材料分析测试 第十章 紫外可见吸收光谱法

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。

《材料分析测试方法A》课程教学大纲课程英文名称：Materials Analysis Techniques (A)课程编号：113990090课程类别：专业课课程性质：必修课学分：4学时：64（其中：讲课学时：48 实验学时：16 上机学时: ）适用专业：材料物理开课部门：材料科学与工程学院一、课程教学目的和课程性质材料分析测试方法（A）是为材料物理本科专业学生开设的专业必修课之一。

材料分析测试方法是关于材料成分、结构、微观形貌、缺陷等方面的现代分析测试技术及其有关理论基础的科学。

现代分析测试方法在材料生产过程中原材料的检测、产品质量监控以及新材料的研究与开发等方面具有重要的作用，它们既是材料分析测试的手段，也是材料科学研究必不可少的方法，是材料物理专业学生必备的专业知识之一。

通过本课程的教学，使学生系统地了解材料现代主要分析测试方法的基本原理、仪器设备、样品制备及应用，掌握常见分析测试技术所获信息的解释和分析方法，使学生能够独立（或与专业分析测试人员一起）拟定材料分析测试方案，进行材料分析和研究工作，为学生毕业后从事材料生产、检测、研发以及进一步深造打下良好的基础。

本课程的总体要求是，学生通过本课程的学习，能够：1．掌握电磁辐射、电子束和离子束等探针信号与物质的相互作用所产生的信息及根据这些信息建立的分析测试方法；2．掌握X射线衍射分析、电子衍射分析、透射电子显微分析、扫描电子显微分析、电子探针显微分析、紫外可见吸收光谱分析、红外吸收光谱分析和热分析的基本原理、仪器设备、样品制备、主要功能、测试结果的分析方法和应用；3．熟悉俄歇电子能谱分析、X射线光电子能谱分析的基本原理、仪器设备、样品制备、主要功能和应用；4．了解紫外光电子能谱分析、拉曼光谱分析、扫描探针显微分析、原子吸收光谱分析、原子发射光谱分析、原子荧光光谱分析、分子荧光光谱分析、核磁共振谱分析、穆斯堡尔谱分析、X射线荧光光谱分析、电子自旋共振谱分析、场离子显微分析、原子力显微分析、质谱和二次离子质谱分析等方法的基本原理、主要功能和应用。

第十章紫外-可见吸光光度法习题1.是非判断题1-1物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波长所致，VitB12溶液呈现红色是由于它吸收了白光中是红色光波。

1-2因为透射光和吸收光按一定比例混合而成白光，故称这两种光为互补色光。

1-3有色物质溶液只能对可见光范围内的某段波长的光有吸收。

1-4符合朗伯-比耳定律的某有色溶液的浓度越低，其透光率越小。

1-5符合比耳定律的有色溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置不移动，但吸收峰降低。

1-6朗伯-比耳定律的物理意义是：当一束平行单色光通过均匀的有色溶液时，溶液是吸光度与吸光物质是浓度和液层厚度的乘积成正比。

1-7在吸光光度法中，摩尔吸光系数的值随入射光的波长增加而减小。

1-8吸光系数与入射光波长及溶液浓度有关。

1-9有色溶液的透光度随着溶液浓度的增大而减小,所以透光度与溶液的浓度成反比关系。

1-10在吸光光度测定时，根据在测定条件下吸光度与浓度成正比的比耳定律的结论，被测溶液浓度越大，吸光度也越大，测定结果也就越准确。

1-11进行吸光光度法测定时，必须选择最大吸收波长的光作入射光。

1-12朗伯-比耳定律只适用于单色光，入射光的波长范围越狭窄，吸光光度测定的准确度越高。

1-13吸光光度法中所用的参比溶液总是采用不含被测物质和显色剂的空白溶液.1-14在实际测定中，应根据光吸收定律，通过改变比色皿厚度或待测溶液浓度，使吸光度的读数处于0.2～0.7之间，以减小测定的相对误差。

1-15在吸光光度法测定时，被测物质浓度相对误差的大小只有透光度为15%～65% 的范围内才是最小的。

2.选择题2-1分光光度法与普通比色法的不同点是A.工作范围不同B.光源不同C.检测器不同D.检流计不同E.获得单色光方法不同2-2 Zn2+的双硫腙-CCl4萃取吸光光度法中，已知萃取液为紫红色络合物，其吸收最大光的颜色为A.红B.橙C.黄D.绿2-3有色络合物的摩尔吸光系数，与下列因素中有关系的是A.比色皿的厚度B.有色络合物浓度C.吸收池材料D.入射光波长2-4透光率与吸光度的关系是A.1T =A B.㏒1T=A C.㏒T=A D.T=㏒1A2-5某物质的摩尔吸光系数（ε）较大，说明A.光通过该物质溶液的厚度厚B.该物质溶液的浓度大C.该物质对某波长的光吸收能力很强D.测定该物质的灵敏度高E.测定该物质的灵敏度低2-6朗伯-比耳定律说明，当一束单色光通过均匀有色溶液中，有色溶液的吸光度正比例于A.溶液的温度B.溶液的酸度C.液层的厚度D.有色配合物稳定性E.溶液的浓度和溶液厚度的乘积2-7符合比耳定律的有色溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置A.向长波方向移动B.向短波方向移动C.不移动，但高峰值降低D.不移动，但高峰值增大2-8已知磷钼杂多酸络合物的透光率为10%，而它与硅钼杂多酸络合物的吸光度差为0.699，那么，硅钼杂多酸络合物的透光率为A. 50%B. 20%C. 30%D. 40%2-9进行光度分析时，误将标准系列的某溶液作为参比溶液调透光率100％，在此条件下，测得有色溶液的透光率为85％。

