分子吸收光谱法
第二章 可见紫外吸收光谱分析1
由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于
用于可见光域内。 石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从185－ 4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。
光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的。
它可用于紫外、可见及红外光域，而且
在整个波长区具有良好的、几乎均匀一 致的分辨能力。
它具有色散波长范围宽、分辨本领高、 成本低、便于保存和易于制备等优点。 缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。
它是分光光度法定量分析的依据。
吸光系数
朗伯-比耳定律中，当c以克/升，液层厚 度b以厘米表示时，常数K以a表示，称 为吸光系数。 a的单位为升/克.厘米。 朗伯-比耳定律 :A=abc
摩尔吸光系数
朗伯-比耳定律中，浓度用摩尔/升，液 层厚度b用厘米为单位表示，则K用另一 符号ε来表示。 ε称为摩尔吸光系数(或克分子消光系数)， 单位为升/摩尔.厘米。 它表示物质的浓度为1摩尔/升，液层厚 度为1厘米时溶液的吸光度。 朗伯-比耳定律 : A=εbc
72型 721型
751型 WFD-8型
760 40000
～
硅碳棒或 辉光灯
岩盐或萤 石棱镜
WFD-3型 WFD-7型
一、组成部件
光源
单色器
样品池
记录装置
检测器
（一）光源
对光源的基本要求是应在仪器操作所 需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足 够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射 能量随波长的变化应尽可能小。 常用的光源有热辐射光源（如钨丝灯 和卤钨灯）和气体放电光源（如氢灯和氘 灯）两类。
1)非单色光的影响： 光吸收定律的重要前提是入射光
分子吸收光谱法
分子吸收光谱法
分子吸收光谱法是一种常用的分析方法，用于测定分子在特定波长范围内对光的吸收情况。
该方法利用分子在特定波长的光照射下，能够吸收光的能量，从而产生吸收峰。
分子吸收光谱法可用于研究物质的结构、测定物质的浓度以及研究反应动力学等。
常见的分子吸收光谱法包括紫外-可见吸
收光谱(UV-Vis)、红外吸收光谱(IR)和核磁共振光谱(NMR)等。
紫外-可见吸收光谱是最常用的分析方法之一，它通过测量分
子在紫外到可见光波长范围内吸收的光强来推断分子结构和浓度。
分子在特定波长下的吸收峰强度与分子中特定化学键的存在和浓度成正比。
红外吸收光谱利用物质在红外波长范围内对光的吸收，通过测量红外辐射穿过物质后的强度变化来推断物质的结构和化学键的存在。
红外吸收光谱可以用于鉴定物质的组成、研究其功能基团和判断化学反应的进行。
核磁共振光谱利用物质在磁场中核自旋的能级差别以及对外加射频辐射吸收和发射能量的差别，通过测量样品的核磁共振信号来推断物质的结构和化学环境。
核磁共振光谱可以用于确定分子的立体化学结构、鉴定物质的种类和测定分子的定量。
总之，分子吸收光谱法是一种重要的分析方法，可以用于研究物质的结构和性质，为许多领域的科学研究和实际应用提供有力支持。
分子光谱法
2、
跃迁
处于成键轨道上的 电子跃迁到 反键轨道上，称
为
跃迁。
跃迁吸收峰的波长在20nm附近，其特征是吸 收强度大（ ＞104）。
不饱和有机物，如具有
或
、
等基
团的有机化合物都会产生
跃迁。
第八章 分子光谱法
3、
跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如C=O、C=S、N=N等化
合物，其未成键轨道中的n电子吸收能量后，向 反
第八章 分子光谱法
三、分子吸收光谱的基本原理 由光吸收定律及光与物质的相互作用可知，任何一种 物质对不同波长的光的吸收程度都是不相同的。
以溶液为例，将各种不同波长的单色光依次通过一定 浓度和液层厚度的某有色溶液，测量每一波长下该有 色溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后以波长为 横坐标，以吸光度为纵坐标作图，即可得一曲线。该 曲线称为吸收曲线或吸收光谱。
