紫外可见吸收光谱分析技术（仪器分析技术）

仪器分析技术紫外可见分光光度法基本原理——常用术语常用术语仪器分析技术

吸收曲线：

不同波长的光通过待测物质，经待测物质吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(即吸光度A)，以辐射波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标，作图得到该物质的吸收光谱或吸收曲线。吸收光谱特征：定性依据吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收常用术语仪器分析技术紫外可见吸收光谱，以波长λ（nm）为横坐标以吸光度A或吸收系数ε为纵坐标常用术语仪器分析技术

生色团：

指分子中可吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。通常指含有不饱和键，能吸收紫外、可见光产生n→π*或π→π*跃迁的基团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、乙炔基、偶氮基-N＝N-、腈基-C≡N等。常用术语仪器分析技术

助色团：

含有未成键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n-π共轭作用，增强生色团的生色能力(即使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。常用术语仪器分析技术

红移和蓝移：

由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后，导致吸收峰的最大吸收波长发生移动的现象。

吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）

吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）常用术语仪器分析技术

增色效应和减色效应

由于化合物结构产生变化或其他原因而产生的效应。

增色效应（浓色效应）：吸收强度增强的效应减色效应（淡色效应）：吸收强度减小的效应常用术语仪器分析技术常用术语仪器分析技术

强带和弱带摩尔吸收系数大于104的吸收峰——强带摩尔吸收系数小于102的吸收峰——弱带仪器分析技术谢谢！紫外-可见吸收光谱法理论基础

——电磁波谱和紫外可见波长范围仪器分析技术电磁波谱：

仪器分析技术电磁波谱和紫外-可见光波长范围紫外-可见光波长范围：

100-800nm.(1)远紫外光区:

100-200nm(2)近紫外光区:200-400nm(3)可见光区:400-800nm仪器分析技术电磁波谱和紫外-可见光波长范围仪器分析技术谢谢！紫外-可见吸收光谱法基本原理

——分子吸收光谱的产生仪器分析技术紫外吸收光谱的产生仪器分析技术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

紫外吸收光谱是一种分子吸收光谱，由能级间的跃迁引起分子吸收光谱的产生仪器分析技术

能级跃迁

电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。电子光谱振动光谱转动光谱分子吸收光谱的产生仪器分析技术跃迁类型轨道：电子围绕原子或分子运动的概率分布不同，电子所具有能量不同。

按分子轨道理论，有机化合物分子中有：成键轨道—反键轨道。一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。成键σ轨道，反键σ*轨道；成键π轨道；反键π*轨道；非键轨道。各种轨道的能级不同：σ<π<n<π*<σ*sp

*s*RKE,BnpE分子吸收光谱的产生仪器分析技术外层电子成键的价电子非成键的价电子—n电子—n轨道σ电子—

σ成键轨道，σ*成键轨道π电子—π成键轨道，π*成键轨道*、n

*、n

*、*四种类型。所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

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——光的本质和性质仪器分析技术光的本质和性质光的本质：

本质上，光是电磁辐射，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通过空间的光子流。光的性质：

光具有波粒二象性，即波动性与微粒性。光的最小单位是光子。仪器分析技术光的本质和性质波动性：

电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。仪器分析技术磁场传播方向电场单光色平面偏振光的传播y=Asin(t+)=Asin(2vt+)波动性：光的波动性体现在反射、折射、干涉、衍射以及偏振等现象。描述光的波动性的参数有：波长（λ）单位：nm

波数（σ）单位：cm-1σ=1/λ=ν/c频率（ν）单位：HZν=c/λ光速（c）单位：m·s-1c=3.0×108m·s-1

兽药管理光的本质和性质兽药管理光的本质和性质微粒性

电磁辐射的微粒性，表现为电磁辐射的能量不是均匀连续分布在它传播的空间，而是集中在辐射产生的微粒上。光子的能量与频率成正比，与波长成反比：

E=hν=hc/λ=hcσ

h：普朗克常数，6.6262×10-34J·s;兽药管理谢谢！紫外-可见吸收光谱法理论基础——光学分析法仪器分析技术光学分析法：基于物质发射的电磁辐射或物质与辐射相互作用后产生的辐射信号或发生的信号变化来测定物质的性质、含量和结构的一类仪器分析方法。仪器分析技术光学分析法光分析的三个基本过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。兽药管理光学分析法基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。兽药管理光学分析法兽药管理谢谢！紫外-可见吸收光谱法理论基础

