紫外—可见光谱实验报告

一、  实验目的

1、   学会使用UV-2550型紫外-可见光分光光度计。

2、   掌握紫外—可见分光光度计的定量分析方法。

3、   学会利用紫外可见光谱技术进行有机化合物特征和定量分析的方法。

二、实验原理

基于物质对200-800nm光谱区辐射的吸收特性建立起来的分析测定方法称为紫外—可见吸收光谱法或紫外—可见分光光度法。紫外—可见吸收光谱是由分子外层电子能级跃迁产生，同时伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁，因此吸收光谱具有带宽。紫外—可见吸收光谱的定量分析采用朗伯-比尔定律，被测物质的紫外吸收的峰强与其浓度成正比，即：

其中A是吸光度，I、I0分别为透过样品后光的强度和测试光的强度，ε为摩尔吸光系数，b为样品厚度，c为浓度。

紫外吸收光谱是由于分子中的电子跃迁产生的。按分子轨道理论，在有机化合物分子中这种吸收光谱取决于分子中成键电子的种类、电子分布情况，根据其性质不同可分为3种电子：（1）形成单键的σ电子 ；（2）形成不饱和键的π电子 ；（3）氧、氮、硫、卤素等杂原子上的未成键的n电子 。

图1. 基团中的σ，π，n成键电子

当它们吸收一定能量ΔE后，将跃迁到较高的能级，占据反键轨道。分子内部结构与这种特定的跃迁是有着密切关系的，使得分子轨道分为成键σ轨道、反键σ*轨道、成键π轨道、反键 π* 轨道和n轨道，其能量由低到高的顺序为：σ＜π

图2.分子轨道中的能量跃迁示意图

仪器原理是光源发出光谱，经单色器分光，然后单色光通过样品池，达到检测器，把光信号转变成电信号，再经过信号放大、模/数转换，数据传输给计算机，由计算机软件处理。

三、仪器与溶液准备

1、   UV-2550型紫外—可见分光光度计

2、   1cm石英比色皿一套

3、   UVprobe电脑软件

4、   配置好的10μg/mL、15μg/mL、20μg/mL以及未知浓度的甲基紫溶液，甲基红溶液

5、   仪器的基本构成：

紫外可见分光光度计的基本结构如下：

四、实验步骤

1、打开电源，开启紫外—可见分光光度计上的开关，打开电脑上的UVprobe软件，让其自检，约5min后，对仪器相关参数设置。设置波长范围为710-365nm，高速检测，间隔为0.5nm。

2、空白对比实验。取一定量的蒸馏水装进1cm石英比色皿至2/3，在Win-UV 主显示窗口下，单击所选图标“基线”以扫描蒸馏水的测定吸收曲线。

3、分别用取10μg/mL、15μg/mL、20μg/mL的甲基紫溶液装进石英比色皿中放到紫外—可见分光光度计中，获得波长-吸收曲线，读取最大吸收的波长数据和吸光度 (每次测量完成后注意保存数据) 。得到其标准图谱。

4、同样的方法测定未知浓度的甲基紫溶液的最大吸收波长数据。并与标准图谱相对照。

5、用同样的方法以乙醇为空白对比溶剂测甲基红的最大吸收波长数据。

6、数据处理和分析。

7、结果与讨论。

五、实验数据处理

1．实验数据记录

将实验数据用excel作图可得到甲基紫和甲基红的紫外可见分光波谱图，分别如图3和图4.

图3.实验1标准溶液的紫外可见分光波谱图

图4，实验2的紫外可见分光波谱图

2.实验数据处理

(1)由实验1所得的可见分光波谱图可知，该溶液的最大吸收波长为580nm，查相关资料知，该溶液为甲基紫。实验2所得的最大吸收波长为410nm，查相关资料知，实验2的溶液为甲基红。

(2)将波长为580nm时不同浓度的甲基紫溶液的吸光度列出如表1。

表1，不同浓度的甲基紫溶液最大吸光度数据

将上述表格中的数据通过excel作图，得到如图3的图像和函数，函数为A=0.1337c，而所测未知溶液的最大吸收波长为580nm，断定其为甲基紫溶液，它的吸光度为0.732，带入函数或者查图，可知未知的甲基紫溶液的浓度为5μg/mL。

图5，甲基紫吸光度与浓度的关系曲线

六、分析与讨论

1、从实验结果中可得，所测的未知样品为甲基紫溶液，且其浓度为5μg/mL。

2、从甲基紫及甲基红的结构中可看出，在λmax处的吸收峰为共轭体系的吸收，由于甲基紫的共轭体系较大，所以甲基紫的λmax比甲基红的λmax要大。

3、绘制的标准曲线中，拟合成直线后R² = 0.9954，具有很高的可信度，所以可以通过直接代入未知样品的ABS值求得其浓度。

七、思考题

根据物质吸收曲线，思考如何利用紫外吸收光谱做定性分析？

答：紫外吸收光谱为有机化合物的定性分析提供了有用的信息。其方法是将未知试样和标准品以相同浓度配制在相同的溶剂中，在分别测绘吸收光谱，比较二者是否一致也可将未知试样的吸收光谱与标准图谱，如萨特勒紫外吸收光谱图相比较，如果吸收光谱完全相同，则一般可以认为两者是同一种化合物。但是，有机化合物在紫外区的吸收峰较少，有时会出现不同的结构，只要具有相同的生色团，它们的最大吸收波长lmax相同，然而其摩尔吸光系数e或比吸光系数值是有差别的因此需利用lmax和lmax处的e或等数据作进一步比较。