分子光谱法分为吸收光谱法（如红外吸收光谱法、紫 外及可见吸收光谱法等）、发射光谱法（如荧光光谱 法）及散射光谱法（如拉曼光谱）三种基本类型。
在一般情况下，分子处于基态，当光与物质发生相互作用时，分子 吸收光能，从低能级跃迁到高能级产生吸收光谱。若分子从高能级 回复到低能级则释放出光能，形成发射光谱。散射光谱是光被物质 散射时，分子内能级的跃迁改变散射光频率而产生的。
第八章 分子光谱法
二、分子吸收光谱中的跃迁类型 化合物分子中主要还有三种类型的价电子，即形成单 键的 电子、形成双键或三键的 电子及未成键的n电子 （也称为p电子）。根据分子轨道理论，分子中这三 种电子的成键和反键分子轨道能级高低顺序为：
分子中不同轨道的价电子具有不同的能量，处于较低能级 的价电子吸收一定能量后，可跃迁到较高能级。在紫外可见光区，吸收光谱主要由 跃迁产生。
分子吸收光谱
分子吸收光谱首页资讯法规技术质量检验标准资料仪器图库商城人才英语课堂专题网刊网址论坛当前位置：首页>>检验技术>>食品理化检验>>仪器分析>>正文分子吸收光谱一. 分子吸收光谱的产生（一）分子能级与电磁波谱分子中包含有原子和电子，分子、原子、电子都是运动着的物质，都具有能量，且都是量子化的。
在一定的条件下，分子处于一定的运动状态，物质分子内部运动状态有三种形式：①电子运动：电子绕原子核作相对运动；②原子运动：分子中原子或原子团在其平衡位置上作相对振动；③分子转动：整个分子绕其重心作旋转运动。
所以：分子的能量总和为E分子= Ee +Ev +Ej +⋯ (E0 +E平) (3)分子中各种不同运动状态都具有一定的能级。
三种能级：电子能级E（基态E1 与激发态E2）振动能级V= 0，1，2，3 ⋯转动能级J = 0，1，2，3 ⋯当分子吸收一个具有一定能量的光量子时，就有较低的能级基态能级E1 跃迁到较高的能级及激发态能级E2，被吸收光子的能量必须与分子跃迁前后的能量差∆E 恰好相等，否则不能被吸收。
图1 双原子分子的三种能级跃迁示意图对多数分子对应光子波长光谱∆E 约为1~20eV 1.25 ~ 0.06㎛ 紫外、可见区(电子)∆E 约为0.5~1eV 25 ~ 1.25㎛ (中)红外区(振动)∆E约为10-4~0.05eV 1.25cm~ 25㎛ （远）红外区(转动)分子的能级跃迁是分子总能量的改变。
当发生电子能级跃迁时，则同时伴随有振动能级和转动能级的改变，即“电子光谱”——均改变。
因此，分子的“电子光谱”是由许多线光谱聚集在一起的带光谱组成的谱带，称为“带状光谱”。
分子吸收光谱法标准
分子吸收光谱法：原理、应用与标准化一、引言分子吸收光谱法是一种广泛应用于化学、生物学、环境科学等多个领域的重要分析技术。
通过测量分子对特定波长光的吸收，可以研究分子的结构、组成和反应过程。
本文将详细探讨分子吸收光谱法的原理、应用以及标准化问题，旨在帮助读者更深入地了解这一技术。
二、分子吸收光谱法的基本原理分子吸收光谱法基于分子对光的吸收特性。
当光通过含有分子的样品时，分子会吸收特定波长的光，导致光的强度减弱。
这种减弱与分子的浓度、光程长度以及分子的吸收截面有关。
通过测量不同波长下的光强减弱，可以得到分子的吸收光谱，进而推断出分子的结构、组成和浓度等信息。
三、分子吸收光谱法的应用1. 化学分析：分子吸收光谱法在化学分析中具有广泛应用，如定性鉴定、定量分析等。
通过对样品中分子的吸收光谱进行测量，可以确定样品的化学组成和浓度。
这种方法具有灵敏度高、选择性好等优点，适用于多种化学物质的检测和分析。
2. 生物学研究：在生物学研究中，分子吸收光谱法常用于研究生物大分子的结构和功能。
例如，通过测量蛋白质、核酸等生物大分子的吸收光谱，可以推断出它们的构象变化、相互作用等信息，有助于揭示生物大分子的生理功能和调控机制。
3. 环境监测：分子吸收光谱法在环境监测领域也发挥着重要作用。
例如，通过测量大气、水体等环境中污染物的吸收光谱，可以评估环境质量、污染源排放等信息，为环境保护和治理提供科学依据。
4. 材料科学：在材料科学领域，分子吸收光谱法可用于研究材料的结构、性质和制备过程。
例如，通过测量材料对光的吸收特性，可以研究其能带结构、光学性能等信息，为材料设计和应用开发提供依据。
四、分子吸收光谱法的标准化问题1. 仪器校准：为保证分子吸收光谱法的准确性和可靠性，需要对使用的仪器进行定期校准。
校准包括光源稳定性、光路系统准直性、检测器灵敏度等方面的检查和调整，以确保仪器在测量过程中的性能稳定可靠。
