材料分析测试 第十章 紫外可见吸收光谱法
紫外可见吸收光谱法原理_概述解释说明
紫外可见吸收光谱法原理概述解释说明1. 引言1.1 概述紫外可见吸收光谱法是一种广泛应用于化学分析、生物医药和材料科学等领域的分析技术。
它通过检测样品吸收紫外或可见光的能力，可以确定样品中存在的化合物或物质的浓度。
紫外可见吸收光谱法基于原子、离子或分子在特定波长范围内对电磁辐射的选择性吸收现象，利用这种吸收现象可以获得样品所具有的信息。
本文将对紫外可见吸收光谱法的原理进行详细介绍，并探讨其在化学分析、生物医药和材料科学中的应用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、紫外可见吸收光谱法原理、紫外可见吸收光谱应用领域、实验方法与操作步骤以及结论和展望。
1.3 目的本文旨在向读者介绍紫外可见吸收光谱法的基本原理以及其在不同领域中的应用。
通过阐述紫外可见吸收光谱法的操作方法和实验步骤，希望能为初学者提供一份清晰的指南，使其能够准确、有效地应用该技术进行分析。
同时，我们将对紫外可见吸收光谱法的局限性进行讨论，并展望其未来在科学研究和实际应用中的发展方向。
2. 紫外可见吸收光谱法原理:2.1 光谱的基本概念:光谱是指将某物质在不同波长范围内对电磁辐射的吸收、发射或散射进行分析和测量的方法。
根据电磁辐射的能量不同，可将光谱分为紫外光谱、可见光谱和红外光谱等。
其中，紫外可见吸收光谱法利用物质对紫外及可见光区域（200-800 nm）的吸收特性进行定量和定性分析。
2.2 紫外可见吸收光谱的原理:紫外可见吸收光谱法是通过物质吸收特定波长范围内电磁辐射而产生的能级跃迁来进行分析。
当样品受到入射光线照射后，样品中的某些化学成分会吸收特定波长范围内的能量，并转为高能态。
这些化学成分在高能态时可能会跃迁至更高能级或离子化状态，从而使入射光线中特定波长的能量被吸收，形成明显的吸收峰。
根据琴斯定律（Lambert-Beer定律），光的吸收与样品中物质浓度成正比。
因此，通过测量入射光和透射光之间的吸收差异，可以推算出样品中特定化合物的浓度。
第十章 紫外可见分光光度法
如果用△ E电子，△ E振动以及△E转动表示各能级 差，则：
E电 E振 E转
能级差 E h h c
由分子中的电子能级、振动能级和转动能级跃迁产 生的光谱称分子吸收光谱。
2．分子吸收光谱的分类： 分子内运动涉及电子能级、振动能级和转动
能级三种跃迁能级，
E电 E振 E转
对应的波谱区范围如下：
吸收曲线与最大吸收波长 max
①同一种物质对不同波长光的吸光度 不同。如KMnO4在400nm吸收少， 在525nm吸收最大，吸光度最大处 对应的波长称为最大吸收波长λmax ②不同浓度的同一种物质，其吸收曲 线形状相似,λmax不变。而对于不同 物质，它们的吸收曲线形状和λmax 则不同。 ③吸收曲线可以提供物质的结构信息，
电子的基团。 例： C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N— 注：当出现几个生色团共轭，则几个生色团所产生的
吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波 长将比单个生色团的吸收波长长，强度也增强。
下面为某些常见生色团的吸收光谱
生色团 烯 炔 羧基 酰胺基 羰基 偶氮基 硝基 亚硝基 硝酸酯
溶剂 正庚烷 正庚烷 乙醇 水 正己烷 乙醇 异辛酯 乙醚
称最小吸收波长(λmin) 。
3.肩峰:在一个吸收峰旁边 产生的一个曲折。 4.末端吸收:只在图谱短波 呈现强吸收而不成峰形的
部分。
5. 生色团
所谓生色团，是指有机化合物分子结构中含有p -
p*和n-p*中跃迁的基团,即能在紫外-可见光范围内产 生吸收的原子团。 对有机化合物：主要为具有不饱和键和未成对
概述
一、紫外-可见分光光度法：是研究物质在紫外可见光区(200 ~ 800 nm)分子吸收光谱的分析方 法。
可见光区 400~760nm；紫外光区200~400nm。 二.紫外—可见分光光度法的特点 （1）灵敏度较高：灵敏度可达10-5~10-7g/mL （2）选择性较好：多组分共存溶液中，无需化学
材料分析测试方法A教学大纲
