实例解析——紫外可见分光光度法(UV-VIS)
(UV-Vis)紫外-可见吸收光谱分析
为紫外光区光源。
• 其中：486.13nm (F线) 和 656.28nm （ C线）
可作为波长校正。
（二）．单色器 紫外－可见分光光度计的单色器的作用是
将来自光源的连续光谱按波长顺序色散，并从
中分离出一定宽度的谱带。单色器由入射狭缝、
准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。
(1).色散光件
棱镜
棱镜的色散作用是棱镜材料对不同波长的光有
A logT
实际测量，往往测量物质的透光率，再转化为吸光强度。
半导体材料中光的吸收规律 紫外-可见光的吸收主要是电子从基态到激发态的跃迁 半导体材料中，电子从基态到激发态的跃迁是和它们 的能带结构相关的。 因此光的吸收规律必然和它们的能带结构相关 直接禁带 间接禁带 ZnO，GaAs，CdS Si，Ge
B(hv E g )
2 2
3
2
3. 间接跃迁 在间接带隙的半导体材料中，由于价带顶和导带底在 K空间的位置不同，加上光子的波矢比电子的波矢小 得多，为了满足动量守恒的原则，必须要借助其他过 程，如声子参与或杂质散射来实现电子在能级间的跃 迁，这种电子跃迁方式称为间接跃迁。通过计算，可 以得到吸收系数和光子能量的关系：
m I0 4 A log 4.343 10 Nb ai Ci I i 1
将常数项和光子的吸收界面 a i 合并为单一项，
m I 以 i 表示 称为摩尔吸光系数。则 A log 0 b i Ci I i 1 I0 一般对于单一组分，上式可以写成： A log bC I
( ) B
B(hv Eg )
1 2
2
和 hv 的图谱， 就得到线性吸收边
二. 紫外-可见吸收光谱的方法和设备 紫外-可见光分光光度计是在紫外和可见光范围内， 改变通过样品的入射光波长，并测得不同入射光波 长下样品的吸光度，从而获得样品信息的分析仪器。
UV-Vis原理及应用概述
lnT
微分后除以上式可得浓度的相对误差为：
C
C
T T lnT
当溶液的透光率为36.8%或吸光度为0.434时， 浓度的相对误差最小。
T值在65~20%或A值在0.2~0.7之间，浓度相对 误差较小，是测量的适宜范围。
§3 分析条件的选择
仪器测量条件的选择 显色反应条件的选择 参比溶液的选择
A 分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图
2. 电子跃迁主要类型
按照价电子性质不同讨论不同的紫外-可 见吸收光谱。 以甲醛分子为例： 存在σ电子，π电子，n（p）电子。
分子轨道理论：
σ成键轨道< π成键轨道< n 非键轨道<π*反键轨道<σ*反键 轨道
分子中外层电子能级及跃迁类型示意图
2.1 σ→σ*跃迁
1. 仪器测量条件的选择
1.1 适宜的吸光度范围
即当A=0.434时，吸光度测量误差最小。 最适宜的测量范围为0.2~0.7之间。
1.2 入射光波长的选择
通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最 强吸收带的最大吸收波长（λmax ）为入射波 长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往 选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰进行测 定。
1.3 狭缝宽度的选择
为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝 宽度时试样的吸光度不再增加为准。一般来 说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十 分之一。
2. 显色反应条件的选择
可见分光光度法一般用来测定能吸收可见光 的有色溶液。对某些无色或浅色物质进行测 定，常利用显色反应将被测组分转变为在可 见波长范围有吸收的物质。常见的显色反应 有配位反应、氧化还原反应等。
测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调 节T为100% （A为0） ，以消除其它成分及 吸收池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测 定误差。
(UV-Vis)紫外-可见吸收光谱分析..
