紫外可见吸收光谱的产生及原理
紫外-可见吸收光谱的产生及基本原理
用积分球的检测器波长<2500nm。
单色器
将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波 长单色光的光学系统。 ①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； ④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； ⑤出射狭缝。
（4 ）250-350nm内显示中、低强度的吸收， 说明羰基或共轭羰基的存在。 （5）300nm以上的高强度的吸收，说明该化 合物具有较大的的共轭体系。若高强度吸收 具有明显的精细结构，说明稠环芳烃、稠环 杂芳烃或其衍生物的存在。
溶剂对紫外吸收光谱有较大的影响，且 影响较为复杂。改变溶剂极性，会引起吸收 带形状的变化。当溶剂极性变大，大多数化 合物的振动精细结构消失，吸收带变得更为 平滑，且使λmax发生位移，因此在研究化合 物的紫外吸收光谱时，需注意选择所使用的 溶剂。
仪器介绍
紫外可见近红外吸收光谱仪 生产厂家：Varian Company, USA 仪器型号：Cary 5000 性能指标 波长范围：175-3300 nm 吸光度线性范围：0-8.0 Abs 波长精度：±0.08 nm（UV/Vis）；±0.4 nm（NIR） 应用范围（Application area）： 化学、生物、材料、医学和环境样品中无机有机成分 的定性、定量分析
紫外－可见吸收光谱的产生及基本原理
分子吸收光谱
振动能级与 转动能级跃迁 电子能 级跃迁
红外光谱 (λ: 0.75-1000 µ m) 紫外、可见吸收光谱 (λ: 200-750 nm)
10－200 nm:远紫外；200－400 nm:近紫外；400－750 nm:可见光
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。
紫外和可见光吸收光谱
紫外和可见光吸收光谱1.紫外光谱及其产生⑴紫外光的波长范围紫外光的波长范围为4-400nm。
200-400为近紫外区，4-200nm为远紫外区。
由于波长很短的紫外光会被空气中氧和二氧化碳吸收，研究远紫外区的吸收光谱很困难，一般的紫外光谱仅仅是用来研究近紫外区的吸收。
⑵紫外光谱当把一束光通过有机化合物时，某一波长的光可能吸收很强，而对其他波长的光可能吸收很弱，或者根本不吸收。
当化合物吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁，所产生的吸收光谱叫做紫外吸收光谱，简称紫外光谱。
⑶电子跃迁的种类在有机化合物分子中，由于化合物的价电子有三种类型，即σ键电子、π键电子和未成键的 n 电子，在电子吸收光谱中，电子跃迁主要是经下三种。
①σ-σ*跃迁σ电子是结合得最牢固的价电子，在基态下，电子在成键轨道中，能级最低，而σ*态是最高能级。
σ-σ*跃迁需要相当高的辐射能量。
在一般情况下，仅在200nm以下约～150nm才能观察到，即在一般紫外光谱仪工作范围之外，只能用真空紫外光谱仪才可观察出来（在无氧和二氧化碳的情况下）。
所以测紫外光谱时，常常用烷烃作溶剂。
② n电子的跃迁n 电子是指象N，S，O，X 等原子上未共用的电子。
它的跃迁有两种方式。
第一种方式：n-π* 跃迁未共用电子激发跃入π*轨道，产生吸收带，称为R带（基团型的，Radikalartig德文），由n-π*引起的，在200 nm以上。
如：醛酮分子中羰基在275-295nm处有吸收带，为C=O中n-π*跃迁吸收带。
第二种方式是n→σ*跃迁，这种跃迁所需的能量大于n-π*，故醇醚均在远紫外区才出现吸收带。
~ 200nm。
如甲醇λmax183nm。
③π→π*跃迁乙烯分子中π电子吸收光能量，跃迁到π*轨道。
吸收带在远紫外区。
当双键上氢逐个被烯基取代后，由于共轭作用，π→π*能级减小。
吸收带向长波递增。
由共轭双键产生的吸收带称为K带，其特征是摩尔消光系数大于104。
在近紫外区吸收，CH2=CH2 λmax162nm,CH2=CH-CH=CH2 λmax217nm。
081高分子的紫外吸收光谱汇总.
