紫外-可见光光谱解析
(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。
紫外–可见吸收光谱原理
紫外–可见吸收光谱原理
紫外-可见吸收光谱是一种常用的光谱分析技术，用于分析物
质的化学结构和浓度。
它基于物质对紫外-可见光的吸收特性。
紫外-可见光谱是通过将被测物质溶解在适当的溶剂中，然后
用一束紫外-可见光照射样品，并测量样品对光的吸收来进行的。
紫外-可见吸收光谱的原理基于被测物质分子电子的激发和跃迁。
当物质处于基态时，其分子处于低能级的电子轨道上。
当紫外-可见光照射被测物质时，光子的能量能够被物质中的电
子吸收，使其跃迁到高能级的轨道上。
这种电子跃迁导致了紫外-可见光谱的吸收峰。
每种物质都有其特定的吸收特性，这是由其分子结构和化学键决定的。
不同的分子或化学键对不同波长的光具有不同的吸收能力。
通过测量光通过样品后的强度变化，可以得到吸收光谱。
紫外-可见吸收光谱通常以波长（nm）为单位进行测量。
在可
见光范围内，波长较长的光产生红色的吸收峰，而波长较短的光产生紫色的吸收峰。
在紫外光范围内，波长较长的光产生较低能级的吸收峰，而波长较短的光产生较高能级的吸收峰。
通过分析样品吸收光谱的形状和位置，可以确定样品中的物质种类和浓度。
此外，紫外-可见吸收光谱还可以用于分析反应
动力学、鉴定物质和定量测量等应用。
各种光谱分析解读
各种光谱分析解读光谱分析是一种科学技术，通过研究物质与光的相互作用，可以从中获取物质的结构、性质和组成信息。
光谱分析包括多种方法和技术，其中常用的有紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振光谱、拉曼光谱和质谱等。
下面将对这些光谱分析方法做一些解读。
紫外可见光谱（UV-Vis）紫外可见光谱是通过检测物质吸收或散射紫外可见光而获得的。
这种方法对于研究有机物和无机物的电子转移、共振结构等有很大的应用价值。
通过紫外可见光谱可以了解物质的电子能级分布、化学键的性质和分子的色彩等。
红外光谱（IR）红外光谱是通过检测物质对红外辐射的吸收而获得的。
红外光谱可以分析物质的官能团、分子结构和立体构型。
不同官能团和化学键对红外光谱会有不同的吸收峰，通过对红外光谱的解析和比较，可以推断物质的组成和结构。
核磁共振光谱（NMR）核磁共振光谱是通过检测物质中核磁共振信号而获得的。
核磁共振光谱可以研究物质中的原子组成、化学环境和立体构型。
不同原子核有不同的共振频率，通过对核磁共振光谱的分析，可以确定物质中的原子种类和它们的相对数量。
拉曼光谱拉曼光谱是通过检测物质对激光散射光的拉曼效应而获得的。
拉曼光谱可以研究物质的分子振动模式和晶格振动模式等。
拉曼光谱的谱线对应于物质分子的振动能级差，通过对拉曼光谱的解析，可以了解物质的分子结构和化学键的性质。
质谱质谱是通过检测物质中离子的质量与通量的关系而获得的。
质谱可以研究物质中的原子组成、分子量和化学键的性质。
不同原子和分子具有不同的质荷比，通过对质谱的解析，可以确定物质的分子结构和化学键的类型。
紫外-可见光谱分析-----化合物结构鉴定剖析
化合物结构鉴定紫外-可见光谱分析作业1.说明纳米Ru、Rh、Ir 等十种纳米材料的紫外可见光谱（附图）2.说明马尾紫、孔雀绿、多氯代酚、苏丹、peo-ppo-peo、pvp等十种有机物或聚合物的紫外可见光谱（附图）解答如下：1（1）、纳米ZnS的紫外-可见光谱分析紫外吸收光谱表征：紫外-可见吸收光谱可观察能级结构的变化，通过吸收峰位置变化可以考察能级的变化。
由图5可知，硫化锌在200~340 nm波长范围内对紫外光有较强的吸收。
1（2）、NiFeAu纳米材料的紫外-可见光谱分析紫外吸收光谱表征：上图比较了相关纳米粒子的紫外－可见吸收光谱．图ｂ是NiFeAu纳米粒子分散在正己烷中的紫外－可见吸收光谱可以看出NiFeAu纳米粒子在约557nm有一个较宽的吸收峰．对比用同样方法合成的NiFe图ａ在所测试的范围内无特征的吸收峰可以判断多功能性NiFeAu纳米粒子具有源于Ａｕ表面等离子共振吸收的光学性质．与用同样方法合成的纳米Ａｕ粒径８nm在可见光区526nm有强的吸收峰相比图ｃ NiFeAu纳米粒子的吸收峰形明显变宽并出现红移该观察说明除了粒径大小变化的因素Fe和Ni的存在影响了Au的表面等离子共振吸收也间接证明了NiFeAu纳米复合粒子的生成．Au的特征吸收峰的峰形和强度不同原因在于纳米粒子的组成发生了变化．根据纳米颗粒光学响应模型Mie理论表面等离子共振吸收是由入射光频率和金属纳米颗粒中的自由电子的集体发生共振时产生的而表面等离子共振吸收的共振条件对纳米颗粒周围的环境十分敏感纳米粒子的组成结构尺寸形状电解质或者粒子间的相互作用力不同特征吸收峰的强度和形状都会受到影响而不一样.1（3）、TiO纳米材料的紫外-可见光谱分析2紫外吸收光谱表征：水悬浮液的 UV-vis 吸收和透射光谱。