(三) 吸收池 用光学玻璃制成的吸收池，只能用于可见光区。
用熔融石英（氧化硅）制的吸收池，适用于紫外
光区，也可用于可见光区。
盛空白溶液的吸收池与盛试样溶液的吸收池应互相
匹配，即有相同的厚度与相同的透光性。
(四) ．检测器
（1）光电管和光电増倍管
图11．12光电管检测示意图 1．照射光 2．阳极
A logT
实际测量，往往测量物质的透光率，再转化为吸光强度。
半导体材料中光的吸收规律 紫外-可见光的吸收主要是电子从基态到激发态的跃迁 半导体材料中，电子从基态到激发态的跃迁是和它们 的能带结构相关的。 因此光的吸收规律必然和它们的能带结构相关 直接禁带 间接禁带 ZnO，GaAs，CdS Si，Ge
为吸收系数，d为光在固体中的传播距离。
吸收系数实际表示：光在固体中传播距离 d 1 光强衰减到原来的 e
1
光在物体中的吸收还可以利用透光率T来表示
透光度指强度为 I 0 的入射光照射物体，部分光被吸收
出射光的强度变为I，
I 出射光和入射光的强度比一般用透光率 T 表示 I0
根据吸光度A的定义，可以获得两者的相互关系为
2. 禁戒的直接跃迁 某些情况下，即使在直接禁带的半导体材料中，其价 带顶和导带底都在K空间的原点，但是它们之间的跃 迁即K=0可能被选择定则禁止，而K不为0的情况下的 跃迁反而被允许，一般把这种跃迁称为禁戒的直接跃 迁。同样通过计算，可以得到吸收系数和光子能量的 关系
( ) 3和 hv 为线性关系， 由半导体的吸收光谱，做 B ( ) 3和 hv 的图谱， 就得到线性吸收边 B
紫外吸收光谱：200 ~ 400 nm 可见吸收光谱：400 ~ 800 nm 两者都属电子光谱。
UV-Vis原理及应用概述
的定性和定量测定。 （近）紫外光区：200～400nm 可见光区：400～800nm
.
紫外-可见分光光度法的特点
1）与其它光谱分析方法相比，其仪器设备 和操作都比较简单，费用少，分析速度 快;
2）灵敏度高（10-4～10-7g/ml） 3）选择性好; 4）精密度和准确度较高; 5）用途广泛
.
2.3 n→π*跃迁
此跃迁所需能量最小，辐射波长最长，吸 收峰一般都在近紫外区，甚至在可见区。它 是含杂原子的不饱和基团如羰基、硝基等中 的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点是吸收 强度弱(ε在10 ～100之间) ，属于禁阻跃迁。
.
2.4 n→σ*跃迁
此跃迁所需能量比较低，吸收峰一般在 200nm附近，落于远紫外光区和近紫外光区。 具有未共享电子对的一些取代基的饱和有机 物都会产生此跃迁。如CH3OH和CH3NH2的 n*跃迁产生的吸收分别为183nm和 213nm。
.
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， 吸收能量的次序为：
σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π* σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
.
常见电子跃迁所处的波长范围及强度
.
实例
下列结构中所需能量最低和最高的跃迁类 型？ CH2=CHCH= CH2 CH3-CH=CH-CHO
.
3.5 吸收光谱
又称吸收曲线，以波长λ（nm）为横坐标，以吸光 度A或吸收系数ε为纵坐标。 光谱曲线中最大吸收峰所对应的波长相当于跃迁时 所吸收光线的波长称为λmax。和λmax相应的摩尔吸 收系数为εmax。εmax>104的吸收峰为强带。 εmax<103 的吸收峰为弱带。 曲线中的谷称为吸收谷或最小吸收(λmin)，有时在曲 线中还可看到肩峰（sh）。
波谱分析—UV-Vis
微分后得：
dT bdc T 将上两式相比，并将 dT 和 dc 分别换为T 和 c，得
当相对误差 c/c 最小时，求得T=0.368 或 A=0.434。即当A=0.434 时，吸光度读数误差最小！