第十章 紫外—可见分光光度法一、选择题1．所谓真空紫外区，所指的波长范围是( )。

A 、200～400nmB 、400～800nmC 、1000nmD 、100～200nm2．在紫外可见分光度计中，用于紫外光区的光源是（ ）A 、钨灯B 、卤钨灯C 、氘灯D 、能斯特灯3．指出下列化合物中，哪个化合物的紫外吸收波长最大（ ）A 、CH 3CH 2CH 3B 、CH 3CH 2OHC 、 CH 2＝CHCH 2CH ＝CH 2D 、 CH 3CH ＝CHCH ＝CHCH 34．符合比耳定律的有色物质溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置（ ）A 、向长波方向移动B 、不移动，但峰高值降低C 、向短波方向移动D 、不移动，但峰高值增大5．下列化合物中，同时有n→л﹡、л→л﹡、 σ→σ﹡跃迁的化合物是（ ）A 、一氯甲烷B 、丙酮C 、 l ，3丁二烯D 、甲醇6．双光束分光光计与单光束分光光计相比，其突出的优点是（ ）A 、扩大波长的应用范围B 、可以采用快速响应的监测系统一C 、可以抵消吸收池所带来的误差D 、可以抵消因光源强度的变化而产生的误差7．某化合物入max （正己烷为溶剂）＝ 329nm ，入max （水为溶剂）= 305nm ，该跃迁类型为（ ）A 、n→л﹡B 、л→л﹡C 、σ→σ﹡D 、 n→σ﹡8．丙酮在乙烷中的紫外吸收λmax =279nm ，ε=14．8，此吸收峰由( )能级跃迁引起的。

A 、n →л﹡B 、л→л﹡C 、n →σ*D 、σ→σ*9．下列四种化合物中，在紫外光区出现两个吸收带的是（ ）A 、乙烯B 、l ，4一戊二烯C 、1，3一丁二烯D 、丙烯醛10．助色团对谱带的影响是使谱带（ ）A 、波长变长B 、波长变短C 、波长不变D 、谱带蓝移11．某物质在给定波长下的摩尔吸光系数（ε）很大，则表明（ ）A 、物质对该波长光的吸收能力很强B 、物质的摩尔浓度很大C 、光通过物质溶液的光程长D 、物质的摩尔质量很大12．符合比耳定律的溶液稀释时，其浓度、吸光度和最大吸收波长的关系为（ ）A 、减小，减小，减小B 、减小，减小，不变C 、减小，不变，减小D 、减小，不变，增加13．下列叙述正确的是（ ）A 、透光率与浓度成线性关系B 、一定条件下，吸光系数随波长变化而变化C 、浓度相等的x ，y 两物质，在同一波长下，其吸光度定相等D 、质量相等的x ，y 两物质，在同一波长下，其吸光系数一定相等14．吸光性物质的摩尔吸光系数与下列( )因素有关。

课程名称：实验名称：紫外可见吸收光谱法—结构分析学院部门：报告人：同组人员：实验时间：提交时间：α( 阿而法)β( 贝塔)γ(伽马）δ（德尔塔）ε（艾普西龙）ζ（截塔）η（艾塔）θ（西塔）ι约塔）κ（卡帕）λ（兰姆达）μ（米尤）ν（纽）ξ（可系）ο（奥密克戎）π （派）ρ （若）一、实验目的1、学习并掌握紫外可见分光光度计的使用方法；2、了解并掌握不同的助色团对苯的紫外吸收光谱的影响；3、了解并掌握溶剂极性对丁酮、三氯乙烯的紫外吸收光谱的影响；4、了解并掌握pH对苯酚的紫外吸收光谱的影响。

二、实验原理2.1 紫外吸收光谱产生的基本原理及相关概念紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。

因此，这种吸收光谱决定于分子中价电子的分布和结合情况。

按分子轨道理论，在有机化合物分子中有几种不同性质的价电子：形成单键的电子称为σ键电子；形成双键的电子称为π键电子；氧、氮、硫、卤素等含有未成键的孤对电子，称为n电子。