——物质与光的相互作用仪器分析技术物质光与的相互作用物质与光的相互作用有：(1)吸收物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级；(2)发射将吸收的能量以光的形式释放出；(3)散射由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去；仪器分析技术物质与光的相互作用(5)反射光射到不同的介质介面时，部分光自介面射回原介质中；(6)干涉光波相互作用叠加，其强度加强或减弱的现象；(7)衍射光绕过物体而弯曲地向前传播的现象；(8)偏振振动方向对于传播方向的不对称性。仪器分析技术物质与光的相互作用在发生折射、散射、衍射现象过程中，光只改变了其传播方向，光子与物质之间没有进行能量传递；但是在光的发射和吸收过程中，光子与物质之间会发生能量传递。

仪器分析技术物质与光的相互作用当一束光照射到某物质或溶液时，组成该物质的分子、原子或离子等粒子可对不同的光子产生不同的吸收，被吸收的能量通常以热的形式释放出来。仪器分析技术物质与光的相互作用组成物质的粒子总是处于特定的不连续的能量状态,各状态对应的能量称为能级,用E表示。能量最低的状态称为基态,对应能级用E0表示，其他能量状态称为激发态,对应能级用Ei

表示,不同能量能级间的能级差用△E表示。仪器分析技术物质与光的相互作用当物质与辐射能相互作用,物质内部的粒子(如电子)发生能级跃迁,由低能量状态转化为高能量状态,即发生跃迁现象。

发生跃迁现象后,光子的能量发生转移,可用以下式子表示M(基态)+hν→M*(激发态)

这个过程就是物质对光的吸收过程。仪器分析技术物质对光的吸收过程：物质与光的相互作用物质对光的吸收过程：

产生吸收的前提：辐射能量与物质分子（原子）的基态与激发态间的能量差相等。吸收能量基态→激发态

仪器分析技术高能态（激发态）Ei低能态（基态）E0吸收h满足△E=hM+hvM*物质与光的相互作用物质对光吸收的选择性：不同的物质结构不同,组成的粒子能级分布也不同,所能吸收光子的能量也不同,即所能吸收的光子频率或波长也各不相同。

所以,物质的结构决定物质只能吸收特定波长的光,发生相应的能级跃迁,即物质对光的吸收有选择性。仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外-可见吸收光谱法理论基础

——颜色与光的关系仪器分析技术物质颜色与光的关系仪器分析技术单色光

一般波长在360-800nm范围的光成为可见光。可见光

具有同一波长同一能量的光成为单色光。复合光

由不同波长的光组成的光成为复合光。如人眼可以感觉到的太阳光或白炽灯发出的光是波长在380-760nm范围内的复合光，颜色紫-蓝-青-绿-黄-橙-红。物质颜色与光的关系仪器分析技术光的互补

若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿物质颜色与光的关系仪器分析技术不同颜色可见光的波长及其互补色波长（nm）400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~610610~650650~780颜色紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红互补色黄绿黄橙红红紫紫蓝绿蓝蓝绿物质颜色与光的关系仪器分析技术

物质呈现不同颜色，是它对不同波长的光选择性吸收的结果。如果溶液对白光中各种颜色的光都不吸收，则此溶液为无色透明。如果各种颜色的光都被吸收，则呈黑色。如果吸收其中一种颜色的光，则呈其互补的颜色。物质颜色与光的关系仪器分析技术完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光物质颜色与光的关系仪器分析技术【想一想】

溶液呈现的颜色除了对光有选择性吸收外，还有哪些因素会影响？影响哪些方面？谢谢!仪器分析技术仪器分析技术紫外可见分光光度法基本原理——光吸收的表示光吸收的表示仪器分析技术透光率与百分透光率

当一束平行单色光（I0）通过均匀、无散射的介质时，光的强度减弱为（It），则透光率

T=It/I0

百分透光率为T%T取值为0.0%-100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%光吸收的表示仪器分析技术

吸光度与其加和性

透光率的负对数为吸光度，表示入射光被吸收的程度。吸光度T=10-A光吸收的表示仪器分析技术

吸光度与其加和性

溶液对光的吸光度具有加和性。如果溶液中同时存在两种或两种以上的吸光性物质，则测得的该溶液的吸光度等于溶液中各吸光性物质吸光度的总和，即：

A＝A1＋A2＋A3光吸收的表示仪器分析技术例在254nm波长出测得两份透明溶液的透光率分别为20.0%和60.0%，则吸光度各是多少？解：仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外可见分光光度法基本原理——朗伯-比尔定律朗伯-比尔定律仪器分析技术