分子轨道能级及不同类型分子结构的电子跃迁
2、吸收带类型
⑴R吸收带（n →π*跃迁）特点是波长较长，但吸收较弱（ε＜100） 属禁戒跃迁。
⑵K吸收带（π→π*跃迁）由共轭烯烃和取代芳香化合物引起。特点是 波长较短但吸收较强（ ε >10000）。
⑶B吸收带（ 苯环振动加π→π*跃迁）是芳环、芳杂环特征谱带，吸 收强度中等（ ε＝1000）。特点是在230～270nm，谱带较宽且含 多重峰或精细结构。
⑷E吸收带（π→π*跃迁）也是芳香族的特征谱带，吸收强度较大(ε＝ 2000~14000)，吸收波长偏向紫外的低波长部分。
§8.2 谱图解析
一、高分子紫外吸收光谱的特点
1、只有2～3个吸收峰，峰形平缓，选择性不如红外； 2、吸收峰主要取决于分子中的发色和助色团的特性，而不是整个分
子的特性。 3、紫外光谱在高分子研究中有局限性，只有具有重键和芳香共轭体
4、高分子单体纯度的测定
大多数高分子合成反应对所用的单体纯度要求很高，如有杂质直接影 响质量。
以样品的吸光度A对波长λ作图，得到的是紫外光谱。
二、电子跃迁类型和吸收带
1、电子跃迁类型 •价电子主要包括三种电子：形成单键的σ电子，形成重键的π电子；非 键的n电子。 •σ→σ*所需能量最高，λ＜200nm 属远紫外区。 •n→σ*跃迁， λ＝150～250nm 含杂原子的饱和有机化合物的吸收 •n →π*和π→π*跃迁，分子中含有 共价键的不饱和基团
将聚苯乙烯和聚丁二烯两种均聚物以不同比例混合，测得一系列 已知苯乙烯含量所对应的Δε值，作出工作曲线。只要测得未知物 的Δε值就可从工作曲线上查出苯乙烯的含量。
紫外可见
波长在400～800 nm范围的 称为可见光谱
紫外-可见光谱法的特点
（1）灵敏度高， 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 %的痕量组分。
（2）准确度较高， 相对误差为2%-10%。如采用精密分光光度计测量，相对
误差可减少至1%-2%。 （3）应用广泛， 几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用 此法测定。 （4）操作简便快速，仪器设备也不复杂
紫外-可见吸收光谱
Ultraviolet and visible spectrophotometry; UV-vis
目录
概述
基本原理 光谱图 紫外-可见吸收光谱常用概念 影响吸收的因素 介绍紫外可见光谱仪 紫外吸收光谱图的应用
1 概述
紫外-可见吸收光谱属于分子光谱。是通过分子中的价电子在分子轨道之
间的跃迁而产生的（包括振动和转动能级的跃迁）。利用物质的分子或离子 对紫外和可见光的吸收所产生的紫外-可见光谱及吸收程度可以对物质的组成、 含量和结构进行分析、测定、推断。
紫外光的波长范围是100～400 nm
可见光的波长范围是400～800 nm
远紫外区 这个区域的 吸收光谱 称真空紫外
近紫外区 一般的紫外光谱 是指这一区域的 吸收光谱
3.样品室
——又称吸收池——放置各种类型的比色皿和相应 的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。
在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池
4.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，常用的有光电池、光电管或光电倍增管 （CCD）。
5. 结果显示记录系统 ——检流计、数字显示、微机进行仪
d 轨道电子云分布及在
紫外-可见光吸收光谱
摩 尔 吸 收 系 A/bc(c, g/L) 数
A/bc(c, mol/L)
朗伯-比尔定律（ Lambert-Beer 定律）
Ir I0 Ia
It
透光度 （transmittance) T=It/I0
吸光度 (absorbance) A= -lgT
Lambert – Beer 定律 １.光吸收定律的表达式及其含义 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐 明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系： A∝ b 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之 间也具有类似的关系: A∝ c 二者的结合称为朗伯-比耳定律，其数学表达式 为： A＝－ lgT ＝ － lg（ It / I0)= ε b c 式中：A：吸光度；T:透射率； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位mol· -1； L ε：摩尔吸光系数，单位L· -1· -1； mol cm
紫外-可见光谱 ΔE 电子 1 ~ 20ev
1 0
E1 υ υ υ
2
分 子 可 见 吸 收 光 谱
3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0
J J J
λ电子 1.25 ~ 0.06 μm
中红外光谱
1
ΔE振动 0.05 ~ 1ev λ振动 25 ~ 1.25 μm
0
E0 分子红外吸收光谱
当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成 正比，即
A kbc
k 为比例系数，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