当饱和单键碳氢化合物中的氢被氧、氮、硫、卤素等杂原子取代时，由于这类原子中有n 电子，n电子较σ电子易于激发，使电子跃迁所需能量降低，吸收峰向长波长方向移动，这种现象称为红移，此时产生n→σ* 跃迁。

这种能使吸收峰波长向长波方向移动的杂原子基团称为助色团。

芳香族化合物π→π*跃迁在近紫外区产生3个特征吸收带。

苯的特征吸收带为184nm（E1），204nm(E2)，254nm(B)。

E1带、E2带和B带式苯环上三个共轭体系中的π→π*跃迁产生的，E1带和E2带属强吸收峰带，在230—270nm范围内的B带属弱吸收带，其吸收峰常随苯环上取代基的不同而发生位移。

当苯环上有助色基团如—OH、—Cl等取代基时，由于n—π共轭，使E2吸收带向长波长方向移动，但一般在210nm左右。

同时，n—π共轭还能引起苯吸收的精细结构消失。

生色基团为一类含有π键的不饱和基团，在饱和碳氢化合物或苯环上引入这些基团后其最大吸收波长将移至紫外及可见区范围内，产生红移效应。

紫外－可见分光光度法思考题和习题1．名词解释：吸光度、透光率、吸光系数(摩尔吸光系数、百分吸光系数)、发色团、助色团、红移、蓝移。

吸光度：指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数，用来衡量光被吸收程度的一个物理量。

吸光度用A表示。

透光率：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。

吸光系数：单位浓度、单位厚度的吸光度摩尔吸光系数：一定波长下C为1mol/L ，l为1cm时的吸光度值百分吸光系数：一定波长下C为1%(w/v) ，l为1cm时的吸光度值发色团：分子中能吸收紫外或可见光的结构单元，含有非键轨道和n分子轨道的电子体系，能引起π→π*跃迁和n→ π*跃迁，助色团：一种能使生色团吸收峰向长波位移并增强其强度的官能团，如-OH、-NH3、-SH及一些卤族元素等。

这些基团中都含有孤对电子，它们能与生色团中n电子相互作用，使π→π*跃迁跃迁能量降低并引起吸收峰位移。

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，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）2．什么叫选择吸收？它与物质的分子结构有什么关系？物质对不同波长的光吸收程度不同，往往对某一波长(或波段)的光表现出强烈的吸收。

这时称该物质对此波长(或波段)的光有选择性的吸收。

由于各种物质分子结构不同，从而对不同能量的光子有选择性吸收，吸收光子后产生的吸收光谱不同，利用物质的光谱可作为物质分析的依据。

3．电子跃迁有哪几种类型？跃迁所需的能量大小顺序如何？具有什么样结构的化合物产生紫外吸收光谱？紫外吸收光谱有何特征？电子跃迁类型有以下几种类型：σ→σ*跃迁，跃迁所需能量最大；n →σ*跃迁，跃迁所需能量较大，π→π*跃迁，跃迁所需能量较小；n→ π*跃迁，所需能量最低。

而电荷转移跃迁吸收峰可延伸至可见光区内，配位场跃迁的吸收峰也多在可见光区内。

第一章 电磁辐射与材料结构一、教材习题1-1 计算下列电磁辐射的有关参数：（1）波数为3030cm -1的芳烃红外吸收峰的波长（μm ）； 答：已知波数ν=3030cm -1根据波数ν与波长λ的关系)μm (10000)cm (1λν=-可得： 波长μm 3.3μm 3030100001≈==νλ（2）5m 波长射频辐射的频率（MHz ）； 解：波长λ与频率ν的关系为λνc=已知波长λ=5m ，光速c ≈3×108m/s ，1s -1=1Hz则频率MHz 6010605/103168=⨯=⨯=-s msm ν （3）588.995nm 钠线相应的光子能量（eV ）。

答：光子的能量计算公式为λνchh E ==已知波长λ=588.995nm=5.88995⨯10-7m ，普朗克常数h ＝6.626×10-34J ⋅s ，光速c ≈3×108m/s ，1eV=1.602×10-19J 则光子的能量（eV ）计算如下：eVeV J ms m s J E 107.210602.110375.3 10375.31088995.5/10310626.61919197834≈⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⋅⨯=-----1-3 某原子的一个光谱项为45F J ，试用能级示意图表示其光谱支项与塞曼能级。

答：对于光谱项45F J ，n =4，L =3，M =5；S =2(M =2S +1=5)，则J =5，4，3，2，1，当J=5，M J=0，±1，±2，···±5；……J=1，M J=0，±1。

光谱项为45F J的能级示意图如下图：1-4辨析原子轨道磁矩、电子自旋磁矩与原子核磁矩的概念。

答：原子轨道磁矩是指原子中电子绕核旋转的轨道运动产生的磁矩；电子自旋磁矩是指电子自旋运动产生的磁矩；原子核磁矩是指原子中的原子核自旋运动产生的磁矩。