紫外光谱分析中的吸收波长和吸光系数

1.紫外吸收的产生

光是电磁波，其能量（E）高低可以用波长（λ）或频率（ν）来表示：

式中：c——光速（3×108m/s）；

h——普朗克常数（h=6.62×10-34J·s）。

频率与波长的关系为：

图1-1　光波谱区及能量跃迁相关图

光子的能量与波长成反比，与频率成正比，即波长越长，能量越低；频率越高，能量越高。

2.朗伯—比尔定律

朗伯—比尔定律是吸收光谱的基本定律，也是吸收光谱定量分析的理论基础。定律指出：被吸收的入射光的分数正比于光程中吸光物质的分子数目；对于溶液，如果溶剂不吸收，则被溶液所吸收的光的分数正比于溶液的浓度和光在溶液中经过的距离。朗伯—比尔定律可用下式表示：

式中：A——吸光度，即单色光通过试液时被吸收的程度，为入射光强度I0与透过光强度I1的比值的对数；

T——透光率，也称透射率，为透过光强度I1与入射光强度I0之比值；

l——光在溶液中经过的距离，一般为吸收池厚度；

ε——摩尔吸光系数，它是浓度为1mol/L的溶液在1cm的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度。ε表示物质对光能的吸收程度，是各种物质在一定波长下的特征常数，因而是鉴定化合物的重要数据，其变化范围从几到105。从量子力学的观点来看，若跃迁是“禁阻的”，则ε值小于几十。在一般文献资料中，紫外吸收中最大吸收波长位置及摩尔吸光系数表示为：

此式表示样品在乙醇溶剂中，最大吸收波长为204nm，摩尔吸光系数为1120。

吸光度具有加和性，即在某一波长λ，当溶液中含有多种吸光物质时，该溶液的吸光度等于溶液中每一成分的吸光度之和，这一性质是紫外光谱进行多组分测定的依据。

理论上，朗伯—比尔定律只适用于单色光，而实际应用的入射光往往有一定的波长宽度，因此要求入射光的波长范围越窄越好。朗伯—比尔定律表明，在一定的测定条件下，吸光度与溶液的浓度成正比，但通常样品只在一定的低浓度范围才呈线性关系，因此，定量测定时必须注意浓度范围、放置时间、pH等因素也会对样品的光谱产生影响，必须引起注意。(www.xing528.com)

3.溶剂选择

测定化合物的紫外吸收光谱时，一般均应配成溶液，故选择合适的溶剂很重要。选择溶剂的原则如下。

（1）样品应在溶剂中溶解良好，能达到必要的浓度（此浓度与样品的摩尔吸光系数有关），以得到吸光度适中的吸收曲线。

（2）溶剂应不影响样品的吸收光谱，因此在测定范围内溶剂应是紫外透明的，即溶剂本身没有吸收，透明范围的最短波长称为透明界限，测试时应根据溶剂的透明界限选择合适的溶液。

（3）为降低溶剂与溶质分子间的作用力，减少溶剂吸收光谱的影响，应尽量采用低极性溶剂。

（4）尽量与文献中所用溶剂一致。

（5）溶剂应挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜。

（6）所选用的溶剂应不与待测组分发生化学反应。

图1-2　电子能级示意图