溶液对光的吸收即吸光度，除与溶液本身性质有关外，还与入射光波长、溶液浓度、液层厚度及温度等因素密切相关。

朗伯-比尔定律由朗伯定律和比尔定律两个部分组成，定量描述了吸光度物质对单色光吸收的强弱与溶液浓度和厚度之间的关系。

朗伯-比尔定律仪器分析技术朗伯定律：

1760年，朗伯（Lambert）研究发现，在温度一定情况下，当用某一波长的单色光照射一固定浓度的溶液时，其吸光度与光透过液层厚度成正比，即：

A=k1·LA：吸光度，L：液层厚度（cm），K1：比例系数朗伯-比尔定律仪器分析技术比尔定律：

1852年，比尔（Beer）研究发现，在温度一定情况下，当用某一波长的单色光照射一液层厚度一定的溶液时，其吸光度与溶液浓度成正比，即：

A=k2·LA：吸光度，L：液层厚度（cm），K2：比例系数朗伯-比尔定律仪器分析技术朗伯-比尔定律：

综合朗伯定律和比尔定律得出朗伯-比尔定律：当一束平行的单色光通过均匀溶液时，溶液的吸光度与液层厚度和吸光物质浓度成正比关系，为Lambert-Beer定律，简称L-B定律。

朗伯-比尔定律仪器分析技术朗伯-比尔定律：

当溶液中只有一种吸光物质存在时，Lambert-Beer定律的数学表达式为：A=k·C·LA：吸光度，L：液层厚度（cm），C：溶液浓度，K：吸收系数仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外可见分光光度法基本原理——透光率测量误差透光率测量误差仪器分析技术

仪器测量中存在随机误差，透光率T的误差△T对于同一台仪器为固定值。吸光度A与T之间为负对数关系。在不同的透光率T下，相同的测量误差△T引起的吸光度误差和浓度误差是不同的。微分：透光率测量误差仪器分析技术

上式表明，浓度或吸光度测量的相对误差，取决于透光率T和透光率测量误差△T的大小。可以推导出浓度测量的相对误差为透光率测量误差仪器分析技术根据不同T或A时的浓度相对误差，以△c/c对百分透光率T%做图。透光率测量误差仪器分析技术图中显示，透光率很大或很小时，浓度测量的相对误差都很大。只有中间一段，即透光率T在20%-65%或吸光度A在0.2-0.7时，浓度测量的相对误差较小，是测量的适宜范围。其中，透光率T=36.8%（A=0.434）时，浓度测量的相对误差最小。实际工作中，不必去寻求T=36.8%的最小误差点，一般只要测量的吸光度A在0.2-0.7的适宜范围内即可。仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外可见分光光度法基本原理——吸收系数吸收系数仪器分析技术吸收系数的物理意义为：吸光物质在单位浓度、单位液层厚度时的吸光度。在给定条件下，吸收系数是物质的特性常数，表明物质对某一特定波长光的吸收能力。不同物质对同一波长的单色光有不同的吸收系数。吸收系数越大，表明该物质在该波长下的吸收能力越强。吸收系数随浓度C所取单位不同而不同。吸收系数仪器分析技术摩尔吸光系数在入射光波长一定时，溶液浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时所测得的吸光度称为摩尔吸光系数，常用ε表示，单位为L/(mol·cm）。

朗伯-比尔定律表示为：

A=ε·c·L吸收系数仪器分析技术百分吸光系数

在入射光波长一定时，溶液浓度为1g/100mL（1﹪、W/V）为单位、层厚度为1cm时所测得的吸光度称为百分吸光系数，常用表示，单位为100ml/（g·cm）。

朗伯-比尔定律表示为：

A=·c·L

百分吸收系数特别适用于摩尔质量未知的待测组分，为《中国药典》中采用。吸收系数仪器分析技术ε与可互相换算，关系式为:两种吸收系数都不能直接测得，但可在测得吸光度后利用朗伯-比尔定律计算得到。摩尔吸收系数一般不超过105数量级，ε大于104时为强吸收，小于102时为弱吸收，介于两者之间的为中强吸收。应用时ε和单位常省略。吸收系数仪器分析技术例已知某化合物的相对分子质量为300，用乙醇配制成0.0080%的溶液，用1cm比色皿在307nm波长处，测得A值为0.400，其百分吸收系数和摩尔吸收系数各是多少？解仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外可见分光光度法基本原理——影响吸收带的主要因素影响吸收带的主要因素仪器分析技术吸收带

