韓小茜 張陽

摘 要：紫外—可見吸收光譜（UV-Vis）對(duì)于理論研究和實(shí)際應(yīng)用都有很重要的作用。針對(duì)UV-Vis教學(xué)的重難點(diǎn)，探討了如何通過實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解和掌握這部分內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：紫外—可見吸收光譜;教學(xué)方法;實(shí)驗(yàn)

光分析法是基于電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法，在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有其他方法不可替代的地位。其中，紫外—可見吸收光譜（UV-Vis）具有使用儀器設(shè)備比較簡單、操作簡便、檢出限較好、精密度和準(zhǔn)確度較高、選擇性好的特點(diǎn)，應(yīng)用范圍十分廣泛。不僅可進(jìn)行定量分析，還可利用吸收峰的特性進(jìn)行定性分析和簡單的結(jié)構(gòu)分析，測(cè)定一些平衡常數(shù)、配合物配位比等;也可用于無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的分析，對(duì)于常量、微量、多組分都可測(cè)定。然而由于這部分內(nèi)容涉及的知識(shí)面廣，對(duì)于初學(xué)者來說，學(xué)會(huì)儀器的操作不太難，正真理解和掌握分子結(jié)構(gòu)與特征峰之間的關(guān)系難度實(shí)在不小，本文簡述了個(gè)人的一些嘗試，與同行探討。

一、夯實(shí)理論基礎(chǔ)

電磁波譜、波長與其能量的關(guān)系、光譜分析中所涉及的三個(gè)基本過程（能源提供能量、能量與被測(cè)物之間的相互作用、產(chǎn)生信號(hào)）以及方法的基本特點(diǎn)（所有光分析法均包含三個(gè)基本過程：選擇性測(cè)量、不涉及混合物分離、涉及大量光學(xué)元器件）是講授的要點(diǎn)，是學(xué)生掌握光譜分析儀器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組成的基礎(chǔ)。通過這部分內(nèi)容的講授，可以導(dǎo)出UV-Vis產(chǎn)生的原理、特征峰（信號(hào)）與分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。在講授特征峰與分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系這一難點(diǎn)重點(diǎn)時(shí)，應(yīng)抓住分子軌道能級(jí)的劃分及躍遷能級(jí)差（E）與共扼體系的特征及光波的波長與能量的關(guān)系進(jìn)行分析，綜合考慮空間效應(yīng)、電子效應(yīng)及溶劑效應(yīng)等對(duì)分子結(jié)構(gòu)的影響，并通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生真正掌握UV-Vis與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，靈活分析解決實(shí)際問題。

二、實(shí)驗(yàn)與理論的有機(jī)結(jié)合

在講授UV-Vis時(shí)，引出了最大吸收峰的波長（max）和吸收強(qiáng)度。max表征電子能級(jí)躍遷時(shí)所吸收光子能量的大小，它反映分子中共扼體系的狀況，是UV-Vis中檢測(cè)分子結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。如何更好地理解分子結(jié)構(gòu)與吸收強(qiáng)度的關(guān)系，以及共軛體系大小與max的關(guān)系呢？我們以苯、甲苯、聯(lián)苯和萘為例設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，苯有三個(gè)吸收帶分別為E1帶（最大吸收波長為180nm，摩爾吸光系數(shù)為55000）、E2帶（最大吸收波長為203nm，摩爾吸光系數(shù)為7400）和B吸收帶（最大吸收波長為254nm，摩爾吸光系數(shù)為205），甲苯為甲基取代苯，各吸收帶略微紅移（E2帶最大吸收波長為208nm，摩爾吸光系數(shù)為2460;B帶最大吸收波長為262nm，摩爾吸光系數(shù)為250）、聯(lián)苯及萘它們的共軛體系比較大，紅移明顯。如聯(lián)苯E2帶信號(hào)強(qiáng)，將B帶掩蓋（E2帶最大吸收波長為247nm，摩爾吸光系數(shù)為20000），萘（E1帶最大吸收波長為220nm，摩爾吸光系數(shù)為100000;E2帶最大吸收波長為275nm，摩爾吸光系數(shù)為10000;B帶最大吸收波長為310nm，摩爾吸光系數(shù)為650）在220nm處信號(hào)最強(qiáng)，在275nm處也有一個(gè)強(qiáng)信號(hào)。

我們要求學(xué)生先在254nm、270nm和310nm四個(gè)波長下測(cè)定相同濃度的苯、甲苯、聯(lián)苯和萘標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度分別為0.01 g/L、0.05 g/L、0.1g/L）的吸光度（儀器型號(hào)為752N紫外可見分光光度計(jì);波長范圍200～800nm;吸光度測(cè)量范圍0.000～1.999A）。

通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有意識(shí)地讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中提出一些問題，帶著問題學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論：

（1）苯環(huán)上烷基取代，對(duì)吸收帶影響較小，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上可以看到，所測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相同規(guī)律，最大吸收波長相近，苯為256nm，甲苯為262nm。

（2）聯(lián)苯相較于苯，兩個(gè)苯環(huán)處于同一平面上，擴(kuò)展了共軛體系，吸收帶紅移，當(dāng)樣品濃度為0.01g/L時(shí)，在最大吸收波長248nm處，吸光度值為1.006，而在254nm處為0.928，此吸收為紅移的E2帶，吸收強(qiáng)度大，將B帶掩蓋;當(dāng)濃度為0.05g/L時(shí)，248nm及254nm吸光度超過儀器測(cè)量范圍;當(dāng)濃度為0.1g/L時(shí)，248nm、254nm及270nm吸光度超過儀器測(cè)量范圍，樣品經(jīng)稀釋后測(cè)到吸光度值。

（3）萘的共軛體系更大，E1帶、E2帶和B吸收帶均紅移，我們所測(cè)波長在E2帶附近，當(dāng)濃度為0.1g/L時(shí)，254nm及270nm吸光度超過儀器測(cè)量范圍。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生思考萘的E1帶在220nm處，在所測(cè)三個(gè)濃度下，其吸光度值會(huì)是什么結(jié)果，并讓他們動(dòng)手再測(cè)，結(jié)果樣品經(jīng)稀釋后測(cè)到吸光度值。實(shí)踐與理論有機(jī)結(jié)合，學(xué)生學(xué)會(huì)觀察問題、分析問題和解決問題，獲得了較好的教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果。

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