液体紫外固体紫外原理及实例
物化实验课件-固体样品的紫外-可见漫反射光谱(uv-vis drs)测定
固体样品的紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测定一、实验目的1.掌握紫外-可见漫反射原理；2.了解紫外-可见分光光度计的类型和结构；3.数据处理及分析。
二、实验原理1.紫外-可见漫反射光谱与紫外一可见吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。
吸收光谱符合朗伯-比尔定律，溶液必须是稀溶液才能测量。
而漫反射光谱，所测样品可以是浑浊溶液、悬浊溶液、固体和固体粉末等，试样产生的漫反射符合Kublka-Munk方程式：()2-=R R K S12//∞∞式中：K——吸收系数S——散射系数R∞——表示无限厚样品的反射系数R的极限值，其数值为一个常数。
实际上，一般不测定样品的绝对反射率，而是以白色标准物质为参比（本实验采用BaSO4，其反射系数在紫外-可见区高达98%左右）比较测量得到的相对反射率R∞(样品)/R∞(参比)，将此比值对波长作图，构成一定波长范围内该物质的反射光谱。
积分球是漫反射测量中的常用附件之一，其内表面的漫反射物质反射系数高达98%，使得光在积分球内部的损失接近零。
漫反射光是指从光源发出的的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光。
这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器。
2.固体漫反射吸收光谱漫反射光谱是一种不同于一般吸收光谱的在紫外、可见和近红外区的光谱，是一种反射光谱，与物质的电子结构有关。
D:漫反射S:镜面反射固体漫反射示意图当光照射固体样品时，固体样品的外层电子产生跃迁。
νλE=h=h*C/式中：E为禁带能h=6.626⨯10-34J⋅S（普朗克常数）C=8⨯108m⋅S-1λ为截止波长，待测本实验测试仪器为岛津公司生产的UV-3600（大附件MPC-3100）分光光度计。
三、实验过程1.打开分光光度计预热20-30min;2.通过UVProbe软件设置相应参数;3.样品漫反射光谱测试；4.数据处理及分析。
四、实验报告及要求1.掌握实验原理以及相关知识；2.参数设置时的技巧；3.计算所测半导体材料的带隙，附图谱。
紫外可见分光光度计基本原理
应用
定量分析——标准曲线法
最大吸收波长
在一定波长下，测定某物质的标准 系列溶液的吸光度做标准曲线，然 后测定样品溶液的吸光度值，根据 所测吸光度，求出所测溶液浓度。
吸
AX
光
度
波长范围
CX
应用
定量分析——对照法
A标 = K c标 l Ax = K cx l
cx = Ax C标
A0
谢谢！
称为电荷迁移吸收光谱。
例如:某些取代芳烃可产生这种分子内电荷迁移跃迁吸收带。谱带较宽，吸收强度较大， εmax可大于104
无机化合物 电子迁移跃迁 吸收光谱 配位场跃迁
收能量后向σ*反键跃迁，这种跃迁可以吸收波长在200nm左右。
n
π *跃迁：含有杂原子不饱和基团，如C=O,C=S,-N=N-等化合物，这种跃
迁一般处于近紫外区（200 ～ 400nm）。
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。因此，电荷迁移跃迁实质是一个内氧化还原的过程，而相应的吸收光谱
吸光物质的溶液时，在入射光的波长强度以及溶液的温 度等因素保持不变的情况下，该溶液的吸光度A与溶液 的浓度c及液层厚度l的乘积成正比关系，称为朗伯比尔 定律。
A=K·c·l
适用条件：单色光、稀溶液
朗伯比尔定律
A=K·c·l K—比例常数，与入射光的波长、溶液的性质、
液层厚度以及温度有关。 c—吸光物质的浓度。 l—透光液层厚度。
定义
紫外-可见分光光度法（ultraviolet and visible spectrophotometry ;
UV- vis ）是研究物质在紫外-可见光区（200 ～ 800nm）分子吸收光谱的分析方 法。
实例解析——紫外可见分光光度法(UV-VIS)
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。
紫外线的物理原理及应用
紫外线的物理原理及应用1. 紫外线的定义与产生方式•紫外线是指波长介于100纳米至400纳米之间的电磁辐射，处于可见光和X射线之间。
•紫外线主要通过电子跃迁和分子振动产生，包括太阳辐射、人工光源和电子设备等。
2. 紫外线的分类和特点•紫外线根据波长的不同，可分为紫外A波（UVA）、紫外B波（UVB）和紫外C波（UVC）。