c 0.434T c T lg T
通常可通过调节溶液浓度或改变光程b来控制A的读数在0.15~1.00范
• 2、测定条件的选择
• （1）波长的选择 • —— 一般为最大吸收波长（灵敏、稳定） • （2）狭缝的选择 • —— 影响灵敏度和线性范围（不减少A的最大狭缝） • （3）吸光度的选择 • —— 吸光度在0.2 – 0.8 时，测量误差最小
由L-B定律：
A lg T bc
d lg T 0.434
通过切光器使两束不同波长的光交替通过吸收池，测得吸光度差A。
I0 A1 lg 1 bc AB1 I 1
减，得
A2 lg
I0 2 bc AB2 I 2
AB1和AB2分别为在1和2处的背景吸收，当1和2 相近时，背景吸收近似相等。二式相
A lg
波谱分析 —— UV-Vis
（2）显色剂浓度 — 高灵敏度且吸光度恒定 • （3）温度的影响 • （4）显色时间 — 反应的时间及络合物的稳定性 • （5）参比溶液
• • • • • ①试液和显色剂均无色 蒸馏水为参比； ②显色剂无色，试液中有其它有色离子 不加显色剂的试液； ③试液、显色剂均有色 取一份试液，加掩
波谱分析uvvis?4共存离子干扰的消除方法?1加入适当的掩蔽剂?2改变干扰离子的价态?如铬天青s测定al时fe有干扰?可加入抗坏血酸还原铁而消除干扰3选择适当的波长4其它各种预分离技术波谱分析uvvis?四分析应用??1定性分析吸收光谱曲线的形状吸收峰的数目最大吸收波长的位置及相应的吸收系数??1比较吸收光谱曲线法?与已知物或标准谱图比较波谱分析uvvis?2用各种经验规则计算被测定物质的max并与实?测值比较???woodwardfieser伍德沃德费塞尔规则计算共轭二烯多烯烃不饱和醛酮不饱和羧酸及酯类?芳香族化合物规则?scott斯科特规则计算芳香族羰基的衍生物化合物母体及取代基波长nm无环多烯或异环二烯基数
紫外可见分光光度法的英文缩写
紫外可见分光光度法的英文缩写紫外可见分光光度法的英文缩写是UV-Vis spectroscopy。
以下是一篇生动、全面且具有指导意义的文章，介绍紫外可见分光光度法（UV-Vis spectroscopy）的原理、应用以及实验步骤。
紫外可见分光光度法（UV-Vis spectroscopy）是一种常用的分析技术，旨在测量样品在紫外和可见光区域的吸收和透射。
通过测量样品溶液对特定波长的光的吸收程度，可以推断样品的化学组成、浓度和结构。
这项技术在化学、生物化学、环境科学等领域有着广泛的应用。
在UV-Vis分光光度法中，常用的仪器是UV-Vis分光光度计。
该仪器包括一个光源、一个样品室和一个光检测器。
光源通常是一种白炽灯或者氘灯，可以发射出可见光和紫外光。
样品室通常是一个透明的玻璃或石英池，用于容纳样品溶液。
光检测器可以测量样品溶液对光的吸收程度。
UV-Vis分光光度法的原理是根据比尔-朗伯-兰伯特定律（Beer-Lambert Law）。
该定律表明，在理想条件下，物质溶液吸光度与浓度成正比。
当光通过样品溶液时，物质吸收特定波长的光，吸收量与物质的浓度和路径长度成正比。
通过测量吸收量，可以得到样品溶液的浓度。
UV-Vis分光光度法可用于定量分析和定性分析。
在定量分析中，可以利用已知浓度的标准溶液构建标准曲线，从而确定未知样品的浓度。
在定性分析中，可以通过样品在不同波长下的吸收特性，判断样品的成分和结构。
进行UV-Vis分光光度法实验时，需要注意一些步骤。
首先，准备样品溶液，确保样品溶解彻底。
然后，调节分光光度计使其在零吸光度下进行基准校准。
接下来，将样品溶液装入样品室，并通过选择适当的波长和路径长度，测量吸光度，并记录数据。
最后，根据标准曲线或其他定量方法，计算样品的浓度。
UV-Vis分光光度法在各个领域有着广泛的应用。
在化学领域，它可用于分析有机化合物、无机化合物和金属离子的浓度。
在生物化学领域，它可用于研究蛋白质、核酸和酶等生物大分子的结构和浓度。
