1.3　紫外光谱

紫外-可见分光光度法也称紫外-可见吸收光谱法（ultraviolet and visible spectrophotometry），属于分子吸收光谱法，是利用某些物质对200～800nm光谱区辐射的吸收进行分析测定的一种方法。紫外-可见吸收光谱主要产生于分子价电子在电子能级间的跃迁。该方法由于具有灵敏度高，准确度好，使用的仪器设备简便，价格低廉，且易于操作等优点，故广泛应用于无机和有机物质的定性和定量测定。

1.3.1　紫外光谱基本原理

1.3.1.1　分子吸收光谱的形成

图1-25是双原子分子的能级示意图。图中A和B表示不同能量的电子运动能级（简称电子能级）。A是电子能级的基态，B是电子能级的最低激发态。在同一电子能级内，分子的能量还因振动能差的不同而分成若干支级（ν=0，1，2，3…），称为振动能级。当分子处于某一电子能级中的某一振动能级时，分子的能量还会因转动能差的不同再分为若干支级（J=0，1，2，3…），称为转动能级。显然，电子能级的能量差ΔEe、振动能级的能量差ΔEv和转动能级的能量差ΔEτ间相对大小关系为ΔEe>ΔEv>ΔEτ。

根据量子理论，如果分子从外界吸收的辐射能（hν）等于该分子的较高能级与较低能级的能量差时，即

ΔE=hν=h　　（1-8）

分子将从较低能级跃迁至较高能级。

由于各种物质分子内部结构的不同，分子的能级也是千差万别，各种能级之间的间隔也互不相同，这样就决定了它们对不同波长光的选择吸收。如果改变通过某一吸收物质的入射光的波长，并记录该物质在每一波长处的吸光度，然后以波长（λ）为横坐标，以吸光度（A）为纵坐标作图，这样得到的谱图称为该物质的吸收光谱，亦称为吸收曲线。某物质的吸收光谱反映了它在不同的光谱区域内吸收能力的分布情况，通过吸收曲线的波形、波峰的位置、波的强度及其数目，可为研究物质的内部结构提供重要的信息。

图1-26是四种浓度KMnO4溶液的吸收光谱。从图可见：

① 同一溶液对不同波长的光的吸收程度不同。如KMnO4对525nm的光吸收程度最大，此波长称为最大吸收波长，以λmax或λ最大表示，所以吸收光谱上有一高峰。

② 不同浓度的KMnO4溶液的吸收光谱形状相似，其最大吸收波长λmax不变。吸收光谱与物质的特性有关，不同物质吸收光谱的形状和最大吸收波长可能不同。故据此可作为物质定性分析的依据。

③ 同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处吸光度随溶液浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在测定时，只有在λmax处测定吸光度，其灵敏度才最高，因此，吸收光谱是吸光光度法中选择测量波长的依据。

1.3.1.2　基本概念

（1）生色团　分子中能吸收紫外或可见光的结构单元称为生色团。它是含有非键轨道和π分子轨道的电子体系，能引起n→π*和π→π*跃迁，例如碳碳双键、共轭双键、羰基、硝基等。表1-7列出了某些常见生色团的吸收特征。

（2）助色团　助色团是指带有非键电子对的能使生色团吸收峰向长波方向移动并增强其强度的官能团，如—OH、—NH2、—NHR、—SH、—Cl、—Br、—I等。这些基团中都含有孤对电子，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，能与生色团中π电子相互作用，使π→π*跃迁能量降低使其吸收带的最大吸收波长λmax发生移动，并且增加其吸收强度。

（3）红移与蓝移　在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，而使其吸收带的最大吸收波长λmax发生移动。如某些有机化合物经取代反应引入含有未共用电子对的基团（—NH2、—NR2、—OH、—Cl、—Br、—SH、—SR等）之后，吸收峰的波长λmax将向长波长方向移动，这种效应称为红移效应。这些会使某化合物的λmax向长波长方向移动的基团称为向红基团。