2.3_紫外-可见吸收光谱法
吸收光谱图所测量的是光通过样品后，光强随 频率（或波长）变化的曲线。 吸光和透光的强度的表示方法： （1）透光率T（%）
I T (%) 100 I0
（2）吸光度 A
I0 A lg( ) I
（3）吸光系数ε
A e Cb
（4）对数吸光系数
lg e
（5）吸光率A（%）
A(%) 1 T (%)
本章学习后应掌握的要点
1、物质对光的选择性吸收可以用吸收曲线来描述。 2、光的吸收定律的数学表达式是A=εcb。吸收系数 ε表示物质对某一特定波长光的吸收能力。 3、光的吸收定律有一定的适用范围。光的吸收定律 产生偏差现象的原因主要是单色光不纯和显色溶 液中发生水解、缔合、沉淀等化学反应。
4、紫外吸收光谱和可见吸收光谱同属电子光谱， 都是由于价电子跃迁而产生的。
ÆÆ Æ ×ÆÆ
ÆÆ×ÆÆ ¨Æ
ÆÆÆÆ
100nm
200nm
400nm
800nm
真空紫外区——波长范围在200nm以下的区域。
普通紫外区——波长范围在200nm－400nm之间的区域。 可见光区——波长范围在400nm－800nm之间的区域。 可见光区与普通紫外区基本上没有太大的差别，只是光源不同，普 通紫外区用氢灯，可见光区用钨丝灯。
同样可以用紫外光谱判别顺反异构。 例 肉桂酸有下面两种构型： H C=C COOH H C=C H COOH
H
由于顺式空间位阻大，苯环与侧链双键共平面性 差，不易产生共轭；反式空间位阻小，双键与苯环在 同一平面上容易产生共轭。因此，反式： lmax=295nm emax=13500, 顺式： lmax=280nm ，emax=7000。反式的 波长和强度比顺式的大。
第三章紫外光谱和质谱
③ π-π*跃迁
是π电子从π成键向反键π*轨道的跃迁，含有π电子基团的不饱和有 机化合物，都会发生π-π*跃迁，如有 、 等的有机化合
物。π－π*跃迁所需的能量比σ－σ*跃迁小，也一般比n－σ*跃迁小，吸收 峰一般在200nm附近。
π-π*还具有以下特点：
吸收波长一般受组成不饱和键的原子影响不大，如 及 的λmax 都是 175 nm；摩尔吸光系数都比较大，通常在104以上，为强吸收带；
特点：光谱原理简单，识谱容易，信息量较少， 应用仍较广泛。
一、基本原理
1．紫外光谱的产生 E = E0 + E平动 + E转动 + E振动 + E电子 图中A、B表示不同能量的两个电 子能级，在每个电子能级中还分 布着若干振动能量不同的振动能 级，它们的振动量子数V=0、1、 2、3…表示，而在同一电子能级 和同一电子能级和同一振动能级 中，还分布着若干能量不同的转 动能量，它们的转动能级数J=0、 1、2、3……表示。 在分子能级跃迁所产生的能级变化ΔE中，电子能级跃 迁的能量变化ΔEe是最大的，一般在1～20eV之间， 它对应的电磁辐射能量主要在紫外－可见光区。
3．某些常见化合物的吸收光谱 ① 饱和烃及其取代衍生物 饱和烃中只有σ键，即只有σ电子，因此只能产生σ-σ*跃 迁，饱和烃的取代衍生物引入具有未成键n电子的杂原子， 可以产生n -σ*跃迁，吸收波长变大 。 如CH4的吸收波长为125 nm，而CH3Cl、CH3Br和CH3I的 吸收波长分别为173、204 和258 nm。 饱和烃是测定紫外－可见光谱时的良好溶剂。 ② 不饱和烃及共轭烯烃 可以产生σ-σ*跃迁和π-π*跃迁，一般在近紫外光区，为强吸收带在 分析上较有实用价值。 不饱和烃中，如果存在着共轭体系，共轭使电子离域大，-*能 量降低，跃迁几率增加，吸收波长变长，吸收变大。共轭程度越大， 则λmax越大，εmax也越大。 如：乙烯(193 nm)，1,3-丁二烯(217 nm)，己三烯(258 nm)，辛四 烯(300 nm) 在共轭体系下，π－π*跃迁所产生的吸收带，又称为K带。
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紫外可见吸收光谱的产生及原理
1. 物质对光的选择性吸收
分子的紫外-可见吸收光谱是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析方法。
当某种物质受到光的照射时，物质分子就会与光发生碰撞，其结果是光子的能量传递到了分子上。
这样，处于稳定状态的基态分子就会跃迁到不稳定的高能态，即激发态：
m（基态）+hv------m*（激发态）
这就是对光的吸收作用。
由于物质的能量是不连续的，即能量上一量子化的。
只有当入射光的能量（hv）与物质分子的激发态和基态的能量差相等时才能发生吸收
△e=e2-e1= hv=hc/λ
而不同的物质分子因其结构的不同而具有不同的量子化能级，即△e不同，故对光的吸收也不同。
紫外-可见吸收光谱定性分析的依据：光吸收程度最大处的波长叫做最大吸收波长，用λmax 表示，同一种吸光物质，浓度不同时，吸收曲线的形状不同，λmax不变，只是相应的吸光度大小不同，这是定性分析的依据。
2. 朗伯-比尔定律。
紫外-可见分光光度计的定量分析的依据是朗伯-比尔定律。
当单色光通过液层厚度一定的含吸光物质的溶液后，溶液的吸光度a与溶液的浓度c成正比，此公式的物理意义是，当一束平行的单色光通过均匀的含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质浓度及吸收层厚度成正比。
3. 偏离比尔定律的原因
主要原因：目前仪器还不能提供真正的单色光以及吸光物质性质的改变。
（1）非单色光引起的偏离
（2）由于溶液本身的化学和物理因素引起的偏离。