紫外可见光吸收光谱法的基本原理

紫外可见光吸收光谱法（Ultraviolet-Visible Spectroscopy, UV-Vis）是一种基于物质对紫外和可见光的吸收特性来分析样品中化合物的分析技术。其基本原理涉及物质吸收特定波长的光，导致电子能级跃迁。以下是紫外可见光吸收光谱法的基本原理：

### 1. 吸收原理

当样品中的分子或离子吸收了特定波长的光后，它们的电子从基态跃迁到激发态。这一过程通常发生在电子的价电子轨道之间。吸收的能量取决于电子跃迁所需的能量差，这与光的波长相关。

### 2. 波长范围

- **紫外光（UV）**：波长范围大约在10纳米至400纳米之间。
- **可见光（Vis）**：波长范围大约在400纳米至780纳米之间。

### 3. 吸收光谱

吸收光谱展示了样品对不同波长光的吸收程度。在吸收光谱图中，横轴表示波长（λ），纵轴表示吸光度（Absorbance, A）或透光率（Transmittance, T）。

### 4. Lambert-Beer 定律

紫外可见光吸收光谱法的基本原理遵循 Lambert-Beer 定律，该定律描述了光在穿过样品时的衰减情况：

\[ A = \log_{10}\left(\frac{I_0}{I}\right) = \epsilon \cdot c \cdot l \]

其中，
- \( A \) 是吸光度（Absorbance）；
- \( I_0 \) 是入射光强度；
- \( I \) 是透过光强度；
- \( \epsilon \) 是摩尔吸光系数（Molar Absorptivity）；
- \( c \) 是样品浓度；
- \( l \) 是光程长度（通常为比色皿的厚度）。

### 5. 电子跃迁类型

不同的电子跃迁类型会导致不同的吸收光谱特征：

- **π→π\*跃迁**：通常发生在含有双键的化合物中，如烯烃、芳香族化合物等。
- **n→π\*跃迁**：发生在含有孤对电子的原子与双键相连的化合物中，如醛、酮等。
- **n→σ\*跃迁**：发生在含有孤对电子并与单键相连的化合物中，这类跃迁通常出现在紫外光区。
- **σ→σ\*跃迁**：通常发生在饱和烃类化合物中，这类跃迁的能量非常高，因此吸收峰位于紫外光区的短波端。

### 6. 应用

紫外可见光吸收光谱法广泛应用于：

- **化合物鉴定**：通过与已知化合物的吸收光谱对比，确定未知样品中的化合物。
- **浓度测定**：根据 Lambert-Beer 定律，通过测量样品在特定波长下的吸光度来计算样品的浓度。
- **纯度分析**：通过观察吸收峰的形状和位置，评估样品的纯度。
- **反应监控**：实时监测化学反应的进程，通过跟踪特定波长下的吸光度变化来了解反应的进展。

### 7. 测量仪器

常用的测量仪器是紫外可见光分光光度计（UV-Vis Spectrophotometer），它包括光源、单色器（用于分离不同波长的光）、样品池（比色皿）和检测器（通常为光电倍增管或光电二极管阵列）。

紫外可见光吸收光谱法是一种简单、快捷且应用广泛的分析方法，在化学、生物化学、环境科学等多个领域都有着重要的应用价值。