度(dù)檢驗(yàn)
例2 紫(zǐ)外吸收光譜能(néng)測定化合物中含有微量(liàng)的具有(yǒu)紫外吸收的雜質。如果化合物的紫外可 見(jiàn)光區沒有明顯的吸收峰,而它(tā)的雜質在紫外區內有較強的吸收峰,就可以檢測出化合物中的雜質。
例3 檢測乙醇樣品含(hán)有的苯的雜質。苯的最大吸(xī)收波長在256nm,而乙醇在此波長處沒有 吸收(shōu)。在紫外吸收光譜上就能很明顯地看出來。
如果化合物(wù)在紫外可見有吸收,可用吸收(shōu)係數檢測其純(chún)度。
例4 菲的氯仿溶液在296 nm處有(yǒu)強吸收,邐12600,log 邐4.10,用某方法精製(zhì)的菲在(zài)紫外(wài)上測出的1og 逯當缺曜嫉(jí)姆埔10%,這說明實際含量隻有90%,其餘的(de)就很有可能是(shì) 雜質了。
例5 還可以用差示法(fǎ)來(lái)檢測樣品的純度。取相同濃度的純品在同一溶劑中(zhōng)測定作空白對照 ,樣品與純品之間的差示光譜(pǔ)就是樣品(pǐn)中(zhōng)含有(yǒu)雜(zá)質的光譜。
4.5 推測化合物(wù)的分子結構
(1) 推測化(huà)合物的共軛體係和部分骨架
如果一個(gè)化合物在紫外區是(shì)透明的,沒有吸(xī)收峰(吸收係數澹10),則說明不存在共軛體係(xì) (指不存(cún)在多個相間雙鍵)。它可能是脂肪族碳氫化(huà)合物、胺、腈、醇等(děng)不含雙鍵或環狀結構 的化合物。
如(rú)果在(zài)210-250nm有強吸收,則可(kě)能有兩個雙鍵共軛係統(如共軛二烯或幔-不飽和酮)。
如果(guǒ)在(zài)250-300nm有強吸收,則可能具有3-5個不飽和共軛係統。
如(rú)果在260-300nm有中(zhōng)強吸收(吸收係數=200-1000),則可能有苯環。
如果在250-300nm有弱吸收,則可能存在羰基基團
(2) 區(qū)分化合物的構型和構象
例6 化合物二苯乙烯有順式和反式兩種構型:
它們的最大吸收波長和吸收強度都不同(tóng),由(yóu)於反(fǎn)式構型沒有空間障礙,偶極矩大,而順式構型有(yǒu)空間障礙,因此反式的吸收波長(zhǎng)和強度(dù)都比順式的來得大。為此就很容易區分順式和反式構型(xíng)了。
(3)互變異構體的鑒別。
在有機化學中,會有(yǒu)異構體(tǐ)的互(hù)變現象,通過(guò)紫(zǐ)外光譜(pǔ)也可鑒別。
例7 異丙(bǐng)基酮有兩種分異(yì)構(gòu)體:
CH3CCH3CHCOCH3
CH2CCH3CH2COCH3
(a) (b)
在紫外(wài)吸收光譜上,由於(a)的分子結構中碳碳雙鍵和羰(tāng)基處於共軛體係,故在235nm處有強吸(xī)收(=12000),而(b)的分(fèn)子結構中的(de)碳碳雙鍵和羰基不存在共軛(è)體係,故在220nm以(yǐ)上沒 有強吸收。
例8 乙酰乙酸乙酯有酮式和烯(xī)醇式兩種變(biàn)異構體:
CH3COCH2COO C2H5
(酮式)
CH3COH··CHCCH2 HO
(烯醇式)
