仪器分析02-紫外可见光光谱

紫外可见光分光光度法UV/Vis Spectroscopy中南民族大学

内容(contents)概述 紫外可见光谱的产生 光的吸收定律 仪器和测量方法 紫外光谱和分子结构

为什么先讲紫外可见光谱?我们的世界是彩色的。为什么？发射的光(light emit) 吸收的光(light absorbed) 一束白光透过蓝色的玻璃，出来的是什么颜色 的光？ 大海和天空为什么是蓝色的？什么颜色的光被 吸收了？

所以可见光光谱是最早发现并使用的光谱 分析方法

光的互补色能复合成白光的两 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。

概述(Overview)分光光度法：以物质对光的选择性吸收为基础的分析方法。 根据物质所吸收光的波长范围不同，分光光度 分析法又有紫外、可见及红外分光光度。 Based on the characteristic absorption to light for different materials. 本仪器方法特点(Features):灵敏度高(good sensitivity): 1-10-5%, 微量分析 (micro-assay) 简单易用，仪器方便，应用广泛 widely used due to easy operation and low cost

光谱(Spectrum)频率Frequency n or 能量energy EBond breakage 化学键破裂 Electron transition 电子跃迁 Vibrational Transition 振动跃迁 Electron Spin Rotational Nuclear 电子自转 Transition Spin 转动跃迁 核自转

X-ray

Far UV

Far IR

MW

RF

可见Visible 紫外UV 200-400 nm 400-800 nm

红外IR 2.5-15m

核磁NMR 1-5m

波长Wavelength l

紫外和可见光(UV/Vis light)光的波长和能量(some facts)紫外光近紫外(near UV): 200 – 400 nm, 3 – 6 eV 真空紫外(vacuum UV): 100 – 200 nm, 6 – 12 eV

可见光波长: 400 – 800 nm 能量: 1.5 – 3 eV

一般的电子跃迁能量变化在1 – 20 eV

典型光谱图(spectrum)

带状光谱：电子跃迁的同时，伴随着振动转动能级的跃迁。 Transition between vibrational and rotational energy levels always occurs in electron transition, resulting in the band-shaped spectrum.

物质对光的选择性吸收物质吸收光之后基态变到激发态 M + hn M* M + heat

M + hn2 因为能级的量子化，光的吸收只能是选择性的； 分子结构的复杂性决定了每一种物质对于光的吸 收程度都不同； 用不同波长的单色光照射，测量光度-吸收曲线与 最大吸收波长。

有关吸收曲线(absorption curve) ①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光 度最大处对应的波长称为最大吸收波长---λmax

②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状 max则不同。

和λ

③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物 质定性分析的依据之一。

有关吸收曲线(absorption curve) ④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸 光度 A 有差异，在λ max处吸光度A 的差异最大。 此特

性可作作为物质定量分析的依据。 ⑤在λ max处吸光度随浓度变化的幅度最大， 所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入 射光波长的重要依据。

How UV/Vis spectrum is produced?

紫外可见光谱的产生

紫外光谱的产生主要是因为物质分子的能量具有量子化 (quantization)的特征，也即物质分子的能量 具有不连续化的特征。 每个分子都具有一系列能级(energy levels), 其中包括许多电子能级、分子振动能级以及 分子转动能级。 分子的总能量有以下几个部分组成：Etotal = Ee + Ev + Er

紫外光谱的产生(2) 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 和转动能量Er 其中：ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

能级跃迁(transition)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。

讨论(1) 转动能级间的能量差Δ Ε r:0.005~0.050eV,跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱； (2) 振动能级的能量差Δ Ε v约为：0.05~1eV,跃迁产生 的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； (3) 电子能级的能量差Δ Ε e较大1~20eV。电子跃迁产生的 吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子 光谱；