在没有紫外吸收光谱峰的物质中检查含高吸光系数的杂质是紫外吸收光谱的重要用途之一。如乙醇中杂质苯的检查，只需测定256 nm处有无苯的吸收峰即可。因为在这一波段，主成分乙醇无吸收峰。

在测绘比较用的紫外吸收光谱图时，应首先对仪器的波长准确性进行检查和校正。还必须采用相同的溶剂，以排除溶剂的极性对吸收光谱的影响。同时还应注意pH值、温度等因素的影响。在实际应用时，应注意溶剂的纯度。

但应注意紫外—可见吸收光谱对无机元素的定性分析应用较少。它主要适用于不饱和有机化合物，尤其是共轭体系的鉴定，以此推断未知物的骨架结构。在配合红外光谱、核磁共振谱、质谱等进行定性鉴定和结构分析中，是一个十分有用的辅助方法。

 

第二篇：紫外吸收光谱实验报告

利用紫外吸收光谱检查物质纯度

紫外-可见分光光度法测定水中苯酚含量

一、实验目的

1．学会使用Cary50型紫外-可见分光光度计

2．掌握紫外-可见分光光度计的定量分析方法 

二、原理简介

紫外-可见吸收光谱是由分子外层电子能级跃迁产生，同时伴随着分子的振动能级和转动能级的跃迁，因此吸收光谱具有带宽。紫外-可见吸收光谱的定量分析采用朗伯-比尔定律，被测物质的紫外吸收的峰强与其浓度成正比，即：

其中A是吸光度，I、分别为透过样品后光的强度和测试光的强度，为摩尔吸光系数，b为样品厚度。

由于苯酚在酸、碱溶液中吸收波长不一致（见下式），实验选择在碱性中测试，选择测试的波长为288nm左右，取紫外-可见光谱仪波长扫描后的最大吸收波长。

Cary50是瓦里安公司的单光束紫外-可见分光光度计。仪器原理是光源发出光谱，经单色器分光，然后单色光通过样品池，达到检测器，把光信号转变成电信号，再经过信号放大、模/数转换，数据传输给计算机，由计算机软件处理。

三、仪器与溶液准备

1、Cary50型紫外-可见分光光度计

2、1cm石英比色皿一套

3、25 ml容量瓶5只，100 ml容量瓶1只，10ml移液管二支

配置250 mg/L苯酚的标准溶液：准确称取 0.0250 g苯酚于 250 mL烧杯中，加入去离子水20 mL使之溶解，加入0.1M NaOH 2mL，混合均匀，移入 100 mL容量瓶，用去离子水稀释至刻度，摇匀。

取5只25 mL容量瓶，分别加入 1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL苯酚标准溶液，用去离子水稀释至刻度摇匀， 作为标准溶液系列。

将溶剂，标准溶液，待测水样依此装入石英比色皿。按测试程序的提示，依次放入样品室中进行测试。

四、测试过程

1、确认样品室内无样品

2、开电脑进入Window 系统

3、点击进入Cary50 主菜单

4、双击 Cary-WinUV图标

5、在Win-UV 主显示窗口下，双击所选图标“SCAN”以扫描测定吸收曲线：取上述标准系列任一溶液装进 1cm石英比色皿至4/5，以装有蒸馏水的1cm石英比色皿作为空白参比，设定在 220－350 nm波长范围内扫描，获得波长-吸收曲线，读取最大吸收的波长数据。

6、在Win-UV 主显示窗口下，双击图标“Concentration”进入定量分析主菜单

7、设定测试分析步骤:

（l）单击 Setup功能键，进入参数设置页面。在Wavelength处填入由步骤5获取的波长数据。

（2）按Cary Control 、Standards、Options、Samples、Reports、Auto  store顺序，分别设置好菜单中每页的参数。按OK回到“Concentration”界面主菜单。

（3）单击View莱单，选择需要显示的内容。

例如基本选项Toolbar，buttons，Graphics，Report。

（4）单击Zero，提示“Load blank press OK to read” (放空白按OK读)，放入空白蒸馏水到样品室内，按OK测试，测完取出样品。

（5）单击 Start, 出现标准／样品选择页。选Selected for Analysis（选择分析的标准和样品）。此框的内容为准备分析的标准和样品。

（6）按OK进行分析测试。

依Presentstdl的提示：放入标准1然后按OK键进行读数。放标准2按OK进行读数。直到全部标准读完。

（7）出现“Present Samplel Press OK to read”提示框，根据提示，放入样品1按OK开始读样品，直到样品测完。

（8）可点击Save Method AS保存此方法，以后可以从Open Method调用此方法。从标准曲线读出水样中苯酚的含量（mg／L），测试数据采用点击Save Data AS 保存。

五、实验数据处理

所测未知溶液吸光度为0.315，查上表可知起浓度为17mg／L

六、问题与讨论

1、为什么紫外-可见光谱定量分析的准确度比红外光谱高？

2、为获得准确数据，在使用分光光度计时，哪些操作必不可少？