烯醇式結構中羰基和主鏈的雙鍵共軛,其雖an為245nm(邐18000),而(ér)酮式結構中沒有共軛體(tǐ)係,故在210nm以(yǐ)上沒有強吸收帶。在極性溶劑(jì)(例如水)中,酮式結(jié)構與(yǔ)溶劑分子因形 成氫鍵而被穩定,故在極(jí)性溶劑中(zhōng)以酮式結構為主(約占85%),而在非極性(xìng)溶(róng)劑(例如正(zhèng)乙烷 )中,烯醇式因生成分(fèn)子內氫而被穩定,故在(zài)非極性溶劑中以烯醇式結構為主,在(zài)正乙烷溶劑中烯醇式結構約占(zhàn)96%。這種互變異構的轉(zhuǎn)換情況在(zài)紫外光譜就很容易看出來。
4.6 氫鍵強度的(de)測定
實驗證明,不同的極性溶劑產(chǎn)生氫鍵的(de)強度也不同,這可以利用紫外光譜(pǔ)來判斷化合物在不同溶劑中氫鍵強度,以確定選擇哪一(yī)種(zhǒng)溶(róng)劑。
例9 在例6中提(tí)到的異丙基丙酮在溶(róng)劑環己烷(非極(jí)性溶劑)、乙醇、甲(jiǎ)醇和水中的雖an分 別為335、320、312和300nm。假定這種雖an完(wán)全由溶劑的氫鍵所引起,則可以利用下式計算每種溶劑中的氫鍵強度。對每種情(qíng)況,紫外(wài)輻射每摩爾能量為
E=Nh=Nhc/ë
式中(zhōng):N—阿佛(fó)加(jiā)德羅常(cháng)數,N=6.023×1023;
h—普(pǔ)朗克常數,h=6.62×10-34J·s;
c—光速c=3×1010cm/s
對於環已(yǐ)烷,雖ax=335nm=33510-7cm;
因此(cǐ) ,紫外輻射能量N=(6.023×1023×6.62×10-34)/(335×10-7)=3. 57×105J/mol
同樣可求得乙醇、甲醇和水中的紫外輻(fú)射能量分別為3.74×105、3.83×105、3.98×1 05J/mol。將這些輻射能扣除在非極性溶劑中的輻射能後,便得到在這些極性溶劑中的氫鍵強度(dù):
在乙醇中(zhōng)氫(qīng)鍵強度為
3.74×105-3.57×105=1.7×104J/mol
在甲醇中3.83×105-3.57×105=2.6×104J/mol
在水中(zhōng)3.98×105-3.57×105=4.1×104J/mol
4.7 絡合物組成(chéng)及穩定常數的測定(dìng)
金屬(shǔ)離子常與(yǔ)有(yǒu)機物形成絡合物,多數絡合物在(zài)紫外可見(jiàn)區是有吸收的(de),我們可以利用分光光(guāng)度法來研究其(qí)組成(chéng)。當金(jīn)屬(shǔ)離子M和配(pèi)位體L(在這兒往往是顯色劑)形成(chéng)絡合物ML時,絡合(hé) 物(wù)反應如下:
M+nR=MRn
當達到絡合平衡時,其絡(luò)合物穩(wěn)定常數為:
K=CMRn/(CMCR)
若M與R不幹(gàn)擾MRn的吸收,且其分析濃度分別為CM、CR,那麽(me)固定金屬離子M的濃度,改(gǎi)變顯色(sè)劑R的濃 度,就可以得到一係列CM/CR值不同的溶液。在適(shì)宜的波長條件下測量各溶液(yè)的吸光度,然後以吸光度A對(duì)CM/CR 作圖。當加入的試劑R還沒有使M定量轉化(huà)為M Rn時,該曲線處於直線階段,當加入的試劑R已使M定量轉化為MRn。並稍(shāo)有了過量時,曲線便出現轉折,加入的R繼續過量,曲線(xiàn)又是水平直線。那麽(me)轉折(shé)點所對應的摩爾比(bǐ)數(shù)即是(shì)絡合物的組成比。若絡合(hé)物(wù)比(bǐ)較穩定,則轉折點明顯。若絡合物不穩定,則轉折點不明顯,此時可用外(wài)推法求得兩條直線的交點(diǎn),交點對應的CM/CR值即為絡(luò)合物MRn中的n值。