《材料分析测试方法A》课程教学大纲课程英文名称：Materials Analysis Techniques (A)课程编号：113990090课程类别：专业课课程性质：必修课学分：4学时：64（其中：讲课学时：48 实验学时：16 上机学时: ）适用专业：材料物理开课部门：材料科学与工程学院一、课程教学目的和课程性质材料分析测试方法（A）是为材料物理本科专业学生开设的专业必修课之一。
材料分析测试方法是关于材料成分、结构、微观形貌、缺陷等方面的现代分析测试技术及其有关理论基础的科学。
现代分析测试方法在材料生产过程中原材料的检测、产品质量监控以及新材料的研究与开发等方面具有重要的作用，它们既是材料分析测试的手段，也是材料科学研究必不可少的方法，是材料物理专业学生必备的专业知识之一。
通过本课程的教学，使学生系统地了解材料现代主要分析测试方法的基本原理、仪器设备、样品制备及应用，掌握常见分析测试技术所获信息的解释和分析方法，使学生能够独立（或与专业分析测试人员一起）拟定材料分析测试方案，进行材料分析和研究工作，为学生毕业后从事材料生产、检测、研发以及进一步深造打下良好的基础。
本课程的总体要求是，学生通过本课程的学习，能够：1．掌握电磁辐射、电子束和离子束等探针信号与物质的相互作用所产生的信息及根据这些信息建立的分析测试方法；2．掌握X射线衍射分析、电子衍射分析、透射电子显微分析、扫描电子显微分析、电子探针显微分析、紫外可见吸收光谱分析、红外吸收光谱分析和热分析的基本原理、仪器设备、样品制备、主要功能、测试结果的分析方法和应用；3．熟悉俄歇电子能谱分析、X射线光电子能谱分析的基本原理、仪器设备、样品制备、主要功能和应用；4．了解紫外光电子能谱分析、拉曼光谱分析、扫描探针显微分析、原子吸收光谱分析、原子发射光谱分析、原子荧光光谱分析、分子荧光光谱分析、核磁共振谱分析、穆斯堡尔谱分析、X射线荧光光谱分析、电子自旋共振谱分析、场离子显微分析、原子力显微分析、质谱和二次离子质谱分析等方法的基本原理、主要功能和应用。
紫外可见吸收光谱法详解演示文稿
谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于100，属 于禁阻跃迁。
5、电荷迁移跃迁 用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向与接
受体相联系的轨道上跃迁。实质是一个内氧化—还原 的过程，而相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱
（二）影响紫外-可见吸收光谱的因素 红移与蓝移
讨论：
（1） 转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.050eV，跃迁
产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；
（2） 振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产
生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；
（3） 电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生
的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子 光谱；
紫外可见吸收光谱法 详解演示文稿
（优选）紫外可见吸 收光谱法
吸收曲线的讨论：
①同一种物质对不同波长光的吸光度不 同。吸光度最大处对应的波长称为最大
吸收波长λmax
②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线
形状相似λmax不变。而对于不同物质， 它们的吸收曲线形状和λmax则不同。
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的 依据之一。
优点：结构简单、价格低廉．
缺点：受光源、检测 器的波动影 响：不能自 动记录吸收 光谱。
问题：请扼要叙述在非扫描型（单光束）的紫外-可见分光光度计 上，人工绘制吸光物质的UV-VIS吸收光谱过程中需要注意 的事项。
波长增量的选择；改变波长都要用参比溶液调节T=100%；固定 光谱通带与仪器参数；选择合适的溶液浓度与参比。