与红移效应相反，有时在某些生色团（如羰基）的碳原子一端引入一些取代基（如甲基等）之后，吸收峰的波长会向短波长方向移动，这种效应称为蓝移效应。这些会使某化合物的λmax向短波长方向移动的基团称为向蓝基团。

溶剂极性的不同也会引起某些化合物吸收光谱的红移或蓝移，这种作用称为溶剂效应。图1-27给出了溶剂极性对π→π*和n→π*跃迁能量变化的示意图。

在π→π*跃迁中，激发态极性大于基态，当使用极性大的溶剂时，由于溶剂与溶质相互作用，激发态π*比基态π的能量下降更多，因而激发态与基态之间的能量差减小（ΔE'1<ΔE1），导致吸收谱带λmax红移。而在n→π*跃迁中，基态n电子与极性溶剂形成氢键，降低了基态能量，使激发态与基态之间的能量差变大（ΔE'2>ΔE2），导致吸收带λmax蓝移。由此可见，溶剂的极性增大时，π→π*跃迁的λmax发生红移；而n→π*跃迁的λmax发生蓝移。

1.3.2　分子轨道和电子跃迁

1.3.2.1　有机化合物的分子轨道和电子跃迁

有机化合物的紫外-可见吸收光谱取决于有机化合物分子的结构及分子轨道上电子的性质。按照分子轨道理论，有机化合物分子中的价电子包括形成单键的σ电子、形成重键的π电子和非成键的n电子。当分子吸收一定能量后，其价电子将从能量较低的轨道跃迁至能量较高的反键轨道。如图1-28所示，σ、π表示成键分子轨道；n表示非成键分子轨道；σ*、π*表示反键分子轨道。

一个有机化合物分子对紫外光或可见光的特征吸收。可以用吸收最大处的波长，即吸收峰波长（λmax）来表示，它取决于分子激发态与基态间的能量差。图1-28定性地表示了几种分子轨道能量的相对大小、各种类型的电子跃迁光谱能量大小和相应的吸收峰波长的位置。从化合物的性质来看，与紫外-可见吸收光谱有关的电子跃迁是n→σ*、n→π*和π→π*。

（1）n→σ*跃迁　含有杂原子S、N、O、P、卤素原子的饱和有机化合物都可以发生这种跃迁。n→σ*跃迁的大多数吸收峰出现在波长200 nm以下，在紫外区不易观察到这类跃迁。

（2） n→π*和π→π*跃迁　这两类跃迁一般出现在波长大于200nm的紫外区，要求有机化合物分子中含有不饱和基团，例如碳碳双键、羰基、硝基等，均是含有π键的基团。还有一些基团例如—OH、—NH2、—SH及卤素元素等，它们都含有未成键n电子。π→π*跃迁产生强吸收带，摩尔吸光系数可达104L·mol·cm-1，而n→π*跃迁吸收光谱的强度小，摩尔吸光系数一般在500L·mol·cm-1以下。

如果有机化合物含有几个生色团，且生色团之间不产生共轭效应，该化合物的吸收光谱基本上由这些生色团的吸收带所组成。如果有机化合物中含有多个相同的生色团，其吸收峰的波长基本不变，而摩尔吸光系数将随生色团数目增加而增大。如果有机化合物分子中生色团发生共轭作用，则原有的吸收峰将发生位移，同时摩尔吸光系数增大。

当有机化合物处于气态时，它的吸收光谱由孤立的分子给出，因而其振动光谱和转动光谱的精细结构也能表现出来。当有机化合物溶解于某种溶剂时，该有机物分子被溶剂分子所包围，限制了分子的自由转动，使转动光谱表现不出来。如果溶剂的极性很大，该分子的振动光谱也将消失。此外，溶剂的极性不同，也将使吸收光谱的位置发生移动，这在前面已有叙述。极性较大的溶剂，一般会使π→π*跃迁谱带红移，而使n→π*跃迁谱带蓝移。某些有机化合物在引入含有孤对电子基团后，吸收光谱也会发生红移或蓝移。

