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紫外吸收光谱法测定苯甲酸


紫外吸收光谱法测定苯甲酸 山梨酸和未知物
化学生物系 吴 丹

一、实验目的
1 通过实验了解苯甲酸,山梨酸的紫外吸收特征,并利用这些 特征对未知物进行定性鉴定。 2 通过测定有机化合物紫外吸收光谱,掌握鉴别化合物中发色 团及其化合物类型的方法。 3 掌握有机化合物结构与紫外吸收光谱之间内在联系的规律。

二、实验原


1 电磁波谱范围表
光谱名称 X射线 远紫外光 紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 微波 无线电波 波长范围 0.01--10 nm 10--200 nm 200-- --400 nm -- 400-- --750 nm -- 0.75--2.5 ?m 2.5--5.0 ?m 5.0-- 1000 ?m 0.1--100 cm 1--1000 m 跃迁类型 K和L层电子 中层电子 价电子 价电子 分子振动 分子振动 分子转动和低位振动 分子转动 分析方法 X射线光谱法 真空紫外光谱法 紫外光度法 比色及可见光度法 近红外光谱法 中红外光谱法 远红外光谱法 微波光谱法 核磁共振光谱法

2

用紫外或可见光照射含有共轭结构的不饱和化合物 共轭结构的不饱和化合物时,分子中的 共轭结构的不饱和化合物

价电子会从基态向激发态跃迁,此时,电子吸收了某一波长的紫外(可 见)光。能级跃迁所需的能量与被吸收的紫外(可见)光波长之间的关 系,可按下式计算: E = hf = hc / λ

式中: h---普郎克常数 △E—电子能级的能量差(KJ·mol-1) f , λ—被吸收光的频率和波长

电子跃迁主要有σ→σ* ,n→σ*, π→π*, n→π* 四种形式,它们跃迁所需能量大小为: σ→σ* > n→σ* ≥ π→π* > n→π* 其中σ→σ* 及n→σ* 的跃迁能量大,吸收的光 的波长落在真空紫外部分,而n→σ* 和共轭体系 π→π* 跃迁能量较小,落在紫外可见光的范围内。

3 有机化合物的紫外波谱性质
有机化合物的紫外吸收光谱具有少数几个宽的吸收带,缺乏精细结 构,它只能反映分子中生色团和助色团(生色基团就是可以吸收光子而 生色基团就是可以吸收光子而 产生跃迁的原子基团, 产生跃迁的原子基团,主要指化合物分子内能吸收紫外及可见光的原子 基团。助色基团是指含有未成对电子的非生色基团。 基团。助色基团是指含有未成对电子的非生色基团。当它与某一生色基 团相连时,能使该生色基团的吸收波长位置向长波方向移动且光谱强度 团相连时, 有所增大) 有所增大)及附近的结构特征,而不能反映整个分子的特征。 。 因此紫外光谱可用于判别有机化合物中发色团和助色团的种类、位 置、数目,以及区别饱和与不饱和化合物,测定分子中共轭程度等。但 是仅依靠紫外光谱来推断未知化合物的结构是困难的。

4 苯甲酸与山梨酸的性质与用途
苯甲酸别名安息香酸,白色单斜晶系片状或针状结晶体,略带安息 香或苯甲醛气味。熔点122.4 ℃.在100℃时迅速升华,它的蒸气有很强 的刺激性,吸入后易引起咳嗽。苯甲酸在常温下微溶于水,石油醚,但 溶于热水,水溶液呈酸性;易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂,也溶于非挥发 性油。对霉菌,酵母和细菌等有较好的抑制作用,因而对微生物有强烈 毒性,但对人体毒害不明显。 苯甲酸及其钠盐可用作乳胶、牙膏、果酱或其他食品的抑菌剂 防 抑菌剂和防 抑菌剂 腐剂,也可作染色和印色的媒染剂。 腐剂

苯甲酸具有环状共轭结构,在波长 228nm 和272nm 处有 E吸收带和B 吸收带 (芳香族化合物的特征吸收 ; 芳香族化合物的特征吸收) 芳香族化合物的特征吸收