2. 样品制备：样品制备是影响分子吸收光谱法准确性的重要因素之一。
(完整版)图吸收光谱曲线
（8） B带
➢ 由芳香族化合物的π →π*跃迁而产生的精 细结构吸收带。
例如： 苯的B带： 摩尔吸光系数：200 L ·mol-1 ·cm-1 吸收峰的位置：230~270nm之间
（9） E带
➢ 芳香族化合物的π →π*跃迁所产生的吸收带， 也是芳香族的特征吸收峰。
苯的紫外吸收光谱
4、影响紫外-可见吸收光谱的因素
（2） 助色团
➢ 助色团是指本身不产生吸收峰，但与生色团 相连时，能使生色团的吸收峰向长波方向移动， 并使其吸收强度增强的基团。
例如：
—NH2 、—OH 、—OR 、—SH 、—SR 、—Cl 、—Br等
（3） 红移和蓝移
➢ 在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶 剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长max发生 移动。
例如：含有杂原子的不饱和基团：
（4） 电荷转移跃迁：
➢ 某些分子同时具有电子给予体和电子接受体， 它们在外来辐射照射下会强烈吸收紫外光或可 见光，使电子从给予体轨道向接受体轨道跃迁， 这种跃迁称为电荷转移跃迁，其相应的吸收光 谱称为电荷转移吸收光谱。
➢ 电荷转移跃迁实质上是一个内氧化还原过程。
例如：某些取代芳烃可产生这种分子内电荷转移 跃迁的吸收带。
➢ n → σ* 跃迁的摩尔吸光系数ε较小
（2） π→ π*跃迁：
➢ 吸收峰处于近紫外光区，在200nm左右，摩
ε 尔吸收系数 max > 104 L ·mol-1 ·cm-1 ，为强吸收带。
例如：含有π电子的基团：
（3） n → π*跃迁：
➢ 近紫外-可见光区，ε<100 L ·mol-1 ·cm-1
3、常用术语 （1） 生色团
➢ 生色团是指分子中能吸收紫外或可见光的 基团，它实际上是一些具有不饱和键和含有 孤对电子的基团。
气相分子吸收光谱法
气相分子吸收光谱法
气相分子吸收光谱法介绍
1、方法原理
气相分子吸收法（Gas-Phase Molecular Absorption Spectrometry，以下简称GPMAS）的理论基础是朗伯－比尔定律。
待测气体的浓度一定范围内与其吸光度呈现线性关系。
通过的特定的化学反应，将被测成份转化为气体，然后对生成的气体进行定量分析，从而计算出被测成分的含量。
例如：分析硫化物可将被测物转化为H2S测定；分析亚硝酸盐可将被测物转化为NO2测定；分析总氮可将被测物转化为NO测定；分析汞含量时可将被测物还原为汞蒸气测定。
另外也可直接测定气体含量，就是在一定的压力下，将测定成份直接进入测量系统测定吸光度（可测定大气中NO2、SO2以及H2S等气体），然后与测得己知浓度的标准溶液和标准气体的吸光度进行比较而得到样品的分析结果。
2、方法溯源
气相分子吸收法测定亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮、凯氏氮、总氮、硫化物得到了国家环保部的认可，多年以前就被纳入“水和废水监测分析方法”（笫四版）中。
同时，此6个方法于2005年11月15日通过国家环保部组织的方法验证、专家审定，并作为国家环保标准方法发布实施。
因此，专业实验室采用本方法时，符合ISO17025管理体系对方法来源的要求
3、方法对比
气相分子吸收法与离子色谱、流动注射分析法对比。
紫外-可见吸收光谱法
助色团： （Auxochromous group） 有一些含有n电子的基团(如—OH、— OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身 没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光) ，但当它们与生色团相连时，就会发生 —π*共轭作用，增强生色团的生色能 力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强 度增加)，这样的基团称为助色团。
(四) *跃迁
所需能量较小，吸收波长处于远紫外区 的近紫外端或近紫外区，最大吸收波长 λ在200nm左右，摩尔吸光系数εmax一般 在104L· －1· －1以上，属于强吸收。 mol cm 不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发 生该类跃迁。
