紫外可见吸收光度计工作原理

一、紫外可见吸收光谱的产生

紫外可见吸收光度计是基于紫外可见吸收光谱而进行分析的，因此，有必要首先了解紫外可见吸收光谱的产生。

紫外可见吸收光谱是由分子的外层价电子跃迁产生的，属分子吸收光谱，也称电子光谱。它与原子光谱的窄吸收带不同。由于每种电子能级的跃迁会伴随若干振动和转动能级的跃迁，使分子光谱呈现比原子光谱复杂得多的宽带吸收。

物质对光的吸收是物质与辐射能相互作用的一种形式。射入物质的光子能量与物质的基态和激发态能量差相等时才会被吸收。由于吸光物质的分子(或离子)只有有限数量的、量子化的能级，物质对光的吸收在波长上具有选择性。能被某种物质吸收的波长，称之为该物质的特征吸收波长。在日常生活中看到各种溶液呈现不同的颜色，就是它们对可见光的波长选择性吸收的结果。

如果逐渐改变射入物质的波长并同时记录下该物质对每种波长光的吸收程度或透射程度，以波长为横坐标，以吸光度(即指吸收程度)或透射率(指透射程度)为纵坐标描出连续的吸光度-波长(或透射率-波长)曲线，就是该物质在实验波长范围内的吸收光谱图(吸收曲线)。

物质分子由于对紫外可见区的光有选择性吸收而使分子内电子跃迁产生波长位于紫外-可见区的吸收光谱。在紫外和可见光区范围内，有机化合物的吸收带主要由。δ→δ*、π→π*、n一δ*、n→π*及电荷迁移产生。无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁产生。

基态有机化合物的价电子包括成键δ电子、成键π电子和非键电子(以n表示)。分子的空轨道包括反键δ*。轨道和反键π*轨道，因此，可能产生的跃迁有δ→δ*、π→π*、n一δ*、n→π*等。

由于电子跃迁的类型不同，实现跃迁需要的能量不同，因而吸收的波长范围也不相同。除电子跃迁外，电荷迁移跃迁也可产生紫外可见吸收光谱。电荷迁移吸收光谱是指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁，而产生相应的吸收光谱。例如，某些取代芳烃可产生分子内电荷迁移跃迁吸收带。电荷迁移吸收带的谱带较宽，但一般吸收强度较大。

产生无机化合物电子光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。电荷迁移吸收光谱谱带最大的特点是摩尔吸收系数较大。许多“显色反应”是应用这类谱带进行定量分析，以提高检测灵敏度。配位场跃迁光谱一般位于可见光区，吸收谱带的摩尔吸收系数小，一般不用于定量分析。

二、定性原理

由于不同的物质对不同波长光有不同的吸收度，其吸收曲线形状和最大吸收波长λmax不同；但同一种物质即使浓度不同，其吸收曲线形状仍相似、λmax不变。因此，根据光谱图上吸收光谱的形状等特征就可以进行定性分析，吸收曲线是物质定性的基础。

但由于溶剂对电子光谱有较大的影响，且影响较为复杂。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，大多数化合物的紫外可见吸收光谱精细结构消失，吸收带变得更为平滑。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长λmax发生变化。因此，在采用紫外可见吸收光谱进行定性分析时，应注意考虑溶剂等条件。此外，由于相当数量化合物的紫外可见吸收光谱本身的特征性不明显，紫外可见分光光度计一般不单独用于对未知化合物定性，而作为一种辅助的定性手段。

三、定量原理

Botlguer和Lambet先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度A与吸收层厚度b成正比：A∝6；1852年Beer提出了光的吸收程度A与吸收物浓度c成正比：A∝C；二者的结合称为朗伯-比耳定律，其数学表达式为：

A=一lgT=lg(Io／It)=εbc

式中A——吸光度，表示溶液对光的吸收程度；

b——液层厚度(光程长度)，cm；

c——溶液的物质的量浓度，mol／L；

ε——摩尔吸光系数，L／(mol·cm)；

T——透光率，%；

Io—入射光的强度；

It——入射光通过溶液光的强度。

ε表示物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；与入射光波长、溶液的性质有关，与浓度无关，可作为定性鉴定的参数。ε表示物质对某一特定波长光的吸收能力，愈大表示吸收能力愈强，测定的灵敏度就愈大，在最大吸收波长λmax。处的摩尔吸光系数，常以εmax表示，εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，因此，为了提高测定的灵敏度，必须选择ε大的有色化合物、选择具有εmax；的波长的光作入射光。

朗伯-比耳定律是吸光光度法定量测定的理论基础，应用于各种光度法的吸收测量。严格地说，该定律只适用于稀溶液和只适用于单色光。在一定的高浓度和采用过宽入射波长时，可能导致吸光度和浓度间的线性关系偏离朗伯-比耳定律。