山梨酸(2,4-己二烯酸)无色针状结晶或白色结晶性粉末,无嗅或稍 带刺激性臭味。分子量112.13。熔点132-135℃。沸点228℃(分解)。微溶于 水。溶于有机溶剂。对光、热稳定,但在空气中长期放置易被氧化着色。 用途:化妆品防腐剂。属有机酸类防腐剂。添加量一般在0.5%以下。防 腐活性与溶液pH值有密切关系。当溶液pH值为4时,离解率为14%,当pH 值为6时,离解率即高达94%。因此通常在酸性范围内(pH值4.0-5.5)使用。 在pH值为8以下防腐和杀毒作用稳定,毒性低,我们常用其钾盐作为食品防 食品防 腐剂。 腐剂 山梨酸CH3-CH=CH-CH=CH-COOH,具有α,β-不饱和羰基结构,在波 长250 nm 处有π→π* 跃迁的K 吸收带。

利用紫外吸收光谱鉴定有机物,其主要依据是化合物的吸收光谱特 征,如吸收曲线的形状,吸收峰数目以及各吸收峰波长及摩尔吸收系数 等。 一般来说同一化合物浓度不同时,光吸收曲线形状相同, 一般来说同一化合物浓度不同时,光吸收曲线形状相同,最大吸收 波长不变,只是相应的吸光度大小不同。 波长不变,只是相应的吸光度大小不同。 本实验将通过测定苯甲酸、山梨酸及未知物的紫外吸收光谱,根据 它们的紫外吸收光谱特征鉴定未知物是苯甲酸还是山梨酸。

三、实验技能
1、容量瓶的使用 、 (1)使用前检漏: 加水至标线附近,盖好瓶塞后,左手用食指按住塞子,其余手指拿住瓶颈标线以上部 分,右手指尖托住瓶底,将瓶倒立 分钟 倒立2分钟 转动瓶塞180°,再倒立 倒立 分钟,如不漏水,将瓶直立,转动瓶塞 转动瓶塞 ° 2分钟 分钟,如不漏可使用。(使用中,玻璃塞不应放在桌面上,以免玷污,操作时可用一手 分钟 的食指和中指夹瓶塞的扁头,当操作结束后随手将瓶盖盖上,也可用橡皮筋或细绳将瓶塞 系在瓶颈上)。 (2)洗涤: 一般先用自来水洗,最后用蒸馏水水洗3次备用。 (3)定量稀释溶液: 用移液管移取一定体积的溶液于容量瓶中,加水至距标线约 加水至距标线约1cm处,等1~2分钟 分钟,使 加水至距标线约 处 ~ 分钟 附在瓶颈内壁的溶液流下后,再用滴管滴加水至弯液面下缘与标线相切,然后盖上瓶塞, 左手用食指按住塞子,其余手指拿住瓶颈标线以上部分,右手指尖托住瓶底,将容量瓶倒 转,使气泡上升到顶,使瓶振荡,正立后再次倒转进行振荡,如此反复15~20次以上,使 瓶内溶液混合均匀。

2、移液管的使用 、 (1)洗涤 (2)润洗 使用前用吸水纸将尖端内外的水除去 吸水纸将尖端内外的水除去,然后用待吸液润洗三次:左手持洗耳球,右手 吸水纸将尖端内外的水除去 拇指和中指拿住标线以上部分,将移液管管尖插入约溶液1~2cm,将待吸液吸至球部 吸至球部1/4 吸至球部 处,移出,荡洗,弃去(切记从尖口放出 从尖口放出,应保持上管口和食指干燥)。 从尖口放出 (3)移液: 左手持洗耳球,右手拇指和中指拿住标线以上部分,将移液管管尖插入约溶液 ~2cm, 移液管管尖插入约溶液1~ 移液管管尖插入约溶液 将待吸液吸至标线以上,迅速移去洗耳球,同时用右手食指堵住管口,左手改拿盛待吸液 的容器。然后,将移液管往上提起,使之离开液面,并将原深入溶液部分沿容器内部轻转 两圈,以除去管壁上的溶液。使容器倾斜 度,其内壁与移液管尖紧贴,同时右手食指微 容器倾斜45度 容器倾斜 微松动,使液面缓慢下降,直到管内溶液的弯月面与标线相切,这时应立即用食指按紧管 口,停留15秒左右,移开待吸液容器,左手改拿接受溶液的容器,并将接受容器倾斜,使 秒 内壁紧贴移液管尖,成45度左右,然后放松右手食指,使溶液自然顺壁流下,待液面下降 度 到管尖后,等15秒左右,移出移液管。(除特别注明,管尖残留溶液不吹入接受容器中)。 秒