相关术语
生色团：（Chromogenesis group） 最有用的紫外—可见光谱是由π→π*和 n→π*跃迁产生的。这两种跃迁均要求有 机物分子中含有不饱和基团。这类含有π 键的不饱和基团称为生色团。简单的生 色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、 羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔 基、腈基等。
当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度 A与其浓度和比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。 当浓度以 g/L 表示时，称 k 为吸光系数，以 a 表示，即
A abc
当浓度以mol/L表示时，称 k 为摩尔吸光系数，以 表示， 即
A bc
比 a 更常用。 越大，表示方法的灵敏度越高。 与波长有关，因 此， 常以表示。
摩尔吸光系数ε 的讨论 • 吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； • 不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温 度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身 的性质有关； 可作为定性鉴定的参数； 同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。 在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以 εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的 吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达 到的最大灵敏度。
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第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節
分子吸收光譜之特性 吸光測定法之定量原理 相關儀器 分子吸光測定之操作細節 定量方法 應用範例
儀器分析 梁哲豪 編著
第一節 分子吸收光譜之特 性
電 磁 輻 射 中 紫 外 光 的 波 長 大 約 為 180~380 nm ， 可 見 光 大 約 為 380~780 nm。不同顏色的試樣溶 液會吸收不同波長範圍的可見 光，試樣溶液的顏色乃吸收特定 顏色可見光後所顯現的互補色。
0.44
b
Source
Detector
Samples
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Path Length Dependence, b
Readout Absorbance
0.66
b
Source
Detector
Samples
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
固定寬度，因此在相同操作條件下b可視為常 數，所以Beer’s Law可以簡化為
比爾定律中吸光度與濃度間存在線性關係，而透 光率與濃度間則為非線性關係
max
A = ac
也就是A與c成線性正比關係，其斜率(sloop)為a
1.0
斜率(sloop)=a
A
儀器分析 梁哲豪 編著
c
儀器分析 梁哲豪 編著
比爾定律
在適當條件下，試樣之吸光度正比於試樣中 吸收物種的濃度，其間的關係符合比爾定 律，即
儀器分析 梁哲豪 編著
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Path Length Dependence, b
Readout Absorbance
0.00
Source
Detector
儀器分析 梁哲豪 編著
Concentration Dependence, c
Readout Absorbance
0.00
Source
Detector
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Concentration Dependence, c