紫外-可见分光光度法(Ultraviolet-Visibl
实验注意事项
确保分光光度计的波长准确性和稳定性，定期进行校准。
在测量过程中，避免强光直接照射样品池，以免影响测 量结果。
选择合适的空白溶液，以消除干扰物质的影响。
对于不同浓度的待测溶液，应进行适当稀释或浓缩，以 适应样品池的容量和分光光度计的测量范围。
03 实验结果分析
数据处理与分析
数据整理
绘制光谱图
环境因素等。
误差传递
02
对实验数据进行误差传递分析，了解误差对实验结果的影响程
度。
提高精度措施
03
提出提高实验精度的方法和措施，如选用高精度仪器、规范操
作流程、多次测量取平均值等。
04 应用领域
化学分析
01
02
03
物质定性分析
通过紫外-可见光谱的特征 峰，可以确定物质的结构 和组成，有助于对未知物 质进行鉴定。
物质定量分析
通过测量物质在紫外-可见 光谱特定波长下的吸光度， 可以计算出物质的浓度， 实现定量分析。
络合物组成分析
络合物在紫外-可见光谱中 表现出特殊的吸收峰，通 过分析这些吸收峰可以推 断络合物的组成和结构。
生物分析
生物大分子分析
如蛋白质、核酸等，可 以通过紫外-可见光谱研 究其构象变化和相互作 用。
紫外-可见分光光度计
用于测量物质在紫外-可见光谱区的吸收光 谱，确定物质的特征波长和吸光度。
移液管和吸管
用于准确移取一定量的待测溶液。
样品池
用于盛放待测溶液，通常有石英和玻璃两种 材质。
滤纸、试纸或离心管
用于过滤或分离待测物质。
实验操作流程
2. 设置分光光度计
打开分光光度计，预热30分钟， 设置测量波长范围、扫描速度等 参数。
UV-Vis 分光光度分析法
氯仿
245
苯
260
甲苯
285
乙酸乙酯 260
2021年11月6日星期六
50-1
1、樣品處理條件的選擇
（2）測試樣品的性狀 溶液濃度：保證吸光度範圍適宜 樣品純度： 溶液酸鹼性： 溶質粒徑：真溶液，混濁液，乳濁液
樣品濃度偏離較大 A值不在理想範圍
2021年11月6日星期六
50-1
A值偏離較大時分析策略：示差分光光度法
規定按一定方法測試其A值不超過某限度
2021年11月6日星期六
50-1
四、定量分析方法
（一）單組分的定量方法
1、吸光係數法（絕對法）：
查得吸光係數ε 或 E11c，%m 測得A。
據 A =εcl 求 c
2、校正（標準）曲線法：
同台儀器固定工作狀態和測定條件，測定一系列 標準溶液的A值，繪製A-c關係圖。 可採用回歸直線方程計算。
2021年11月6日星期六
50-1
（2）褶合光譜的定性技術：
經褶合變換不同物質的差異會在高分辨區域得 到反映。
為克服虛假信號，常以對照品褶合光譜的標準 區域作為定性鑒別的依據。
（3）褶合光譜的定量技術：
單組分：對含有背景吸收的樣品直接分析
多組分：以褶合光譜為基礎，結合最小二乘法 求解。因減少組分間的數學相關性，通過非同 步分析和交互校正技術，可篩選出最佳結果。
UV-Vis 分光光度分析法
一、分析條件的選擇 二、定性鑒別 三、純度檢查 四、定量分析 五、結構分析
2021年11月6日星期六
50-1
一、分析條件的選擇
意義：獲得可靠分析數據的前提和保證！ 目的：方法最優化，高靈敏度和準確度。 包括：三方面
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紫外可见分光光度法实例解析
一、原理分析
UV-VIS依据电子跃迁光谱，通常分子轨道基态外层电子处在，当分子外层吸收紫外或者可见辐射后，从基态向激发态跃迁。
其中紫外光谱：200~400nm，可见400~780nm。
其定性依据是不同物质对不同波长吸光度不同，定量依据是朗伯比尔定律A= εbc 吸光度分子
二、适用范围
一般适用于有机物，尤其是含有发色光能团、大共轭体系如含有苯环的有机物的测定三、特点：灵敏度高、选择性好、准确度好、通用性强、操作简单、价格低廉
缺点：远不如红外光谱好，很多化合物在紫外没有吸收或者吸收很弱，而且紫外光谱特征性不强。