如果在兩種不同(tóng)的金屬離子(zǐ)和配位體(tǐ)總濃度(總摩爾數)的條件下,在(zài)同一(yī)坐(zuò)標上分別作吸光度對兩種不同(tóng)總摩爾(ěr)數的溶液組(zǔ)成曲線,在曲線上找(zhǎo)出吸光度相同的兩點,則在此兩點上(shàng)對應的(de)絡合物(wù)濃度應相同,為此便可(kě)通過計算出絡合物穩定常數K。
4.8 反應動(dòng)力學研究
借助於分光光度法可以(yǐ)得(dé)出一些化學反應速度常數,並從兩個或兩個以上溫度(dù)條件下得到的速度數據,得出反(fǎn)應活化能。在丙酮的溴化反應的動力學研究中就是一個成功的例子。
例10 在(zài)有機化(huà)學中,丙酮的溴化反(fǎn)應是(shì)一個複雜反應,其反應式為:
CH3COCH3 +Br2
CH3COCH2Br+Br-+H+
該反應由氫離(lí)子催化,則反應速度為:
K=k[CH3COCH3]p[Br2]q[H+]r
式中:k—反應(yīng)速度常數
物質的濃度(摩爾(ěr)/升)
指數p、q、r分別表示(shì)丙(bǐng)酮、溴、氫離子的反應級數
在其它試劑沒有明顯吸收的波長下,用分光光法在400nm處直接觀察Br2濃度的減小,就(jiù)很 容易(yì)跟蹤反應進程。對於固定的吸收池的厚度(dù),吸光度A就與Br2的濃度呈正比,令比(bǐ)例係數為B,則存在下式:
A=BC
通過一係列的實驗,便可得出反應速度k及反應(yīng)級數來,實驗證明對Br2是零級,即q等於 零。若測出兩個(gè)或兩(liǎng)個以上溫度的速(sù)度(dù)常數(k1、k2),則可根據阿侖尼烏斯公式計算出反應活化能來。
Log k2/k1 =E0(T2/T1)/2.30 RT1T2
式中:k1、k2分別為溫(wēn)度T1、T2下的反應(yīng)速度常數(shù)
R為氣體常數,8.314焦耳(ěr)/開爾文·摩爾
E0為活化能
4.9 在有機分析(xī)中的應(yīng)用
有機分析是一門研究有機化(huà)合物的(de)分離、鑒別及組成結構測定的科學,它(tā)是在有機化學和分析化學的基(jī)礎上發展起來的綜合性學(xué)科。在國民經濟的許多領域都用有機(jī)分析。[3]
波長在190-800nm的電磁光譜對於判斷有機分子中是否存在共軛體係、芳環結構(gòu)及C=C、C=O 、N=N之類的發色團是一個很好的手段。具(jù)有鵂(xiū)繾蛹肮(āng)查釧幕銜鐫謐賢餷星烈的吸收,其摩爾吸光(guāng)係數可達(dá)104-105(而紅外吸收光譜的摩爾吸光係(xì)數一般均小於10 3),因而檢測靈敏度(dù)很高。對(duì)於一些特列類型的結構,可通(tōng)過簡單的數學運算確定最大(dà)吸 收。如果發色團之間(jiān)不(bú)以共軛鍵(jiàn)相(xiàng)連的話,其紫外吸收具有(yǒu)可加性,即總(zǒng)的吸收等於各單獨發色團(tuán)的吸收之和。用此性質曾成功地推(tuī)導出利血平及氯黴素的(de)部分結構。一個複雜分子的結構(gòu),往往可以由(yóu)比較化合物的紫外光(guāng)譜性質而推斷其含有何種發色團,有時還能提供一些立體結構及分子量的一些信息,為(wéi)未知物的剖析提供有(yǒu)用的線索。以下通過一(yī)些實例說明分光光度法在有(yǒu)機分析中的應用。