紫外—可见吸收光谱为带状光谱，也将其吸收峰称为吸收带。电子跃迁的种类不同，其吸收带的特征也不同。吸收带类型

*跃迁

*吸收带

n

*

跃迁R带n

*跃迁n

*吸收带K带B带E带*

跃迁

电荷转移

跃迁

电荷转移吸收带配位体场跃迁配位体场吸收带影响吸收带的主要因素仪器分析技术

紫外-可见吸收光谱主要取决于分子中价电子的能级跃迁，同时分子的内部结构和外部环境也会产生影响。（1）分子结构：3）跨环效应1）共轭效应2）位阻效应影响吸收带的主要因素仪器分析技术1）共轭效应

分子中的共轭体系由于大π键的形成，当化合物中有两个或多个生色团形成共轭体系，使吸收峰向长波方向移动(红移)，吸收强度随之加强（摩尔吸收系数变大）的现象。

β-鸢尾酮α-鸢尾酮

β-鸢尾酮比α-鸢尾酮的共轭体系长，故吸收带红移，吸收强度增大。影响吸收带的主要因素仪器分析技术2）位阻效应

位阻效应主要指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍作用，导致共轭生色团的共轭效果变差，使吸收带蓝移，吸收强度减弱的现象。顺式：λmax=280nm；εmax=10500反式：λmax=295.5nm；

εmax=29000影响吸收带的主要因素仪器分析技术3）跨环效应分子中两个非共轭生色团处于一定的空间位置，尤其是在环状体系中，有利于电子轨道间的相互作用，这种作用称跨环效应。可使共轭范围有所扩大，λmax发生红移和吸光系数改变。影响吸收带的主要因素仪器分析技术1）n*

跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移。

2）*跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。（2）溶剂效应影响吸收带的主要因素仪器分析技术（3）pH值的影响pH的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，从而引起吸收峰位置的改变，对一些不饱和酸、烯醇、酚及苯胺类化合物的紫外光谱影响很大。苯酚、苯胺在酸碱性溶液中的吸收光谱波长（nm）吸光度波长（nm）吸光度中性碱性中性酸性仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外可见分光光度计——仪器结构和工作过程仪器结构和工作过程仪器分析技术主要部件光源单色器比色皿检测器显示目前，紫外可见分光光度计的型号较多，性能差别悬殊，但它们的工作原理和基本构造相似，都由光源、单色器、吸收池、检测器和信号显示系统五个部分组成。仪器结构和工作过程仪器分析技术（1）光源钨灯、卤钨灯：

热辐射，可见光区，320～2500nm。氢灯、氘灯:

气体放电，紫外光区，200～375nm。

作用:提供辐射能激发被测物质分子，使之产生电子能级跃迁吸收光谱。仪器结构和工作过程仪器分析技术（2）单色器作用:提供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出射狭缝仪器结构和工作过程仪器分析技术仪器结构和工作过程仪器分析技术（3）比色皿（吸收池或样品池）在紫外区须采用石英池，可见光区可见光区一般用玻璃池用于盛放吸收溶液。主要有两种石英池玻璃池规格0.5、1.0、2.0、3.0cm要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）仪器结构和工作过程仪器分析技术仪器结构和工作过程仪器分析技术（4）检测器

利用测定过程中光强度的变化，将透过吸收池的光信号变成可测的电信号的装置。光电池光电管光电倍增管光电二极管阵列检测器仪器结构和工作过程仪器分析技术（5）信号显示系统利用信号处理并以适当方式指示或记录下来。放大检测器的输出信号执行某些信号的数学运算仪器结构和工作过程仪器分析技术工作原理：紫外-可见分光光度计的工作原理是光源发出的光经单色器分光后获得一定波长的单色光照射到比色皿中的样品溶液，被样品溶液吸收后未被吸收的单色光由检测器将光强度信号转变为电信号经信号处理显示系统调制放大后，显示透光率或吸光度读数A。仪器分析技术谢谢！仪器分析技术紫外可见分光光度计——仪器类型仪器类型仪器分析技术紫外-可见分光光度计按光路可分为单光束式和双光束式两类；按测量时提供的波长数又可分为单波长分光光度计和双波长分光光度计。仪器类型仪器分析技术单光束分光光度计单光束分光光度计发出的光，经过单色器等一些列光学元件及吸收池后，最后照在检测器上终为一束光。结构简单价格低适于做定量分析仪器类型仪器分析技术双光束分光光度计单光束分光光度计是指从单色器出来的单色光被斩光器分为强度相等