④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有 差异，在λmax处吸光度A 的差异最大。此特性可作作为
紫外可见吸收光谱法
-C-C- 如：乙烷: max=135nm C-H 如: 甲烷: max= 125nm
2) n * 跃迁
分子中未共用n电子跃迁到* 轨道
化合物种类：凡含有n电子的杂原子的饱和化合物
特点：跃迁所需要的能量较高
位置：远紫外光区和近紫外光区
150-250nm
ε=100 ～ 1000 L·cm-1 ·mol-1
Mn+-Lb- M(n+1)+-L(b+1)- (hν) [Fe3+-SCN-]2+ [Fe2+-SCN]2+ （这就是配合物λmax=490nm为血红色原因）
金属配合物的电荷转移吸收光谱，有三种类型：
1. 电子从配体到金属离子: 相当于金属的还原； 2. 电子从金属离子到配体； 产生这种跃迁的必要条件是金属离子容易被氧化
白炽光源: 热辐射光源：可见光区，340-2 500nm，影响因素：灯电压
如 钨丝灯和卤钨灯； 气体放电光源: 气体放电发光光源：紫外光
否相同。 在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。
三、紫外-可见分光光度计
光源 λ1、 λ2、 λ3、 …、 λn
分光系统
λmax
调制放大 记录系统→显示A
检测系统 光→电
I0→样品池→ It
紫外-可见分光光度计主要组成部件
光源
分光系统
样品池
检测系统
记录系统
1、光源
1.光源：提供入射光的元件。
3.电子从金属到金属
配合物中含有两种不同氧化态的金属时，电子可在其间转移，
这类配合物有很深的颜色，如普鲁士蓝 （磷、砷）钼蓝 H8 [SiMo2O5(Mo2O7)5 ]
无机及分析化学(习题含答案)-紫外可见分光光度法
第十章紫外-可见吸光光度法习题1.是非判断题1-1物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波长所致，VitB12溶液呈现红色是由于它吸收了白光中是红色光波。
1-2因为透射光和吸收光按一定比例混合而成白光，故称这两种光为互补色光。
1-3有色物质溶液只能对可见光范围内的某段波长的光有吸收。
1-4符合朗伯-比耳定律的某有色溶液的浓度越低，其透光率越小。
1-5符合比耳定律的有色溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置不移动，但吸收峰降低。
1-6朗伯-比耳定律的物理意义是：当一束平行单色光通过均匀的有色溶液时，溶液是吸光度与吸光物质是浓度和液层厚度的乘积成正比。
1-7在吸光光度法中，摩尔吸光系数的值随入射光的波长增加而减小。
1-8吸光系数与入射光波长及溶液浓度有关。
1-9有色溶液的透光度随着溶液浓度的增大而减小,所以透光度与溶液的浓度成反比关系。
1-10在吸光光度测定时，根据在测定条件下吸光度与浓度成正比的比耳定律的结论，被测溶液浓度越大，吸光度也越大，测定结果也就越准确。
1-11进行吸光光度法测定时，必须选择最大吸收波长的光作入射光。
1-12朗伯-比耳定律只适用于单色光，入射光的波长范围越狭窄，吸光光度测定的准确度越高。
1-13吸光光度法中所用的参比溶液总是采用不含被测物质和显色剂的空白溶液.1-14在实际测定中，应根据光吸收定律，通过改变比色皿厚度或待测溶液浓度，使吸光度的读数处于0.2～0.7之间，以减小测定的相对误差。
1-15在吸光光度法测定时，被测物质浓度相对误差的大小只有透光度为15%～65% 的范围内才是最小的。
