提高紫外—可见吸收光谱教学效果方法初探

韩小茜 张阳

摘 要：紫外—可见吸收光谱（UV-Vis）对于理论研究和实际应用都有很重要的作用。针对UV-Vis教学的重难点，探讨了如何通过实验来帮助学生理解和掌握这部分内容。

关键词：紫外—可见吸收光谱;教学方法;实验

光分析法是基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法，在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可替代的地位。其中，紫外—可见吸收光谱（UV-Vis）具有使用仪器设备比较简单、操作简便、检出限较好、精密度和准确度较高、选择性好的特点，应用范围十分广泛。不仅可进行定量分析，还可利用吸收峰的特性进行定性分析和简单的结构分析，测定一些平衡常数、配合物配位比等;也可用于无机化合物和有机化合物的分析，对于常量、微量、多组分都可测定。然而由于这部分内容涉及的知识面广，对于初学者来说，学会仪器的操作不太难，正真理解和掌握分子结构与特征峰之间的关系难度实在不小，本文简述了个人的一些尝试，与同行探讨。

一、夯实理论基础

电磁波谱、波长与其能量的关系、光谱分析中所涉及的三个基本过程（能源提供能量、能量与被测物之间的相互作用、产生信号）以及方法的基本特点（所有光分析法均包含三个基本过程：选择性测量、不涉及混合物分离、涉及大量光学元器件）是讲授的要点，是学生掌握光谱分析仪器结构特点、组成的基础。通过这部分内容的讲授，可以导出UV-Vis产生的原理、特征峰（信号）与分子结构的内在联系。在讲授特征峰与分子结构的内在联系这一难点重点时，应抓住分子轨道能级的划分及跃迁能级差（E）与共扼体系的特征及光波的波长与能量的关系进行分析，综合考虑空间效应、电子效应及溶剂效应等对分子结构的影响，并通过实验使学生真正掌握UV-Vis与分子结构的关系，灵活分析解决实际问题。

二、实验与理论的有机结合

在讲授UV-Vis时，引出了最大吸收峰的波长（max）和吸收强度。max表征电子能级跃迁时所吸收光子能量的大小，它反映分子中共扼体系的状况，是UV-Vis中检测分子结构的主要依据。如何更好地理解分子结构与吸收强度的关系，以及共轭体系大小与max的关系呢？我们以苯、甲苯、联苯和萘为例设计了一个实验，苯有三个吸收带分别为E1带（最大吸收波长为180nm，摩尔吸光系数为55000）、E2带（最大吸收波长为203nm，摩尔吸光系数为7400）和B吸收带（最大吸收波长为254nm，摩尔吸光系数为205），甲苯为甲基取代苯，各吸收带略微红移（E2带最大吸收波长为208nm，摩尔吸光系数为2460;B带最大吸收波长为262nm，摩尔吸光系数为250）、联苯及萘它们的共轭体系比较大，红移明显。如联苯E2带信号强，将B带掩盖（E2带最大吸收波长为247nm，摩尔吸光系数为20000），萘（E1带最大吸收波长为220nm，摩尔吸光系数为100000;E2带最大吸收波长为275nm，摩尔吸光系数为10000;B带最大吸收波长为310nm，摩尔吸光系数为650）在220nm处信号最强，在275nm处也有一个强信号。

我们要求学生先在254nm、270nm和310nm四个波长下测定相同浓度的苯、甲苯、联苯和萘标准溶液（浓度分别为0.01 g/L、0.05 g/L、0.1g/L）的吸光度（仪器型号为752N紫外可见分光光度计;波长范围200～800nm;吸光度测量范围0.000～1.999A）。

通过这个实验结果，有意识地让学生从实验中提出一些问题，带着问题学习基础理论：

（1）苯环上烷基取代，对吸收带影响较小，从实验数据上可以看到，所测数据呈现相同规律，最大吸收波长相近，苯为256nm，甲苯为262nm。

（2）联苯相较于苯，两个苯环处于同一平面上，扩展了共轭体系，吸收带红移，当样品浓度为0.01g/L时，在最大吸收波长248nm处，吸光度值为1.006，而在254nm处为0.928，此吸收为红移的E2带，吸收强度大，将B带掩盖;当浓度为0.05g/L时，248nm及254nm吸光度超过仪器测量范围;当浓度为0.1g/L时，248nm、254nm及270nm吸光度超过仪器测量范围，样品经稀释后测到吸光度值。

（3）萘的共轭体系更大，E1带、E2带和B吸收带均红移，我们所测波长在E2带附近，当浓度为0.1g/L时，254nm及270nm吸光度超过仪器测量范围。在此基础上，让学生思考萘的E1带在220nm处，在所测三个浓度下，其吸光度值会是什么结果，并让他们动手再测，结果样品经稀释后测到吸光度值。实践与理论有机结合，学生学会观察问题、分析问题和解决问题，获得了较好的教学实验效果。

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