3 . 9100型紫外可见分光光度计操作规范 型紫外可见分光光度计操作规范
①开机 关好样品室门,打开仪器电源开头,预热10分钟。将左边紫外灯开关打开,并将后背 的扳手打到“UV”处。 ②测量 A 调节波长旋钮,使波长显示窗显示所需波长值。 B 将挡光板、装有空白液和样品的比色皿(注意:拿住比色皿的毛玻璃面,四面透光的石 英比色皿应拿斜对角;比色皿内的溶液面高度约为比色皿高度的2/3不应低于25毫米且每 次量相当;比色皿的透光部分表面不能有指印、溶液痕迹;用镜头纸擦比色皿时,应按一 个方向从上往下擦。)放入样品室中(注意:不要硬塞以免刮伤比色皿,比色皿不能放在 仪器面板上),关闭样品室门。 C 拉动拉手将挡光板置于光路中,按0%键,等待显示T:0.0%;A:3.000(理论值为∞) D 拉动拉手将空白液置于光路中,按100%键,等待显示T:100.0%;A:0.000 E 拉动拉手将待测溶液置于光路中,则显示器上显示样品的吸光度值。 ③关机 测量完毕,先检查样品室内是否有溶液洒落,若有应将溶液用滤纸擦干后再关好样品 室门,关闭仪器电源开关,拔下插头。特别强调实验完毕,比色皿应用自来水与蒸馏水冲 洗干净,以免染色。

四、实验仪器与试剂
1 仪器
UV-9100紫外可见分光光度计 容量瓶(50ml) 烧杯(250ml) 洗耳球 玻璃比色皿(1cm) 洗瓶

吸量管(1ml, 2ml, 5ml, 10ml)

2 试剂
山梨酸 苯甲酸 乙醇 未知物

五、实验内容
1 配制溶液 取10 mg苯甲酸,用乙醇溶解,移入100 mL容量瓶中,用乙醇定容 (实验室已配好 实验室已配好)。吸取该溶液0.50 mL ,用乙醇稀释至25 mL ,此溶 实验室已配好 液浓度为2×10-3 mg·mL-1。 同上方法分别配制浓度为2×10-3 mg·mL-1 的山梨酸及未知物的乙醇溶液。 2 测定和纪录 用1cm 比色皿,以乙醇为参比 乙醇为参比,在波长210---310 nm的范围,分别 乙醇为参比 测定苯甲酸、山梨酸和未知物三种溶液的紫外吸收光谱。

表1 苯甲酸吸收曲线的测定
波长 (nm) 吸光 度(A) 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300

波长 (nm) 吸光 度(A)

310

从吸收曲线上确定苯甲酸的最大波长λmax = ?? nm

表2 山梨酸吸收曲线的测定
波长 (nm) 吸光 度(A) 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310

波长 (nm) 吸光 度(A)

从吸收曲线上确定山梨酸的最大波长λmax = ?? nm

表3 未知物吸收曲线的测定
波长 (nm) 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300

吸光 度(A)

波长 (nm)

310

吸光 度(A)

吸光度(A)从吸收曲线上确定未知物的最大波长λmax = 所以该化合物为???

nm

六、数据处理 1 利用谱图进行定性分析
从紫外光谱仪上读出各波长的吸光度,以波长 为横坐标,吸光度为纵坐标作图,就得紫外吸收光 谱图。由光谱图可定出λmax ,并将未知物谱图与 已知化合物的谱图对照,推测未知物为苯甲酸或山 梨酸。


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