•UVC波长最短，能量最高，但被地球大气层吸收，对人体影响最小；UVB波长稍长，能量适中，主要影响皮肤；UVA波长最长，能量最低，容易穿透大气层和皮肤，对人体影响最大。
3. 紫外线的物理原理•紫外线的产生源于电磁辐射，主要通过太阳、人造光源和电子设备等发出。
•紫外线是电磁谱中波长较短的部分，其能量高于可见光，但低于X射线。
•紫外线通过电子跃迁和分子振动等过程产生，与物质相互作用时会引起化学和生物反应。
4. 紫外线的应用领域• 4.1 化学领域–紫外线在化学分析中广泛应用，如紫外可见分光光度法和紫外荧光分析法等。
–紫外线可用于催化反应、光催化材料的制备，还能促进化学反应的速度和选择性。
• 4.2 医疗领域–紫外线在医疗领域中被用于疾病的治疗和预防，如紫外线消毒、紫外线灯治疗白癜风等。
–紫外线能够杀灭细菌和病毒，消除皮肤上的疱疹和湿疹等皮肤病。
• 4.3 工业领域–紫外线可用于固化涂层，如油墨、涂料和染料等，提高产品质量和生产效率。
–紫外线还用于杀菌、杀虫和除臭等工业应用，净化空气和水源，保证产品的卫生和质量。
• 4.4 生命科学领域–紫外线在生物学和生物化学研究中具有重要作用，如DNA测序、DNA复制和蛋白质电泳等。
–紫外线还可用于细胞培养、细胞分离和基因工程等生物技术领域。
5. 紫外线的健康风险与防护•长期暴露在紫外线下会引发多种健康问题，如皮肤癌、眼睛疾病和免疫系统抑制等。
•为了减少紫外线的伤害，应采取以下防护措施：–减少太阳照射时间，避免在阳光强烈的时段外出；–使用防紫外线吸收剂的化妆品和防晒霜；–穿着长袖衣物和帽子，戴上太阳镜保护眼睛。
(完整版)紫外可见分光光度计--原理及使用
应用分光光度计已经成为现代分子生物实验室常规仪器。
常用于核酸、蛋白定量以及细菌生长浓度的定量。
我们实验室主要是用来测物质的光度以求得物质的浓度或者酶活。
基本原理分子的紫外可见吸收光谱是由于分子中的某些基团吸收了紫外可见辐射光后，发生了电子能级跃迁而产生的吸收光谱。
它是带状光谱，反映了分子中某些基团的信息，可以用标准光谱图再结合其它手段进行定性分析。
朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即A= kcl式中比例常数k与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。
c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。
组成各种型号的紫外－可见分光光度计，就其基本结构来说，都是由五个基本部分组成，即光源、单色器、吸收池、检测器及信号指示系统。
1.光源在紫外可见分光光度计中，常用的光源有两类：热辐射光源和气体放电光源。
热辐射光源用于可见光区，如钨灯和卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。
2．单色器单色器的主要组成：入射狭缝、出射狭缝、色散元件和准直镜等部分。
单色器质量的优劣，主要决定于色散元件的质量。
色散元件常用棱镜和光栅。
3.吸收池吸收池又称比色皿或比色杯，按材料可分为玻璃吸收池和石英吸收池，前者不能用于紫外区。
吸收池的种类很多，其光径可在0.1~10cm之间，其中以1cm光径吸收池最为常用。
4、检测器检测器的作用是检测光信号，并将光信号转变为电信号。
现今使用的分光光度计大多采用光电管或光电倍增管作为检测器。
5、信号显示系统常用的信号显示装置有直读检流计，电位调节指零装置，以及自动记录和数字显示装置等。
操作步骤操作之前1.1开启电源进行初始化开启主机电源，分光光度计将按屏幕所显示的项目进行自检和初始化，如下图所示。
所有项目检测完毕，初始化结束，整个过程大约需要4min（若使用多池检测需5min）。
每个项目进行初始化操作时将被加亮显示，当初始化完成后，该项右边的星标也将加亮显示。
紫外实验课件
四、分子吸收光谱与电子跃迁
1．紫外—可见吸收光谱
有机化合物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价 电子跃迁的结果（三种）：σ电子、π电子、n电子。 分子轨道理论：一个成 键轨道必定有一个相应的反 键轨道。通常外层电子均处 于分子轨道的基态，即成键 轨道或非键轨道上。
吸收光谱法紫外可见分光光度法原子吸收光谱法红外吸收光谱法x射线吸收光谱法y射线光谱法莫斯鲍尔核磁共振波谱法激光吸收光谱法电磁波和跃迁类型y射线核跃迁内层电子跃迁远紫外中层电子跃迁紫外可见外层电子跃迁红外光分子振动微波分子转动当强度为i0的一定波长的单色入射光束通过装有均匀待测物的溶液介质时该光束将被部分吸收ia部分反射ir余下的则通过待测物的溶液it即有