例11 氯黴素分子中(zhōng)的(de)硝基首先是由它的紫外(wài)光譜而確定的,在紫外(wài)光譜中298nm和278nm處 出現芳香(xiāng)硝基的特征吸收(shōu)。
五圓環酮和羧(suō)酸酯的紅外特征吸收都在1740cm-1附近,難以(yǐ)區別(bié)。但在(zài)紫外光譜中隻有前者在210nm以上有吸收,從(cóng)而得以區別。
例12 利(lì)用紫外(wài)分光光度法進行定量分析時,可將待測試樣的純品配製成一係列標準溶液(yè) ,事先繪製標準曲線,由待(dài)測未知樣品吸光度對照標準(zhǔn)曲線,就可得(dé)到其含量。當未知物樣品為幾種組分,且這組分的雖ax互不重疊(dié),則可用聯立方程(chéng)解之。如複方阿(ā)司匹林( A.P.C)含有三(sān)種組分(fèn):阿司匹林(A)、非那西丁(P)、咖啡(fēi)因(C),阿司匹林和咖啡因的最大吸(xī)收在277nm和275nm,較為接近,必須事先分離,而咖啡因(yīn)和非那西丁的(de)最大吸收相距較 遠,可(kě)用(yòng)聯立方程解之。將待分析的藥片粉(fěn)碎並溶於氯仿中,用4% 的碳酸鈉水溶液萃取兩次,用蒸餾水洗滌一次,合並(bìng)水(shuǐ)層。則阿(ā)司匹林進入水層,非那西丁和咖啡困留在氯仿中。再用氯仿洗滌水層(céng)三(sān)次,進一步提取水層(céng)中殘留的非那西(xī)丁和咖啡因。合並氯仿層,並過(guò)濾(lǜ)到250mL容量瓶(píng)中,用(yòng)氯仿稀釋至刻度。最後移取1mL此液到100mL容量瓶中,用氯仿稀釋至 刻度。取此液在250nm和275nm處測定吸光度。分別(bié)測得為0.795和0.280。水層用稀酸酸化(p H為2),用氯(lǜ)仿萃取(qǔ)後,將(jiāng)萃取液轉入(rù)100mL容量瓶,以氯仿稀釋至刻度(dù),在277nm處測其吸 光度為0.78。通過配製的已知濃度的樣品可求出100mg/L的阿司匹林在277nm處的吸光度為0. 72,可知待測樣品(pǐn)中的阿司匹林的含量為100×0.78/0.72=108mg/L,也就是(shì)10.8mg/100mL, 即藥片含阿司匹林10.8g。對(duì)標準的非那西(xī)丁(dīng)溶液,測(cè)得其比吸光係數為k250=0.0767 L/mg.cm,k275=0.0200L/mg.cm對標準的咖(kā)啡因溶液,測得其比吸光(guāng)係數為k250 =0.0177L/mg.cm,k275=0.0518L/mg.cm由此可列出聯立方程,解得咖啡因濃度為1 .55mg/L,即0.155mg/100mL非那西丁濃度為(wéi)10.1mg/L,即1.01mg/mL,由於未知溶液稀釋了250倍,所以藥片中含非那西丁的量為1.01×250=252mg,含咖啡因的量為0.155×2 50=38.8mg。
同樣,甲苯酚中的甲基和羥基因位置不同(tóng)有鄰、間、對三種異(yì)構體,它們有各自不同的吸收譜帶,可分別在(zài)波長277、273、268nm處測定光度,解(jiě)聯立方程即可算出混(hún)的中各自組分的含量。