可以用来检验一些具有大的共轭体系或者发色官能团，并作为其他方法的补充。
四、仪器组成：光源——单色器——狭缝——样品池——检测器
五、准备工作
实验开始前查相关文献确定显色剂，
显色剂：将待测组分形成有色化合物
反应类型：络合反应氧化还原反应取代反应缩合反应
显色剂选择条件：(1)灵敏度(2)选择性(3)生色物质稳定(4)组成恒定(5)显色剂在测定波长处无明显吸收，有色化合物与显色剂颜色对比大
六、实验仪器前期设定：
由待测物质查阅相关文献，确定使用可见区还是紫外区，确定光源钨丝或者氢、氘。
由待测物质确定样品池采用紫外区的石英池或者可见区的玻璃池
检测器选用光电倍增管达到最佳检测效果
七、配置标准检测液、显色剂溶液、参比溶液、标准溶液
标准溶液：由分析纯的待测物质配置而成的溶液
参比溶液：
若仅待测组分和显色剂反应产物有吸收，其他试剂无吸收，用水做参比
若显色剂和其他试剂略有吸收，试液本身无吸收，用“试剂空白”（不加试样溶液）参比
若待测试液有吸收，而显色剂无吸收，则用“试样空白”（不加显色剂）做参比一般都选用试剂空白，即
八、样品前处理，制成相应的溶液，如果其中有干扰离子，则加入掩蔽剂进行掩蔽或者采用化学方法分离
出干扰离子
九、实验条件确定：
(1)最大吸收波长确定
取1ml的标准溶液，1ml显色剂配制成溶液，稀释、定容、差文献确定谱线大致范围，多次测定，选择有最大吸收时的波长定为最大吸收波长，并且和标线对比，确定其误差是否在允许范围内，适当控制吸光度在最适范围
(2)显色剂用量确定
分别取1ml标准液，不同体积显色剂配成溶液，稀释、定容、多次测定得到吸光度-显色剂用量
曲线，选择使得曲线平缓的最低用量再增加0.5ml为最佳显色剂用量（设为a ml）
(3)显色温度确定
取分别取1ml标准液、和a ml的显色显色液，稀释定容，测量在相同时间，不同温度下的吸光度
显色时间曲线，得到最适温度T0
(4)显色时间的确定
分别取1ml标准液、和a ml的显色显色液，稀释定容，恒温T0测量，分在测量得到吸光度-显色时间曲线。
得到实验最佳显色时间t0
(5)实验酸度确定
分别取1ml标准液、和a ml的显色显色液，稀释定容，在T0 t0 不同PH值下测量得到吸光度—PH 曲线，得到最佳PH值
控制合适的吸光度，选择合适入射光波长，选择合适参比溶液
十、线性范围确定
取不同浓度下的葡萄糖标准溶液和aml显色液，调整最佳时间条件，测量吸光度，得到吸光度-浓度曲线求相关系数、线性范围
十一、测定样品含量及回收率是否符合要求：
由估计的待测物质浓度估计是否在线性范围内，如在的话按照1ml样品溶液+一定量标准样品配置一组实验组，另取一组样品空白组，测定样品含量、回收率及其偏差。
减去标准样品可得测定含量
十二、实验结果的定性分析
对照标准谱图，如果最大吸收峰和标准物相同，摩尔吸光系数相同，可认为是同种物质，但是一般选用此方法进行大共轭体系，发色官能团的鉴定
生色团谱线常常受到溶剂、其他取代基影响而发生红移和蓝移现象需要进行一定的理论计算
可通过反式异构体的λmax 和εmax大于顺式异构体判定是否为顺反异构物
十三、实验结果的定量分析
应用朗伯比尔定律，A= εbc，不同浓度同种物质，吸收曲线形状相似λmax不变。
吸收谱带强度和物质分子吸收的光子数成正比，是物质定量分析的依据
干扰消除：
选择干扰成分等吸收的两个波长
利用Aλ1 = Aa λ1 + Ai λ1
Aλ2 = Aa λ2 + Ai λ2
Ai λ1 = Ai λ2
Aa λ2 - Aa λ1 =（εaλ1 -εaλ2）bCa
定量分析过程中除了受到干扰离子作用外还可能受到增色减色效应的影响
十四、误差分析及其解决办法
(1)浓度过大时，吸光质点相互作用——将待测样品进行稀释后测量
(2)存在着解离，聚合，互变异构等化学平衡——反应前大概确定其中是否含有会和待测物质发生上
述反应的物质。
有的话应予以消除，或者在实验过程中，检查最大吸收波长与标准谱线的区别并且以此来进行分析是否存在上述反应。