2.选择题2-1分光光度法与普通比色法的不同点是A.工作范围不同B.光源不同C.检测器不同D.检流计不同E.获得单色光方法不同2-2 Zn2+的双硫腙-CCl4萃取吸光光度法中，已知萃取液为紫红色络合物，其吸收最大光的颜色为A.红B.橙C.黄D.绿2-3有色络合物的摩尔吸光系数，与下列因素中有关系的是A.比色皿的厚度B.有色络合物浓度C.吸收池材料D.入射光波长2-4透光率与吸光度的关系是A.1T =A B.㏒1T=A C.㏒T=A D.T=㏒1A2-5某物质的摩尔吸光系数（ε）较大，说明A.光通过该物质溶液的厚度厚B.该物质溶液的浓度大C.该物质对某波长的光吸收能力很强D.测定该物质的灵敏度高E.测定该物质的灵敏度低2-6朗伯-比耳定律说明，当一束单色光通过均匀有色溶液中，有色溶液的吸光度正比例于A.溶液的温度B.溶液的酸度C.液层的厚度D.有色配合物稳定性E.溶液的浓度和溶液厚度的乘积2-7符合比耳定律的有色溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置A.向长波方向移动B.向短波方向移动C.不移动，但高峰值降低D.不移动，但高峰值增大2-8已知磷钼杂多酸络合物的透光率为10%，而它与硅钼杂多酸络合物的吸光度差为0.699，那么，硅钼杂多酸络合物的透光率为A. 50%B. 20%C. 30%D. 40%2-9进行光度分析时，误将标准系列的某溶液作为参比溶液调透光率100％，在此条件下，测得有色溶液的透光率为85％。
紫外可见吸收光谱法详解演示文稿
p*
(HOMO LVMO) p
p₁
p
max
共轭烯烃（不多于四个双键）p p*跃迁吸收峰位置可由伍德
沃德——菲泽 规则估算。 max= 基+nii
基-----是由非环或六环共轭二烯母体决定的基准值； 无环、非稠环二烯母体： max=217 nm
异环（稠环）二烯母体：
max=214 nm
同环（非稠环或稠环）二烯母体：
化合物 H2O
CH3OH CH3CL
CH3I CH3NH2
max（nm） 167 184 173 258 215
max 1480 150 200 365 600
3、pp*跃迁 含有π电子基团的不饱和有机化合物，会发生
π—π*跃迁，需要的能量低于ss*跃迁，吸收峰一 般处于近紫外光区，在200 nm左右。
E2带200204 nm =7000
苯环上三个共扼双键的 p → p*跃迁特征吸收带；
B带230-270 nm =200
max（nm）
max
p → p*与苯环振动引起； 苯
254
200
甲苯
261
300
含取代基时， B带简化， 间二甲苯 红移。
263
300
1，3，5-三甲苯 266
305
六甲苯
272
吸收辐射的波长最长，一般都在近紫外光区，甚至在 可见光区, 一般>200 nm 。
紫外可见吸收光谱法 详解演示文稿
（优选）紫外可见吸 收光谱法
吸收曲线的讨论：
①同一种物质对不同波长光的吸光度不 同。吸光度最大处对应的波长称为最大
吸收波长λmax
②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线
形状相似λmax不变。而对于不同物质， 它们的吸收曲线形状和λmax则不同。
第十章 紫外-可见分光光度法
第十章 紫外—可见分光光度法一、选择题1．所谓真空紫外区，所指的波长范围是( )。
A 、200～400nmB 、400～800nmC 、1000nmD 、100～200nm2．在紫外可见分光度计中，用于紫外光区的光源是（ ）A 、钨灯B 、卤钨灯C 、氘灯D 、能斯特灯3．指出下列化合物中，哪个化合物的紫外吸收波长最大（ ）A 、CH 3CH 2CH 3B 、CH 3CH 2OHC 、 CH 2＝CHCH 2CH ＝CH 2D 、 CH 3CH ＝CHCH ＝CHCH 34．符合比耳定律的有色物质溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置（ ）A 、向长波方向移动B 、不移动，但峰高值降低C 、向短波方向移动D 、不移动，但峰高值增大5．下列化合物中，同时有n→л﹡、л→л﹡、 σ→σ﹡跃迁的化合物是（ ）A 、一氯甲烷B 、丙酮C 、 l ，3丁二烯D 、甲醇6．双光束分光光计与单光束分光光计相比，其突出的优点是（ ）A 、扩大波长的应用范围B 、可以采用快速响应的监测系统一C 、可以抵消吸收池所带来的误差D 、可以抵消因光源强度的变化而产生的误差7．某化合物入max （正己烷为溶剂）＝ 329nm ，入max （水为溶剂）= 305nm ，该跃迁类型为（ ）A 、n→л﹡B 、л→л﹡C 、σ→σ﹡D 、 n→σ﹡8．丙酮在乙烷中的紫外吸收λmax =279nm ，ε=14．8，此吸收峰由( )能级跃迁引起的。