例13 通過對兩個有機化合物(以環已(yǐ)烷為溶劑)的紫外光譜比較,發現(Ⅱ)的紫外光譜中26 0nm處的(de)吸收峰與(Ⅰ)的相比大為減弱,從而(ér)表明(míng)空間位阻效應(yīng)的存在。這是由(yóu)於有機化合物(Ⅱ)中分子中心單鍵的鄰位上有了兩個(gè)體積較大的取代基(甲氧基),使兩個苯環以中心鍵 為軸,發生扭(niǔ)曲而不(bú)能處於(yú)同一個平麵內,此時共(gòng)軛關係受到很大影響,故使反應苯環下鍵為特征的260nm處(chù)的吸收就大大減弱了(le)。
例14 在有(yǒu)機化合物(wù)(Ⅲ)中,由於兩個(gè)苯環上相互處於鄰位的四個甲基的位阻效應,使得兩(liǎng)個苯環不能處於同一個平麵內(nèi),其間的共軛關係(xì)被破壞。反映在其紫(zǐ)外光譜上,此化合物(wù)的紫外光譜很近似地等於兩個孤 立的間三甲苯? ? 光譜(pǔ)之和, 而(ér)與二聯苯? 的吸收光譜無關。
例15 製備衍生物也是擴大紫外光譜應用範圍的一個途徑。我們可以利用紫外光譜測定有機 物胺類化合物(RNH2)的分子量。RNH2本身在紫外區是沒有吸收的,但可以利用化學反應製(zhì)備(bèi) 衍(yǎn)生物,引入一個新的共(gòng)軛係統。
反應(yīng)產(chǎn)生的胺苦味酸鹽(1+1加成產物)在(zài)紫外(wài)有吸收。當(dāng)波長為380nm時,大多數的胺苦味酸鹽在95%乙醇中(zhōng)的摩爾吸光度係數大致相同,均在1.344×104,因此我們 就可以從苦味(wèi)酸鹽的乙醇溶液在380nm處的吸收,由公式計算出胺苦味酸鹽的分子量,進而再折成未知胺的分子量(liàng)。
例如,用此方法測定古柯(kē)堿的分子(zǐ)量,將古柯堿苦味酸鹽2.159mg溶於100mL95%乙醇溶液中,在1厘米厚吸收(shōu)池中測得其吸光度為0.550,又知苦味酸的分子量為229,這(zhè)樣就可 以計算出古柯堿(jiǎn)的分(fèn)子量為
M=13440×2.519×10/(1000×0.550)-229=299
按(àn)古柯堿分子式(C11H21O4N)計算的話,其分子量應為303,與此法計算出的分子量的偏差僅為-0.8%。
用(yòng)此方法測定各類化合(hé)物的衍生(shēng)物及分(fèn)子量的有關數據如表1所示。
表1 分光光度法測(cè)各(gè)類化合物分子量的數據
化合物衍生物雖ax(nm)Emax
胺苦味酸(suān)鹽38013440
飽(bǎo)和醇-2,4二硝基苯丙酸酯24214440
醛和(hé)酮2,4二(èr)硝基苯腙36022000
糖脎39720360
乙醇分子中不存在共軛係統,它在波長200-800nm範圍(wéi)內是(shì)沒有吸收的,當乙醇與異氰酸苯酯(Ar-N=C=O)反應後,在波長280nm處就會(huì)出(chū)現較(jiào)強的吸收。
例16 有時很強的吸收會引(yǐn)起幹(gàn)擾作用,象有些(xiē)稠環化(huà)合物對某些波長的吸收就很強,也(yě)可 以采用化學鴟從θコH纈謝銜鏍煬哂腥齟箴鍵,在波長252nm處(chù)有很強的吸收,其摩爾吸光(guāng)係數可(kě)達2×105會對一些在此(cǐ)也有吸收的化合物產生幹擾,我們可以讓 它與丁烯二酸酐發生狄爾斯-阿爾德(Diels-Alder)加成反應:
這(zhè)樣一來,原來三個大鵂查(chá)釹低(dī)塵捅黃蘋盜(dào)耍群(qún)芮康奈(nài)站捅淮蟠蠹躒趿恕£
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