紫外和红外吸收光谱法

第二章 紫外－可见吸收光谱法

本章地位：

本章是仪器分析课程中光分析方法的第一章，光分析方法中的一些基本理

论、基本概念、基本专业术语，在本章中首次出现并应用，对光分析方法起着建

立基本框架、引导学习思路的作用。

紫外－可见吸收光谱法历史较久远，应用十分广泛，与其它各种仪器分析

方法相比，紫外－可见吸收光谱法所用的仪器简单、价廉，分析操作也比较简

单，而且分析速率较快。

在有机化合物的定性、定量分析方面，例如化合物的鉴定、结构分析和纯度检

查以及在药物、天然产物化学中应用较多。

本章内容：

本章主要讨论了紫外－可见吸收光谱的产生、紫外－可见分光光度计仪器原

理和结构以及紫外－可见吸收光谱法在有机定性及结构分析中的应用。

讲解思路：

让学生首先了解：不同物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有不同的吸收光谱。而各种化合物，无机化合物或有机化合物吸收光谱的产生在本质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但二者在电子跃迁类型上有一定区别。电子跃迁类型是本章的难点。最后了解利用紫外－可见分光光度计可使物质产生吸收光谱并对其进行检测。鉴定的方法是本章的重点。

学时分配：4学时

第一节 概述

分光光度法是基于物质分子对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。按物质吸收光的波长不同，可分为可见分光光度法、紫外分光光度法及红外分光光度法。

特点：

*灵敏度较高，适用于微量组分的测定。但相对误差较大。

*具有操作方便、仪器设备简单、灵敏度和选择性较好等优点，为常规的仪器分析方法

紫外—可见分光光度法的局限性:

有些有机化合物在紫外可见光区没有吸收谱带,更有个别的化合物紫外可见吸收光谱图大致相似。所以但根据紫外可见光谱图不能完全决定这些物质的分子结构。

一．分子吸收光谱

在分子中存在着电子的运动，以及组成分子的各原子间的振动和分子作为整体的转动。分子的总能量可以认为等于这三种运动能量之和。即：

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。紫外可见光谱法不仅可用于定量分析，还可以用来进行物质鉴定和结构分析。

第6章红外光谱法

【6-1】 红外光区可划分为几个区域？它们对分析化学的重要性如何？

【6-2】 从原理、仪器构造和应用方面，比较红外光谱法与紫外 -可见吸收光谱法有何异同？

【6-3】 简述红外光谱产生的条件。

答：(1)照射光的能量 E=hv等于两个振动能级间的能量差 AE时，分子才能由低振动能级 E1跃迁

到高振动能级E2。即AE= E1- E2,则产生红外吸收光谱。(2)分子振动过程中能引起偶极矩变化 的红外活性振动才能产生红外光谱。

【6-4】 大气中的02, N2等气体对测定物质的红外光谱是否有影响，为什么？

答：大气中的。2, N2等气体对测定物质的红外光谱没有影响。因为在测定物质的红外光谱时，只有

能产生红外吸收峰的物质才会有影响。按照对红外光谱吸收峰产生条件，具有偶极距变化的分子振 动是红外活性振动，而 02, N2等气体在分子振动时并不产生偶极距变化，无红外吸收峰。因此，大 气中的02, N2等气体对测定物质的红外光谱没有影响。

【6-5】 CS2是线性分子，①试画出它的基本振动示意图；②指出哪些振动是红外活性的；③若双

键的力常数为10N/cm，试计算它的伸缩振动吸收峰的频率。 解：①CS2振动形式如下图所示。

一 S—C-S — | |

-—S—c—S_ s=「s

②其红外吸收光谱图上只出现两个吸收峰，其理论振动数应为 峰，因为：一是对称伸缩振动的偶极矩不发生变化，二是其中两种振动方式频率相同，发生简并。

③ 1394cm-1。

【6-6】 什么条件下可用谐振子模型来进行振动带频率的计算？

【6-7】 根据下列键的力常数，计算各化学键的基本振动频率( cm-1)：

(1) C-H 键 k=50.7N -cm-1;

(2) C=0 键 k=12.06N -cm-1;

(3) C=C 键 k=9.77N -cm-1;

(4) C^N 键 k=17.5N -cm-1。

解：(1) 3054cm-1; (2) 1728cm-1; (3) 1663cm-1; (4) 2145cm-1。

部分一 紫外光谱法与红外光谱法

摘要：光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法，紫外光谱法(UV)，红外光谱法(IR)都是属于光谱法。

一、原理不同

1、紫外光谱(UV)

分子中价电子经紫外光照射时，电子从低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长的光，这样产生的吸收光谱叫紫外光谱。紫外光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。

紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm(纳米), 其中100-200nm 为远紫外区，200-400nm为近紫外区, 一般的紫外光谱是指近紫外区。

2、红外光谱法（IR）

分子与红外辐射的作用，使分子产生振动和转动能级的跃迁所得到得吸收光谱，属于分子光谱与振转光谱范畴。 利用样品的红外吸收光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法称之红外光谱法。

红外光区的波长范围是0.76—500 μm，近红外0.76—2.5μm中红外2.5—25μm远红外波长25—500μm 。

二、仪器对比

根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不同可分为：

单光束分光光度计

双光束分光光度计

结构

① 光源

紫外部分—氘灯

② 单色器

早期—棱镜

现代—光栅 根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不同可分为：

色散型红外吸收光谱仪

傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）

1光源——通常采用惰性固体作光源

能斯特灯、特殊线圈

2. 单色器

多采用光栅 ③ 样品室

石英比色皿—适用于紫外区和可见光区

④检测器

将光强度变化成电信号

常用的检测器：光电池、光电管、光电倍增管（灵敏度高，应用最多）

⑤ 显示和记录系统 3. 试样池

玻璃、石英等对红外光均有吸收

4. 检测器

高真空热电偶、热释电检测器、碲镉汞检测器