1、朝 陽 科 技 大 學 應 用 化 學 系101 學 年 度 應 用 化 學 實 驗 報 告實 驗 7 顏色的起源-雙苯多烯染料紫外/ 可見光譜的應用實 驗 日 期 民國 102 年 3 月 27 日 溫 度 ： 壓 力 ： mmHg姓 名 學 號 負 責 分 工1.郭美均 99190172.游蕙綺 9919009第 六 組3.王孟珮 9919117繳 交 日 期 繳 交 記 錄 評 分預習報告結果報告實驗 7.數據紀錄實驗日期：2013/3/27 ；溫度： 25 ；壓力： 749 mmHg1. 條列各溶液之配置過程。詳列算式，計算各雙苯多烯染料溶液之濃度。製表：配製各溶液時各成分實際使用之重
2、量或體積之數值及實際濃度。所有樣品請遵循數據紀錄中之樣品編號逐一記錄。表一染料溶液的配製染料 原始濃度 (M) 稀釋用溶劑體積 (mL) 樣品濃度 (M) 原始濃度吸收值 (A)DPB 2.346210-4 16.6237 7.86110-5 2.74697DPH 2.134910-4 17.3740 6.51210-5 3.04177DPO 2.150710-4 12.132 1.10710-4 3.13253Beers law 公式： A = bc A = 吸收值 = 莫耳吸收值b = 樣品槽寬度 1.0 cmc = 體積莫耳濃度M1V1 = M2V2 M1 = 原始濃度 M2 = 樣品濃
3、度 V2 = 25.0 mL莫耳吸收值：DPB：2.74697 = 1 (2.346210 -4) = 11708.1664DPH：3.04177 = 1 (2.134910 -4) = 14247.8336DPO：3.13253 = 1 (2.150710 -4) = 14565.1648樣品濃度：DPB：0.920437 = 11708.1664 1 c c = 7.86110-5DPH：0.927831= 14247.8336 1 c c = 6.51210-5DPO： 1.6127 =14565.1648 1 c c = 1.10710-4稀釋用溶劑體積：DPB：2.346210 -4
4、 V1 = 7.86110-5 25 V1 = 8.376 25 8.376 = 16.6237 mLDPH：2.134910 -4 V1 = 6.51210-5 25 V1 = 7.626 25 7.626 = 17.3740 mLDPO：2.150710 -4 V1 = 1.10710-4 25 V1 =12.868 25 12.868 =12.132 mL2. 雙本多烯染料紫外光/可見光譜實驗結果。(i) 整理呈現各染料之圖譜，圖上記錄染料編號、結構式(共軛鍵位置)、濃度及最大吸收波長。可將各光譜集合於一以疊圖方式呈現。表二N0 名稱 結構 共軛鍵數 濃度(M) 最大吸收波長(nm)11
5、,4-diphenyl-1,3-butadiene(DPB)5 7.86110-5 34721,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene(DPH)7 6.51210-5 37231,8-diphenyl-1,3,5,7-octatetraene(DPO)9 1.10710-4 396：為共軛鍵位置250 300 350 400 450 500-0.200.20.40.60.811.21.4DPB吸 收 光 譜DPB吸收光譜波長(nm)吸收值250 300 350 400 450 500-0.200.20.40.60.811.21.4DPH吸 收 光 譜DPH吸收光譜波長(nm)吸
6、收值圖一1,4-diphenyl-1,3-butadiene 紫外線吸收光譜 max = 347 nmsample 可能受汙染DPB 吸收光譜，波長(nm)為 X 軸、吸收值為 Y 軸，DPB 最大吸收波長等於 347 nm。圖二1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene 紫外線吸收光譜 max = 372 nmDPH 吸收光譜，波長(nm)為 X 軸、吸收值為 Y 軸，DPH 最大吸收波長等於 372 nm。250 300 350 400 450 500-0.200.20.40.60.811.21.41.61.82DPO吸 收 光 譜DPO吸收光譜波長(nm)吸收值250 3
7、00 350 400 450 500-0.200.20.40.60.811.21.41.61.82DPB吸 收 光 譜DPH吸 收 光 譜DPO吸 收 光 譜DPO吸收光譜波長(nm)吸收值圖三 1,8-diphenyl-1,3,5,7-octatetraene 紫外線吸收光譜 max = 396 nmDPO 吸收光譜，波長(nm)為 X 軸、吸收值為 Y 軸，DPO 最大吸收波長等於 396 nm。圖四 UV Spectra, DPB、DPH、DPO 吸收光譜之疊圖波長(nm)為 X 軸、吸收值為 Y 軸(ii) 根據 Beers law 計算各染料之莫耳吸收係數 ()。Beers law
8、公式：A = bc A = 吸收值 = 莫耳吸收值b = 樣品槽寬度 1.0 cmc = 體積莫耳濃度DPB：2.74697 = 1 (2.346210 -4) = 11708.1664 (M-1 cm-1)DPH：3.04177 = 1 (2.134910 -4) = 14247.8336 (M-1 cm-1)DPO：3.13253 = 1 (2.150710 -4) = 14565.1648 (M-1 cm-1)(iii) 根據光譜圖中顯示之 max 求各染料之 Lexperiment 值。公式：L experiment = = 電子質量 ( = 9.1110-31 kg )(22) 8