1）测量波长的选择：
max Amax 测定灵敏度高 max 左右 较小的A
A E 须在max 下测定 C l
2013-12-9
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2）吸光度读数范围的选择： 3）参比溶液(空白溶液)的选择：
选A=0.2~0.8
注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素对透光率的干扰
3.紫外—可见分子吸收光谱与电子跃迁
物质分子内部三种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动 （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动 （3）分子本身绕其重心的转动
分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级
三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er 即 E＝Ee+Ev+Er ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr
紫外分光光度基本原理和分析
咖啡因样品用紫外光谱定性和定量，上：标准 品；下：样品
（二）吸光系数：郎伯-比尔定律中的K称为吸 光系数。因比色杯的直径用cm为单位，因此K 的单位决定于浓度c用什么单位，如c以mol/L为 单位时K称为摩尔吸光系数，用Emol或εmol表示； 如果物质的分子量未知，浓度可用%为单位，K 称为百分吸光系数，用E%表示。
通过比色方法从显色强度求浓度，这是比色分
析的原理。
入射光强度I0
透过光强度I1 溶液厚度L（比色杯直径）
I1=I0·10－K·L·C移项成：I1/I0=10－K·L·C 式中K为常 数，可因物质的吸光特性和采用单色光的波长
不同而有所不同，与溶液的厚度和浓度无关。
上式写成以10为底的对数，Iog(I1/I0)=－K·L·C ，再以透光度T=I1/I0时，则上式成为IogT=－ K·L·C或者－IogT=K·L·C。I1/I0称为透光度或透 光率，表示透过光强度是入射光强度的百分之
使用普通玻璃比色杯，而在紫外分光光度计上 必须用对紫外线无吸收的石英玻璃比色杯。
三. 可见—紫外分光光度计的应用 （一）光谱分析：有时候需要研究某物质在某 溶剂中的光谱特性，如Vc的乙酸溶液在252.0 nm和237.5nm处有吸收波峰。
大多数情况下，比色分析都提供了使用光的 波长（一般是最大吸收峰波长）。如果没有提 供使用波长的话，可以用紫外分光光度计从 200～1000nm范围内扫描吸收光谱，搜索到吸 收峰，再用吸收峰波长来比色分析。
紫外分光光度基本 原理和分析
பைடு நூலகம்
绿、蓝、青、紫等组成的光谱，称为发射光谱。 如果在白炽灯光与棱镜之间放一个有色溶液的 玻璃皿，则通过棱镜后的光谱上会出现一处或 几处暗带，这种带有暗带的光谱称为该有色溶 液的吸收光谱，吸收光谱显示该溶液对光的选 择性吸收的特性。溶液所呈现的颜色是它的吸 收光谱中透过最多、吸收最少的那部分波长光 线的颜色，而暗带部分则是它透过最少、吸收 最多的那部分波长光线的颜色。
紫外分光光度计工作原理
紫外分光光度计工作原理紫外分光光度计（UV-Vis 分光光度计）是一种用于分析和检测物质吸收和传输性质的仪器。
它主要应用于化学、生物、环境等领域，通常用于分析溶液、气体和固态样品中的吸收光谱。
本文将从紫外分光光度计的工作原理、光学系统、样品处理及数据处理等方面进行全面介绍。
一、紫外分光光度计的工作原理UV-Vis 分光光度计的工作原理基于比尔-朗伯定律。
该定律规定了物质溶液对紫外和可见光的吸收现象，即物质浓度与光线透过溶液所受到的衰减之间存在着对数关系。
根据比尔-朗伯定律，溶液中的吸光度（A）与物质浓度（C）、光程（l）以及摩尔吸光系数（ε）之间存在以下关系：A = εcl。
UV-Vis 分光光度计通过测量样品对入射光的吸收，进而确定样品中的物质浓度。
其测量原理主要包括以下几个步骤：1. 光源发射：紫外分光光度计通常采用氙灯或钨灯作为光源，发射宽波长的紫外至可见光光谱范围内的光线。
2. 光线选择：光线通过单色器进行过滤和分解，选择特定波长的光线照射到样品上。
3. 样品吸收：样品吸收特定波长的光线，吸收光强度与样品中的吸收物质浓度成正比。
4. 光线检测：使用光电二极管或光电倍增管检测透过样品的光线强度，从而测定样品对吸收光的强度。