1.3.2.2　无机化合物的分子轨道和电子跃迁

（1）电荷转移吸收光谱　某些无机化合物的分子同时具有电子给予体和电子接受体部分，当辐射照射到这些化合物时，电子从给予体外层轨道跃迁到接受体轨道，这种由于电子转移产生的吸收光谱，称为电荷转移光谱。电子电荷转移过程可用下式表示：

D-A D+-A-

D和A分别表示电子给予体和电子接受体。在辐射作用下，一个电子从给予体转移到接受体。在配合物的电荷转移过程中，金属离子通常是电子接受体，配位体是电子给予体。许多无机配合物能发生这种电荷转移光谱，例如，

[Fe3+-SCN-]2+ [Fe2+-SCN-]2-

电荷转移吸收光谱的最大特点是吸收强度大，摩尔吸光系数一般超过104L·mol·cm-1，这就为高灵敏度测定某些化合物提供了可能性。

（2）配位体场吸收光谱　过渡元素都有未填满的d电子层，镧系和锕系元素含有f电子层，这些电子轨道的能量通常是相等的（简并）。当这些金属离子处在配位体形成的负电场中时，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁到高能态的d轨道成f轨道，这两类跃迁分别称为d电子跃迁和f电子跃迁。由于这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才能发生，因此又称为配位体场跃迁，相应的光谱称为配位体场吸收光谱。

配位体场吸收光谱通常位于可见光区，强度弱，摩尔吸光系数约为0.1～100L·mol·cm-1，对于定性分析用处不大，多用于配合物的研究。

1.3.3　影响紫外光谱的一些因素

1.3.3.1　Lambert-Beer 定律

Lambert-Beer定律是光吸收的基本定律，也是分光光度分析法的理论依据和计算基础。Lambert和Beer分别于1760年和1852年独立研究了光通过溶液的吸收程度与溶液层厚度和溶液浓度之间的定量关系。当一束平行的单色光通过浓度一定的均匀溶液时，该溶液对光的吸收程度与溶液层厚度b成正比。这种关系称为Lambert定律，数学表达式为

lg=k1b　　（1-9）

当单色光通过液层厚度一定的均匀的吸收溶液时，该溶液对光的吸收程度与溶液的浓度c成正比。这种关系称为Beer定律，数学表达式为

lg=k2c　　（1-10）

如果同时考虑溶液浓度与液层厚度对光吸收程度的影响，即将Lambert定律与Beer定律结合起来，则可得

lg=kbc　　（1-11）

式（1-11）称为Lambert-Beer定律的数学表达式。上述各式中：I0、I分别为入射光强度和透射光强度；b为光通过的液层厚度；c为吸光物质的浓度；k1、k2和k均为比例常数，与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素相关。上式的物理意义为：当一束平行的单色光通过均匀的某吸收溶液时，溶液的吸收程度lgI0/I与溶液的浓度和光通过的溶液层厚度的乘积成正比。式（1-11）中的lgI/I0项表示溶液的吸收程度，定义为吸光度，并用符号A表示；同时，I/I0是透射光强度与入射光强度之比，表示了入射光透过溶液的程称为透射比（旧称透光度或透光率），以T表示，所以式（1-11）又可表示为

A=lg=lg=kbc　　（1-12）

透射比常以百分数（T）表示，称为百分透射比。

应用Lambert-Beer定律时，应注意：①该定律应用于单色光，既适用于紫外-可见光，也适用于红外光，是各类分光光度法进行定量分析的理论依据；②该定律适用于各种均匀非散射的吸光物质，包括液体、气体和固体；③吸光度具有加合性，指的是溶液的总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和。根据这一规律，可以进行多组分的测定及某些化学反应平衡常散的测定。这个性质对于理解吸光光度法的实验操作和应用都有着极其重要的意义。

1.3.3.2　吸光系数与摩尔吸光系数

式（1-12）中的比例常数k值随浓度c所用单位不同而不同。如果c的单位为g·L-1，k常用a表示，a称为吸光系数，其单位是L·g-1·cm-1，式（1-12）可转化为