由图上图是0.05% 金红石纳米Tio2在紫外光范围内都可见, 即使在很低的浓度下( 0.05% ) , 金红石型纳米Tio2有很强的吸收性能, 其最高吸收峰达到2.0以上, 对应的紫外光透过率接近0。
有机波谱分析--紫外-可见光谱法
②呈一宽峰，且有精细结构。 ③当苯环被烷基以外的基团取代或溶剂极性增大时，精细
结构将会减弱甚至消失。
（4）E 带：芳香族化合物的特征谱带。
Ethylene
●E1带：苯环中“乙烯键”的π→π*跃迁产生的吸收带。 λmax=180～200nm，远紫外区； εmax=5×104L·mol-1·cm-1，强吸收。（不常用）
3.互变异构
4.氢键效应 1）溶质分子间氢键
使n→*共轭受限，轨道能差增大，波长蓝移。
2）分子内氢键：能差减小，波长红移。
例如：邻硝基苯酚和间硝基苯酚
分子内氢键
max=278nm =6.6103
无分子内氢键
max=273nm =6.6103
邻硝基苯酚， 由于分子内氢键的形成，红移了5nm。
3）溶质与溶剂间形成的氢键（属于溶剂效应）
波谱范围：10~800nm
（1）远紫外光区10~200nm （2）近紫外光区200~400nm （3）可见区400~800nm.
一般的紫外光谱是指近紫外区。
1、紫外光谱产生的条件
2、有机分子的化学键类型
★构成分子的化学键主要有 键、 键，还 有未成键孤
对电子构成的非键（n 键）。
★ 5种轨道分别是：
54
2）单环共轭烯烃(乙醇溶剂) ◆母体值： ①共轭二烯不在同一环内
217nm
②共轭二烯在同一环内
◆扩展共轭： ◆取代基增加值： 烷基 卤素 ◆环外双键
253nm
＋30nm
＋5nm ＋17nm ＋5nm
55
●注意： (1)母体值只是指共轭二烯母体本身的λ值,不包括C=C-C=C
紫外可见吸收光谱分析
(2) 介质不均匀性引起的偏离 朗伯-比尔定律在均匀、非散射时可成立，当介质不均匀，或有胶体、乳浊、悬浮体存
在时，入射光除了被吸收外，还有反射、折射损失，故所测A值比实际吸收要大许多，导 致偏离比尔定律。
引起工作曲线弯曲的原因还有一些，如：溶质的性质变化、操作不当等等。
§ 2.3 影响显色反应的若干因素 (一) 吸光光度法对显色反应的要求
2、分子吸收光谱
①电子光谱 在多原子分子中，分子轨道中有许多电子能级，平时各电子都尽先进入低能级，处于基态。当
有光波照射这些分子时，轨道中的电子会吸收光波中的某些波长的光，使这束光中缺少某些波长的 光。电子本身将从低能级跃迁到高能级上。
象这样的情况下，被吸收的光往往波长较短，在紫外和可见光范围。本章主要讨论这一部分内 容。
红色）， 1﹕3（pH 8～11.5 黄色，最稳定）三种不同颜色的络合物生成。
3、温度的影响：一般在室温．有些需加热． 4、显色时间的影响
5、溶剂的影响：可提高显色反应的灵敏度． 6、共存离子的影响：
§ 2.4 光度测量误差和测量条件的选择
一、 仪器测量误差
在吸光光度分析中，除了各种化学条件所引起的误差外，仪器测量不准确也是误差的主要来源。 任何光度计都有一定的测量误差，这种误差可能来源于光电池不灵敏、光电流测量不准和光源不稳
§ 2 光度分析法的基本原理
一、光度分析法的特点 1、适用范围：常用于测定试样中１%～10-3 %的微量组分，甚至可测定低至10-4 %～10-5 %的痕量组份。目 前，随着仪器和方法的改进，有的已达10-9 %。一般情况下，相对误差为2～5 %，这在微量分析中已是十 分精确的了。 2、特点：灵敏、快速、准确、简便。
cF2e
材料表征方法 第六章 紫外可见光光谱
CH2=CH－CH=CH2
217
~4
烯类紫外光谱有下列特点:
在双键碳原子上的氢被助色基团取代后, n - *发生 红移。如被含氢的烷基取代时，由于超共轭效应，吸收 峰向长波方向移动。
H c H c H H
max=171nm 助色基团取代 n - *发生红移。
-NR2 40(nm) -OR 30(nm) -Cl 5(nm) CH3 5(nm)
E1带的吸收峰在184nm左右，吸收特别强， εmax＞104，是由苯环内乙烯键上的π电子被激发
所致。
E2带在203nm处，中等强度吸收（εmax=7
400）是由苯环的共轭二烯所引起。当苯环上有发
色基团取代并和苯环共轭时，E带和B带均发生红 移，E2带又称为K带。
苯的紫外吸收光谱（异辛烷）
紫外光谱谱带有： B带 ε 值约250 ~ 3000 E带 ε 值约2000 ~ 10000 K带 ε 值约10000 (或大于10000) R带 ε 值<100