Readout Absorbance
0.32
c = 25mg/ml
b
Source
Detector
Sample
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Concentration Dependence, c
Readout Absorbance
0.64
c = 50mg/ml
Source b
Detector
Sample
儀器分析 梁哲豪 編著
3
a:待測成分的吸收係數是取決於該成分分子性質的一個比例常 數，與波長有關，並根據有吸收的待測成分所受的外界化學環 境(pH、離子強度、溶劑等)而變化。
儀器分析 梁哲豪 編著
4
比爾定律適用性之限制
濃度之限制 儀器之限制
儀器分析 梁哲豪 編著
濃度之限制
比爾定律僅適用在稀薄溶液之吸光 測定，在較高濃度時，吸光度和濃 度之間將偏離線性關係。於實際測 定上，吸光度1以內通常能符合比 爾定律之線性關係；吸光度1以上 之測定值則可能會存在偏差。
儀器分析 梁哲豪 編著
儀器分析 梁哲豪 編著
儀器分析 梁哲豪 編著
分子吸收光譜法主要用於試樣之定 量分析。試樣溶液若有顏色，則會 吸收特定波長範圍的可見光，因此 可選擇以可見光吸光測定法分析。 無色的試樣溶液可利用紫外光吸收 光譜法測定，或先經過適當的呈色 反應，使待測成分變成有顏色的物 質，再以可見光吸收光譜法分析。
2
Beer’s Law A = abc
Path Length Dependence, b
Readout Absorbance
0.22
b
Source
Detector
Sample
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Path Length Dependence, b
Readout Absorbance
0.03
b
Source
Detector
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Wavelength Dependence, a
Readout Absorbance
0.80
b
Source
Detector
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law
A
A = abc 一般實驗室所用的樣品槽的光徑為1cm或是為某個
P/Po %T Po/P A
1
100 1
0
0.1
10 10 1
0.01 1 100 2
A=-logT=logP0/P
儀器分析 梁哲豪 編著
透出光之強度除了與試樣之濃度有關外， 尚受光析管之影響。為去除光析管所造成 的影響，以雙光束儀器分析時，可使用一 對材質與型式相同的光析管，其一盛裝試 樣溶液，以透出光的強度當作P；另一則 盛裝空白溶液，以透出光的強度當作Po。 因此，試樣吸光度之實驗值可表示如下：
儀器分析 梁哲豪 編著
第二節 吸光測定法 之定量原理
吸光度與透光率 比爾定律
儀器分析 梁哲豪 編著
儀器分析 梁哲豪 編著
1
吸光度與透光率
溶液之吸光度
式中T為透光率，A是吸光度，Po是 入射光的強度，P為透出光的強度。
儀器分析 梁哲豪 編著
儀器分析 梁哲豪 編著
Relation Between Transmittance and Absorbance
儀器之限制
嚴格說來，比爾定律只適用在通過 溶液的光是單一波長的輻射，也就 是 單 色 輻 射 (monochromatic radiation)。於實際應用上，若吸光 測定波長是選在最大吸收之波峰 處，則此附近吸光係數因波長不同 所造成之變化通常很小。
儀器分析 梁哲豪 編著
第三節 相關儀器
用於試樣溶液吸光測定的儀器主要 有光度計 (photometer)和分光光度 計 (spectrophotometer) ， 前 者 一 般 為單光束(single beam)之設計，後 者 則 為 雙 光 束 (double beam) 之 型 式。
Beer’s Law A = abc
Wavelength Dependence, a
Readout Absorbance
a 與波長有關
0.82
Source
Detector
儀器分析 梁哲豪 編著
Beer’s Law A = abc
Wavelength Dependence, a
Readout Absorbance