A=abc　　（1-13）

如果c的单位为mol·L-1，则常数k用ε表示，ε称为摩尔吸光系数，其单位是L·mol·cm-1，此时式（1-12）成为

A=εbc　　（1-14）

吸光系数a和摩尔吸光系数ε是吸光物质在一定条件、一定波长和溶剂情况下的特征常数。同一物质与不同显色剂反应，生成不同的有色化合物时具有不同的ε值，同一化合物在不同波长处的也可能不同。在最大吸收波长处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。ε值越大，表示该有色物质对入射光的吸收能力越强，显色反应越灵敏。所以，可根据不同显色剂与待测组分形成有色化合物的ε值的大小，比较它们对测定该组分的灵敏度。以前曾认为ε>1×104L·mol·cm-1的反应即为灵敏反应，随着近代高灵敏显色反应体系的不断开发，现在，通常认为ε≥6×104L·mol·cm-1的显色反应才属灵敏反应，ε<2×104L·mol·cm-1已属于不灵敏的显色反应。目前已有许多ε≥1×105L·mol·cm-1高灵敏显色反应可供选择。

应指出的是，ε值仅在数值上等于浓度为1mol·L-1，比色皿厚度为1cm时的溶液的吸光度，在分析实践中不可能直接取浓度为1mol·L-1的溶液测定ε值，而是根据低浓度时的吸光度，通过计算求得。

1.3.3.3　偏离Lambert-Beer定律的因素

根据Lambert-Beer定律，当波长和强度一定的入射光通过液层厚度一定的溶液时，吸光度与溶质浓度成正比。即当液层厚度（b）一定时，以吸光度（A）为纵坐标，对应的浓度（c）为横坐标作图，可得一条通过原点的直线，称为校正曲线或工作曲线。但在实际工作中，特别是当吸光物质浓度较高时，吸光度与浓度之间常常会偏离线性关系，如图1-29所示。若溶液的实际吸光度比理论值大，则为正偏离；若吸光度比理论值小，则为负偏离。产生偏离的原因主要来源于以下三个方面。

（1）Beer定律本身的局限性　Beer定律通常只有在稀溶液（小于0.01mol·L-1）中才适用。高浓度时，因吸光质点间的平均距离缩小而使得相邻质点的电荷分布会受到彼此的影响，导致其吸光系数发生改变，从而产生线性偏离。

（2）化学因素　不同物质，甚至同一物质的不同型体对光的吸收程度可能不同。按Beer定律假定，溶液中各组分之间的行为必须是相互无关的，这一假定也是利用光吸收的加合性同时测定多组分混合物的基础。而当溶液浓度较大时，溶液中的吸光物质因离解、缔合、溶剂化作用或化合物形式的改变，结果使吸收曲线的位置、形状及峰高随着浓度的增加而改变，从而引起对Beer定律的偏离。如Cr2水溶液在450nm处有最大吸收，但因存在下列平衡：

Cr2+H2O 2HCr2H++2Cr

当Cr2溶液按一定程度稀释时，Cr2的浓度并不按相同的程度降低，而Cr2、2HCr、2Cr对光的吸收特性明显不同，此时，若仍以450nm处测得的吸光度制作工作曲线，将严重地偏离Lambert-Beer定律。如果控制溶液均在高酸度时测定，由于六价铬均以重铬酸根形式存在，就不会引起偏离。对于酸碱反应，如一弱酸HB，其最大吸收波长为λmax。HB在溶液中存在下列离解平衡：

HBH++B-

溶液的总吸光度：

A=AHB+=（εHBcHB+）b

当有pH缓冲溶液时，酸型HB与碱型B-之比值在各种浓度下保持不变。但若无缓冲作用，离解度将随稀释而增大。若>εHB，当溶液浓度增大时，产生负偏离；若<εHB，当溶液浓度增大时，产生正偏离。