二、 紫外光谱仪
（一）、紫外分光光度计: 由光源(紫外光和可见光)、单色器、样品池、检测器 和记录仪及计算机等几个部分组成。 1. 光 源 ： 可 见 光 光 源 可 选 择 钨 灯 （ 波 长 范 围 为 325~2500nm) ； 紫 外 光 源 可 选 择 氘 灯 ， 氢 灯 （ 氢 弧 灯 165~375nm）。 2. 单色器：把复色光分解为单色光。由入射狭缝、 色散（分光）系统、出射狭缝组成。常用的色散元件是棱 镜或全息光栅。
max
291nm, 315nm,
ε= 11 ε= 14
λmax
(2) K带 :(Konjugierte德文，共轭的 ) ，由 π→π* 跃迁引 起的吸收带，产生该吸收带的发色团是分子中共轭系统。 该带的特点是吸收峰强度很强，ε≥10000 孤立双键的π→π* 跃迁一般在< 200 nm，共轭双键 增加时，不但发生红移，而且强度也加强。 CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-CH=CH-CH=CH2
(UV-Vis)紫外-可见吸收光谱分析
朗伯-比耳定律 材料对光的吸收可以用吸收定律加以描述。
布格Bouguer和朗伯Lambert先后于1729年和1760年阐 明了光的吸收和吸收层厚度的关系，称为朗伯定律。 1852年比耳又提出了光的吸收和吸收物浓度之间的关 系，称为比耳定律。两者的结合称为朗伯比耳定律。
1
B(hv Eg ) 2
为吸收系数，B为常数，hv 为光子的能量
Eg 为半导体的禁带宽带。
( )2和 hv为线性关系，由半导体的吸收光谱，做 ( )2
B
B
(
)
2和
hv
的图谱，就得到线性吸收边
B
如果将吸收边的线性关系延伸到与 hv
轴相交的地方，就可以得到半导体的带隙 Eg
一般将用这种方法得到的带隙叫做光学带隙，它的测 量是紫外-可见吸收光谱在半导体材料中最常见的应用。
dI x
ai dni
i 1
Ix
s
当光束通过厚度为b的吸收层时，产生的总的吸光度等
于在全部吸收层内吸收的总和，对上式积分得到：
m
ln I0
ai ni
i 1
I
s
吸光度是指吸光体对光的吸收程度，通常人们用
A
log
I0 I
来表示，因此，根据吸光度A的定义
A log I0
I
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
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分析原理
朗伯定律
1729年波格尔在实验中发 现物质对光的吸收与吸光物 质的厚度有关。朗伯—波格 尔的学生进一步研究指出： 当溶液的浓度一定，光的吸 收程度与液层厚度成正比， 这就是朗伯定律。 表示为： A=k1b
A——吸光度
K1——比例常数
分析原理
1852年比尔（beer）在研
究各种无机盐对红光的吸
栅极，Grill
光束 屏蔽
紫外-可见光光度计
检测器
光束 阴极
e
阳极丝（Ni）
光电池
抽真空
紫外-可见光光度计
单色器
将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出 任一波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； 聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色
光聚焦至出射狭缝；
出射狭缝: 光源进入吸收池。
紫外-可见光光度计
吸收池
也叫比色皿，有玻璃的，有石英的，在紫外区须
采用石英池，可见区一般用玻璃池。 。要求自身对
光的吸收要小。
紫外-可见光光度计
利用光电效应将透过吸收池的光
检测器
信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或
光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ倍增管。
石英套
光 电 倍 增 管
阳极
1个光子产生106~107个电子
收后又指出：当单色光通 过溶液层的厚度一定时， 溶液的吸光度与溶液的浓 度成正比，即比尔定律， 表示为： A = log（ I0/ I ) = K2c
分析原理
将朗伯定律和比尔定律合并，即为朗伯比尔定律。
A = log（ I0 / I ) = log（ 1/ T) = kcb
k－吸光系数
A－吸光度.为无因次量 b－液层厚度.一般单位为cm
E = h = h c /
（Planck常数：h=6.626 × 10
-34
J × S )
光的波长越短（频率越高），其能量越大。
