（ Ultraviolet and visible spect

rophotometry,UV/VIS ）

§5-1 基本原理

一、理论基础1. 分子吸收光谱的产生

分子中存在平动能，平动能只是 温度的函数∴平动不存在跃迁

分子内还存在价电子运动，又有内部原子在其平衡位置的振动和分子绕其核心的转动。因此，分子具有电子能级，转动能级和转动能级。分子吸收光谱也是由于能级之间的跃迁所引起的。

（见图 5-1 ）

图 5-1 双原子分子的三种能级跃迁示意图

E 分子 = Ee + Ev + EJ

△Ee ＞ △ Ev ＞ △ EJ

由于这些能量是量子化的，因此只有光子的能量恰等于两能级之间的能量差时，才能被吸收。

跃迁形式 电子跃迁 振动跃迁 转动跃迁 △ E(ev) 1-20 ( △Ee +

△Ev + △EJ)

0.05-1

（△ Ev + △E

J ）

0.005-0.05

△EJ

光谱区 紫外可见（电子光谱）

红外光谱（振转光谱）

远红外光谱（转动光谱）

λmax

（ μm ）

1.25-0.06 25 -1.25 250-25

光谱形状 无数谱带组成的谱带系

谱带状 线状光谱（间距极小）

图 5-2 吸收光谱示意图

2. 紫外 / 可见吸收光谱图及特征

固定溶液浓度，以 A-λ 作图的过程称做扫描。所做的图叫吸收光谱或吸收曲线。

二、有机化合物的结构及跃迁类型 以甲醛分子为例：存在 σ 电子， π 电子， n （ p ）电子。分子轨道理论： σ 成键轨道 σ* 反键轨道 π 成键轨道 π* 反键轨道 n 非键轨道

图 5 - 3 分子中外层电子能级及跃迁类型示意图

跃迁类型有 4 种：σ → σ* 跃迁　　 π→π* 跃迁 n → π* 跃迁　　 n → σ* 跃迁各种跃迁所需能量大小为：σ→ σ*> n → σ*> π→π* >n →π*

图 5-4 最常见电子跃迁所处的波长范围及强度

lglgεε

σ → σ* 位于 lgε = 3-4 较强吸收 π→π* 位于 lgε = 4-5 强吸收 n→ σ * 位于 lgε = 2-3 弱吸收 n → π* 位于 lgε = 3-4 较强吸收

200-1000nm 之间σ→σ* 跃迁 (10-200nm)

结构：饱和烃、 O2 、 H2 、 H2O 、CO2 在 200nm 以下有强吸收，会影响分析，所以我们主要研究 200-

1000nm 之间的吸收。

n →σ*n →σ* 含杂原子，含杂原子， 150-250nm150-250nm ，含，含杂原子的饱和基因称为助色团。杂原子的饱和基因称为助色团。

（红移）， （红移）， -X -X ， ， -OH-OH

π → π* 150-250nm π → π* 150-250nm ，强吸收，含，强吸收，含不饱和键 。含不饱和键（ 不饱和键 。含不饱和键（ ππ 键）键）的基团叫生色团或发色团。的基团叫生色团或发色团。

n → π* 近紫可见，较强吸收，杂原子直接参与形成 π 键 ，

- C ≡ N >C=O

用紫外测定条件： ① 含杂原子 ② 含不饱和键 ③ 芳烃

三、定性分析的依据 分子→化学环境确定→分子轨道→ 能级确定→能级差确定→吸收光

的波长确定

每一种分子都有确定的紫外 - 可见吸收光谱图，可根据吸收光谱图的形状即吸收峰的数目，高度，以及吸收峰的相对高度进行定性分析。一般可用吸收光谱图 ,λmax, ε, 做为定性鉴定的参数及指标。

四、定量分析的依据

在吸收曲线上，某一吸收峰的高度与物质的浓度成正比。

选择在 λmax 处 :

①A 大 , 信号大 , 灵敏度高 .

②△A 小 , 准确度高 .

定量用公式：A = lg I0/ It =-lgT= εbc = abc′ = bc″

式中c ：（物质的量浓度）， ε ：摩尔吸光系数；c′ ：（质量浓度）， a ：吸光系数 c″ ：百分比 (g% ml), ：比吸光系数 （百分吸光系数）b ：有效光程 单位 cm, 粗略认为等于液层 厚度。

%1cm1E

%1cm1E

ε ： 是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下的一个特征常数。数值上等于 1mol·L-1 吸光物质在 1cm 光程中的吸光度。 ( A =ε b c = ε)

是吸光物质吸光能力的量度 , 它可做为定性鉴定的参数。

也可用于估量定量方法的灵敏度： ε 值 →大，方法的灵敏度愈高。（由实验结果计算 ε 时，常以被测物质的总浓度代替吸光物质的浓度。这样计算的 ε 值实际上是表观摩尔吸光系数。） ε → 大 A → 大 ε 由分子性质决定。在其他条件相同时，同种分子 ε 相同。 ε 是 λ 的函数与被测物质 c 无关。

ε : ① 与被测物质浓度无关 ② 入射光波长 λ ③ 溶剂种类 ④吸光物质种类有关c(1mol·L-1) 对应 K 用 ε表示，是摩尔吸

光系数。 ε 的大小可以表示吸收的强弱： ε ＜ 102 弱吸收 102＜ ε ＜ 103 较弱吸收 103＜ ε ＜ 104 较强吸收 104＜ ε 强吸收

质量浓度 , a 吸光系数百分比 , 比吸光系数（百分吸

光系数）ε ＝ axM

%1cm1E

ME cm 10

%11

朗伯 - 比尔定律的物理意义为：当一束平行单色光通过单一均匀的，非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。此定律不仅适用于溶液，也适用于其他均匀非散射的吸光物质（气体或固体），是各类吸光光度法定量分析的依据。

吸光度 A具有加和性A=A1+A2+……An=ΣAi= Σ ε ibci

在多组分体系中，如果各种吸光物质之间没有相互作用，这时体系的总吸光度等于各组分吸光度之和，即吸光度具有加和性。

这个性质对于理解吸光光度法的实验操作和应用都有着极其重要的意义。利用参比溶液调 100%透光率就是根据吸光度加和性原理。