5. 数据处理：根据比尔-朗伯定律，分析检测到的光强度与样品中吸收物质的浓度之间的关系，计算出样品的吸光度。
通过上述步骤，紫外分光光度计可以通过测定样品的吸光度来确定物质的浓度，并且可根据标准曲线或外标法来进行定量分析。
二、光学系统紫外分光光度计的光学系统主要包括光源、单色器、样品室和光电检测器等部分。
这些部分相互协作，完成对样品吸收光谱的测量。
1. 光源：光源通常选用氙灯或钨灯，能够提供足够强度和广泛波长范围的光线。
紫外光源主要用于测量200nm至400nm范围的光谱，可见光源主要用于400nm至800nm范围的光谱。
2. 单色器：单色器的作用是将光源发出的宽谱束光分解成单一波长的光线。
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按所吸收光的波长区域不同，分为 紫外分光光度法和可见分光光度法，合称 为紫外-可见分光光度法。
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基本原理----朗伯-比尔定律 一、吸光度和透光度
设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia,透 射光强度为 It，反射光强度为Ir，则
I0= Ia+ It+ Ir 由于反射光强度很弱，其影响很小，上式 可简化为：
I0= Ia+ It
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吸光度: 为透光度倒数的对数，用A表示， 即A=lg1/T=lgI0/It
透光度：透光度为透过光的强度It与入射光 强度I0之比，用T表示：
即 T= It/I0
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• 二、朗伯-比尔定律
•
朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过 含 有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光 度与 吸光物质浓度、液层厚度乘积成正 比，即
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紫外-可见分光光度法
紫外的发展史
仪器的原理
仪器组成
固体紫外与液体紫外的区别
紫外应用实例
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固体紫外实例--60nm的金颗粒负载在聚合物中
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液体紫外应用实例--40nmAuNPs的uv数据
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液体紫外应用实例--40nmAuNPs的uv数据
6、美国Beckman公司于1945年，推出世界上第一台成熟的紫外 可见分光光度计商品仪器
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紫外-可见分光光度法
紫外的发展史
仪器的原理
仪器组成
固体紫外与液体紫外的区别
紫外应用实例
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基本原理
它是利用物质的分子或离子对某一 波长范围的光的吸收作用，对物质进行定 性分析、定量分析及结构分析, 所依据的 光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长 的光而产生的吸收光谱。
（55nm ,534.2nm）
528.2nm波长对应金颗粒的粒径为40nm左右 [2]
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不同粒径的金颗粒
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பைடு நூலகம் 参考文献
[1] 王高明，郭城，张亮亮等.积分球光能均匀性的Monte Carlo模拟[J].微光与红外， 2009,39(1)：67-69. [2] Y. Feng, J. He, H. Wang, Y. Y. Tay, H. Sun, L. Zhu and H. Chen, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 2004–2007.