A 、n →л﹡B 、л→л﹡C 、n →σ*D 、σ→σ*9．下列四种化合物中，在紫外光区出现两个吸收带的是（ ）A 、乙烯B 、l ，4一戊二烯C 、1，3一丁二烯D 、丙烯醛10．助色团对谱带的影响是使谱带（ ）A 、波长变长B 、波长变短C 、波长不变D 、谱带蓝移11．某物质在给定波长下的摩尔吸光系数（ε）很大，则表明（ ）A 、物质对该波长光的吸收能力很强B 、物质的摩尔浓度很大C 、光通过物质溶液的光程长D 、物质的摩尔质量很大12．符合比耳定律的溶液稀释时，其浓度、吸光度和最大吸收波长的关系为（ ）A 、减小，减小，减小B 、减小，减小，不变C 、减小，不变，减小D 、减小，不变，增加13．下列叙述正确的是（ ）A 、透光率与浓度成线性关系B 、一定条件下，吸光系数随波长变化而变化C 、浓度相等的x ，y 两物质，在同一波长下，其吸光度定相等D 、质量相等的x ，y 两物质，在同一波长下，其吸光系数一定相等14．吸光性物质的摩尔吸光系数与下列( )因素有关。
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相连），在引入某些助色团时光吸收移向可见光域，由此得名。 常见的助色团按其“助色”效应的强弱可大致排列为下述秩序：
当然，常有例外。
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16
某些助色团对苯的吸收带的影响
发态跃迁产生的。
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7
什么是生色团？
广义： 生色团：可以吸收光子而产生电子跃迁的原子团。
狭义（一般定义）： 生色团：在紫外及可见光范围内产生吸收的原子团（或原 子、电子、空穴等）。
有机化合物中，常见的官能团，如羰基、硝基、双键、叁 键、芳环等均是典型的生色团。
无机离子晶体中的过渡金属离子、色心（如F心，H心等） 等。
值减小，即吸收带强度降低，这种现象称为浅色效应。
ห้องสมุดไป่ตู้
强带
有机化合物的紫外与可见吸收光谱中，凡摩尔吸光系数大于104的
摩尔吸收系数（）比较小，即吸收峰强度
比较小，很少在近紫外区观察到。
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5
一些化合物n-*跃迁所产生吸收的数据
化合物 H2O
max/nm max
167 1480 样品为气态
CH3OH CH3Cl
184 150 max最大吸收波长 173 200
CH3I
258
(CH3)2S(乙醇溶液) 229
365 max最大摩尔吸收系数 140
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8
常见生色团的吸收特性
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9
什么是蓝移？什么是红移？
当物质的结构或存在的环境发生变化时，其吸收带的最大
吸收波长（最大）向短波方向移动的现象称为蓝移（或紫
移，或向蓝）；而向长波长方向移动的现象称为红移（或 向红）。 取代基或溶剂可引起有机化合物产生蓝移或红移现象。
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10
溶剂极性对max的影响
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反助色团
这类基团与助色团的效应恰好相反。 常见的反助色团的次序如下：
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18
浓色效应（增色效应）
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的摩尔吸光系数最大
值增加，亦即吸收强度增加，这种现象称为浓色效应。
浅色效应（减色效应）
当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的摩尔吸光系数最大
(CH3)2O
184 2520
CH3NH2
215 600
(CH3)3N
227 900
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6
n-*和-*跃迁