白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光
单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成）
光
光
电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外 光、x射线等。按照其频率或波长的的大小排列，可见光
T = I / I0 －透光率
紫外-可见光光度计
原理
0.575
光源
单色器
吸收池
检测器
显示
紫外-可见光光度计
光源
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。
可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在 320～2500 nm。
紫外区：氢、氘灯，发射185～400 nm的连续 光谱。
光谱分析法
发射光谱法
方法名称
激发方式
作用物质或机理
检测信号
原子发射 光谱法 原子荧光 光谱法
电弧、火花、 等离子炬等
气态原子的外层电子
紫外、可见光
高强度紫外、可见光 气态原子的外层电子
原子荧光
分子荧光 光谱法
紫外、可见光
分子
荧光 （紫外、可见光）
物质对光的选择性吸收
当光束 照射到物质 上时，光与 物质发生相 互作用，于 是产生反射、 散射、吸收 或透射。
只是电磁波中一个很小的波段。
光
光
能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。
物质所显示的颜色是吸收光的互补色。
光谱分析法
光谱分析法
吸收光谱法 发射光谱法 荧光光谱法
拉曼光谱法
光谱分析法是根据物质发射、吸收电磁辐射或电磁辐 射与物质间相互作用而建立起来的一类分析方法。电磁辐 射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散 射、干涉、衍射、偏振等。
波长及强度的研究，可以提供样品的性质，结构及含量的信息。 根据吸收光谱所在的光谱区域及吸收粒子的差别，主要可分为： 紫外—可见吸收光谱法、原子吸收光谱法及红外光谱法，此外还有 核磁共振波谱法及X射线吸收光谱法。
光谱分析法
吸收光谱法
方法名称
辐射能
作用物质
检测信号
紫外--可见分光 光度法
紫外、可见光
光谱分析法
光谱分析法
吸收光谱法
当辐射光通过固体、液体或气体样品中的一个透明层时，样品 的粒子(分子、原于或离子)会选择性地吸收某种频率的辐射能，从 低能态 M(基态) 跃迁至高能态 M*( 激发态 )，这种现象称为光的吸收。 为了使吸收现象发生，电磁辐射的能量必须与吸收粒子的基态 与激发态的能级差相当。由于各种粒子的结构不同，造成能级差不 尽相同，所以各种粒子吸收线的波长或频率不同。因此．对吸收线
物质对光的选择性吸收
将不同波长的单 色光通过一定的 有色溶液，分别 测出对各种波长 的光的吸收程度 （A）。以波长 为横坐标，吸光 程度为纵坐标作 图，所得的曲线 称为吸收曲线或 吸收光谱曲线。
有色溶液对光的吸收情况， 常用光吸收曲线来描述。
物质对光的选择性吸收
从吸收曲线可以看到： 1. 同一浓度的有色溶液 对不同波长的光有不 同的吸光度; 2. 对于同一有色溶液， 浓度愈大，吸光度也 愈大； 3. 对于同一物质，不论 浓度大小如何，最大 吸收峰所对应的波长 (最大吸收波长 λmax) 不变.并且曲线的形状 也完全相同。
若以光的形式释放能量，则得到发射光谱。 由于各种元素的原子结构或化合物的分子结构不同，造成能级 差不同，发射光谱的特征波长也各不相同。根据发射光谱所在的光
从高能态返回低能态或基态，在此过程中，将吸收的能量释放出来，
谱区和激发方法的不同以及待测物质粒子的差别，主要可分为：原
子发射光谱法、原子荧光光谱法及分子荧光光谱法，此外还有 X 射 线荧光分析法、磷光光谱法及化学发光分析法等。
第8章 紫外-可见光光谱分析
光 光谱分析法 物质对光的选择性吸收 分析原理 紫外-可见光光度计 分析应用
光
光
= c ； 波数 = 1/ = /c
光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用
波长、频率、光速c、波数（cm-1）等参数来描述： 光是由光子流组成，光子的能量：
分子外层的电子
吸收后的紫外 可见光
原子吸收光谱法
紫外、可见光
气态原子 外层的电子
吸收后的紫外 可见光
红外光谱法
红外光 （1.5～2.5μ）
分子的振动
吸收后的红外光
光谱分析法
发射光谱法 当粒子(分子、原子或离子)吸收能量后，从低能态跃迁至高能
态，处于高能态的粒子是不稳定的，在短暂的时间内(约10-8s)，又