9、= 光速 ( = 2.998108 ms-1 ) = Plank 常數( = 6.62610 -34 Js) max = 最高吸收波長= 最低未佔滿軌域= 最高佔滿軌域DPB：L experiment = = 7.253610-10 =0.72536 (3222)6.62610343471098(9.111031)(2.998108)nmDPH：L experiment = =8.886410-10 =0.88864 (4232)6.62610343721098(9.111031)(2.998108)nmDPO：L experiment = =1.039610-9 =1.0396 nm(524
10、2)6.62610343961098(9.111031)(2.998108)(iv) 依苯環共軛鍵長為基準，估計各染料共軛系統之長度 Lestimate 值。公式：L estimate = 苯環共軛鍵數 鍵長 ( 1.39 )DPB：L estimate = 5 1.3910-10 = 6.9510-10 = 0.695 nmDPH：L estimate = 7 1.3910-10 = 9.7310-10= 0.973 nmDPO：L estimate = 9 1.3910-10 = 1.25110-10= 1.251 nm(v) 作表記錄各染料之實驗結果與計算結果。表三紫外光譜實驗數據染料
11、max (nm) 顏色 濃度(M) 莫耳吸收係數 實驗濃度的吸收值 Lexperiment LestimateDPB 347 透明 7.86110-5 11708.1664 0.920437 0.72536 0.695DPH 372 透明 6.51210-5 14247.8336 0.927831 0.88864 0.973DPO 396 透明 1.10710-4 14565.1648 1.6127 1.0396 1.2513. 比較 Lexperiment 和 Lestimate 之差異。討論差異原因。Lestimate 是估計共軛系統中的長度，也就是電子可移動的長度，再依據苯環中單一個共軛
12、鍵的鍵長為 1.39 乘上共軛鍵鍵數，例如： DPB 的共軛鍵數為 5 則 Lestimate= 5 1.39 =0.695 nm。明顯的實驗結果出來 Lexperiment 值還大上些許，這是因為我們所設定兩端距離，並不像模型中所假設的位能無限大，所以電子可移動的距離也就比估計的值還要長一些，所以估計值與實際值才會有差異的存在。還有當 max 變大時，共軛能量降低，所以估計值會大上實驗值。0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1340350360370380390400Lexperiment (nm)max(nm)誤差值： 100|LestimateLestimate| DPB： 100
13、= 4.37|0.6950.725360.695| DPH： 100 = 8.67|0.9730.888640.973| DPO： 100 = 20.33|1.03961.2511.0396| 4. 作圖：以 Lexperiment 為橫坐標，以 max 為縱座標作圖。說明圖中趨勢與意義。圖五L experiment 與 max 作圖DPODPHy = 155.89x + 233.77R = 0.9999DPBLexperiment 為 X 軸， max 為 Y 軸由上圖可以知道隨著共軛鍵長，長度愈長， max 的數值也就越大，因為電子在共軛系統中自由移動，當電子躍遷時，共軛鍵長越長、吸收波長
14、越大， 電子所需要移動的範圍就越長，所需要的能量也就越小，伴隨著兩相鄰的能階能量差E (E = ELUO -EHFO= )就會越小，所需的能量越低， 28(22)則共軛鍵長度越長顯示越容易被激發。5. 討論：參考的吸收槽須裝入何種溶劑的準則為何？參考的吸收槽需置於儀器的內側或外側？為什為？ 溶質溶在哪一種溶劑中，就以此溶劑當作參考液來減少溶劑所產生的干擾，把參考的吸收值放在離操作者較遠的外側，因為樣品槽的藥品需更換的頻率較高，參考液的更換頻率較低。從圖一可發現 350 nm 400 nm 之間多一個 peak 可能是在更換藥品時，樣品槽沒有洗乾淨或吹乾導致多一個 peak，實驗值與估計值誤差可
15、能的原因是樣品槽擦拭不乾淨或樣品槽擺放的位置方向不一致所造成的誤差。6. 結論：染料溶液的配製：染料 原始濃度 (M) 稀釋用溶劑體積 (mL) 樣品濃度 (M) 原始濃度吸收值 (A)DPB 2.346210-4 16.6237 7.86110-5 2.74697DPH 2.134910-4 17.3740 6.51210-5 3.04177DPO 2.150710-4 12.132 1.10710-4 3.13253紫外光譜實驗數據：染料 max (nm) 顏色 濃度(M) 莫耳吸收係數 實驗濃度的吸收值 Lexperiment LestimateDPB 347 透明 7.86110-5
16、11708.1664 0.920437 0.72536 0.695DPH 372 透明 6.51210-5 14247.8336 0.927831 0.88864 0.973DPO 396 透明 1.10710-4 14565.1648 1.6127 1.0396 1.251由上表可以發現共軛鍵越長(L experiment)、並隨著共軛鍵數的增加、所吸收的值也跟著變大、最大吸收波長( max (nm)就越長，因此所需要吸收的能量就越少，能階能量差E 也跟著變小，顯示了只需要一點能量就可以使其激發。也就是隨著共軛鍵長度的增加最大吸收波長數值( max (nm)就越大，顯示激發共軛鍵中 電子所需要的能量也就越低。可見光波長約 780 nm 390 nm，紫外光波長 455 nm 390 nm，而人類肉眼可以看見的範圍 400 nm 700 nm，再從最大吸收波長( max (nm)來看，其位置坐落約 340 nm 400 nm 之間，以人類肉眼是無法觀測到的，所以以紫外光/可見光譜光譜儀器來測定各染料最大吸收波長，其圖譜最大吸收波長的位置坐落於最外面的 Peak。