吸收波长：200~700nm
分子中存在的具有轨道的不饱和基团为吸收中心，称为
生色基团（简称生色团）。
n-*跃迁的一般在10~100 -*跃迁的一般在1000~10000 绝大多数有机分子的吸收光谱都是由n电子或电子向*激
Ultraviolet & Visible Absorption Spectroscopy Spectromet
第十章 紫外、可见吸r收y 光谱法
第一节 紫外、可见吸收光谱的基本原理 第二节 分光光度计 第三节 紫外、可见吸收光谱的应用
西南科技大学 张宝述
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1
第一节 紫外、可见吸收光谱的基本原理
随着溶剂极性的增加
n-*跃迁光谱峰蓝移，即 max向短波方向移动 -*跃迁光谱峰红移，即 max向长波方向移动
异丙烯基丙酮在不同溶剂中max值
蓝移
红移
红移被蓝移所掩盖实用文档
11
实线，在环己烷中 虚线，在乙醇中 -*吸收峰红移
从非极性到极性时
n-*吸收峰蓝移
二苯酮的紫外光谱图
利用吸收光谱的这一性质，可用来判断化合物的跃迁类型及谱带的归属。
实用文档
12
共扼效应对max的影响
共扼烯烃及其衍生物的-*跃迁均为强吸收带，104，这
类吸收带称为K带。
在分子轨道理论中，电子被认为是通过共扼而进一步离 域化的，这种离域效应降低了*轨道的能级，光谱吸收峰
移向长波方向，即红移。
，-不饱和醛、酮中羰基双键和碳-碳双键-共扼也有类
似的效应。
由-*跃迁产生的弱吸收峰向长波方向移动40nm左右， max在270~300nm，＜100，称做R带，呈平滑带形，对称
有4种类型 ：-*、 -* 、 n-*和n-*
有机分子电子(能级)跃迁类型
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4
-*跃迁
吸收波长在真空紫外区。 纯饱和烃都是无色的。
n-*跃迁
吸收波长：150~250nm，大多200nm左右。 含有未共享电子对（称为n电子或P电子） 杂原子（如O、N、S和卤素等）的饱和烃 衍生物。 这种跃迁所需的能量主要取决于原子成键 的种类，而与分子结构关系不大；
性强。
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13
多生色团对吸收的影响
共扼效应产生
红移
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14
芳香族的紫外光谱特征
芳香族碳氢化合物的紫外光谱有3组特征吸收峰，都是由-*跃迁引起
的。
例如，苯分子， E1带：184nm (max=60000)，一般仪器无法观察 E2带：204nm (max=7900) B带：256nm (max=200)
实用文档
2
一、电子光谱的类型
主要介绍有机化合物、无机化合物的电子光谱类型、常 见基本概念，简介无机固体的电子光谱类型。
1．有机、无机化合物的电子光谱 主要类型有：
（1）含、和n电子的吸收谱带
（2）含d和f电子的吸收谱带 （3）电荷转移吸收谱带
实用文档
3
（1）含、和n电子的吸收谱带
有机化合物在紫外和可见光区域内电子跃迁的方式一般
实线-苯
虚线-甲苯
苯及其衍生物的长波区谱带(B带) 为一组尖锐吸收蜂，这是振动跃 迁叠加在电子跃迁上的结果。
苯和甲苯的紫外光谱图 (在环己烷中)
极性溶剂可以减少或消除这种精 细结构。
实用文档
15
什么是助色团？
有些含n电子的官能团，本身并不在紫外可见区产生吸收，但它们具 有能使生色团的光谱峰移向长波区并使其强度增加的作用，这种官 能团叫做助色团。
光谱谱域：紫外-可见-近红外 波长范围：10~1000nm
10~200nm：远紫外线（亦称真空紫外线），真空紫外光谱。 200~400nm：近紫外线，紫外光谱 400~800nm：可见光，可见光谱 800~1000nm：近红外线，近红外光谱 一般紫外可见光谱的波长范围：200~800nm 紫外、可见光谱(UV-VIS)与分子外层电子能级的跃迁有关，是电子光 谱。电子能级跃迁的同时伴随振动和转动能级的跃迁，是带状光谱。 紫外可见吸收光谱分析法常称为紫外可见分光光度法（ Ultraviolet & Visible spectrophotometry ）。