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固体紫外与液体紫外区别---仪器构成
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积分球的原理：
积分球是紫外可见分光光度计最为重要的附属装置，由于积分球的使用，大大扩 展了光度计可以测定的样品形态和种类，比如悬浊样品和不透明类样品。分析测 试中心的紫外-可见分光光度计（U-3310）配置的积分球装置如图所示：
4、1859年本生(R．Bunsen)和基尔霍夫(G．Kirchhoff)发现由食 盐发出的黄色谱线的波长和“夫琅和费线，；中的D线波长完全 一致，才知一种物质所发射的光波长（或频率），与它所能吸 收的波长（或频率）是一致的。
5、1862年密勒( Miller)应用石英摄谱仪测定了一百多种物质的 紫外吸收光谱。他把光谱图表从可见区扩展到了紫外区，并指出： 吸收光谱不仅与组成物质的基团质有关。
液体紫外固体紫外原理及实例
紫外-可见分光光度法
紫外的发展史
仪器的原理
仪器组成
固体紫外与液体紫外的区别
紫外应用实例
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发展简史
1、早在1665年，牛顿首次通过分光光度法发现太阳光是复合 光的事实。
2、1815年夫琅和费(J. Fraunhofer)仔细观察了太阳光谱， 发现太阳光谱中有600多条暗线，并且对主要的8条暗线标以A、 B、C、D…H的符号。这就是人们最早知道的吸收光谱线，被 称为“夫琅和费线”。
0.575
光源
单色器
检测器
显示
吸收池
单色器：将光源发射的复合光分解成连续光谱并可从中选出任一波长单色 光的光学系统。 检测器：利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号。 11
吸收池
吸收池：又叫比色皿，用于盛放待测溶液和决定透光液层 厚度的器件。
主要有石英吸收池和玻璃吸 收池两种。 在紫外区须采用石英吸收池， 可见区一般用吸收玻璃池。 主要规格0.5cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm和5.0cm
注意事项：手执两侧的毛面，盛放液体高度四分之三。
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紫外-可见分光光度法
紫外的发展史
仪器的原理
仪器组成
固体紫外与液体紫外的区别
紫外应用实例
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固体紫外与液体紫外区别
仪器组成 测量参数 所测样品
液体紫外 无积分球 吸光度
固体紫外 有积分球
漫反射
液体样品
悬浊样品和不透明类 样品
3、朗伯( Lambert)早在1760年就发现物质对光的吸收与 物质的厚度成正比，后被人们称之为朗伯定律；比耳 ( Beer)在1852年又发现物质对光的吸收与物质浓度成正 比，后被人们称之为比耳定律。在应用中，人们把朗伯定 律和比耳定律联合起来，又称之为朗伯—比耳定律。
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发展简史
•
A= κ cl
式中比例常数κ与吸光物质的本性，入射 光
波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓 度，
l为透光液层厚度。
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紫外-可见分光光度法
紫外的发展史
仪器的原理
仪器组成
固体紫外与液体紫外的区别
紫外应用实例
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基本组成--单光束分光光度计
光源：提供符合要求的入射光。 要求：在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱， 具有足够的辐射强 度、较好的稳定性、较长的使用寿命。
光线由输入孔入射后，光线在此球内部被均匀的反射及漫射，因此输出孔所得到 的光线为相当均匀之漫射光束。 而且入射光之入射角度、空间分布、及极化皆不 会对输出之光束强度及均匀度造成影响[1]。
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积分球的基本工作原理
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固体紫外与液体紫外区别---积分球
双光束积分球式分光光度测试仪有两个光栅和两个检测器。测量时光源只闪一次，同 样测样品和参比白。这样就克服了系统变化所带来的误差，测量数据的精度非常高。