所以在用吸光光度法进行分析测定时，要严格控制测定条件，使被测组分以一种形式存在，克服化学因素引起的偏离。

（3）仪器因素　仪器因素引起的偏离，包括入射光不是真正的单色光、单色器内的内反射，以及因光源的被动、检测器灵敏度波动等引起的偏离，其中最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。

严格地说，Lambert-Beer定律只适用于单色光，但采用任何方法都不可能得到纯的单色光，实际上得到的都是具有某一波段的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度不同，因而导致对Lambert-Beer定律的偏离。

设有两种波长的单色光λ1和λ2分别通过溶液，根据Lambert-Beer定律有：

当λ=λ1时，　　　　　　A1=lg=ε1bc　　（1-15）

当λ=λ2时，　　　　　　A2=lg=ε2bc　　（1-16）

若让含λ1和λ2的复合光通过待测溶液，其吸光度为

A=lg　　（1-17）

由式（1-17）可见，当ε1=ε2时，A=εbc，A与c成直线关系；当ε1≠ε2时，A≠εbc，A与c不成直线关系。ε1与ε2相差越大，即λ1和λ2相差越大，对Lambert-Beer定律偏离就越严重；实验证明，只有在选用的入射光波带宽度中，吸光度随波长变化不大时，Lambert-Beer定律才成立。所以实际工作中，并不严格要求很纯的单色光。在所使用的波长范围内，吸光系数变化越大，这种偏离就越明显。一般应将入射光波长选择在被测物质的最大吸收处，这不仅保证了测定有较高的灵敏度，而且此处的吸收曲线较为平坦，吸光系数变化不大，非单色光引起的偏离比在其他波长处小得多。

1.3.3.4　分析条件的选择

为使分析方法有较高的灵敏度和准确度，选择最佳的测定条件。这些条件综合起来包括试样反应条件和仪器测量条件。

（1）显色反应的选择　在无机分析中，很少利用金属离子本身的颜色进行光度分析，因为它们的吸光系数值都比较小。一般都是选用适当的试剂，与待测离子反应生成对紫外或可见光有较大吸收的物质再测定，这种反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂。配位反应、氧化还原反应以及增加生色基团的衍生化反应等都是常见的显色反应类型，尤以配位反应应用最广。许多有机显色剂与金属离子形成稳定性好、具有特征颜色的络合物，其灵敏度和选择性都较高。

同一组分常可与多种显色剂反应生成不同的有色化合物。所选用的显色反应通常应满足下述要求：

① 反应的生成物必须在紫外-可见光区有较强的吸光能力，即摩尔吸光系数较大。但是，在分析化学中接触到的试样大多是成分复杂的物质，必须认真考虑共存组分的干扰，即希望显色反应的选择性好，干扰少。需要指出的是，在满足测定灵敏度的前提下，选择性的好坏常常成为选择显色反应的主要依据。例如，Fe（Ⅱ）与邻二氮菲在pH=2～9的水溶液中生成橙红色配合物的反应，虽然灵敏度不是很高（ε508=1.1×104L·mol-1·cm-1），但由于选择性好，在实际分析中仍广泛被采用。

② 反应生成物应当组成恒定，符合一定的化学式。对于形成不同配位比的配位反应，必须注意控制实验条件，使其生成一定组成的配合物，以免引起误差。

③ 反应生成物的化学性质应足够稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定。且显色条件易于控制，这样才能保证测量结果有良好的重现性。

④ 对照性要好，有色化合物与显色剂的吸收峰波长的差别要大，即显色剂对光的吸收与配合物的吸收有明显区别，一般要求两者的λmax之差Δλ（称为对比度）要大于60nm。

（2）反应条件的选择　实际上能同时满足上述条件的显色反应不很多，因此在初步决定显色剂以后，认真细致地研究显色反应的条件也是十分重要的。这一般是通过实验研究来得到的。这些实验条件包括：溶液酸度、显色剂用量、试剂加入顺序、显色时间、显色温度、有机配合物的稳定性及共存离子的干扰等。

① 显色剂　灵敏的分光光度法是以待测物质与显色剂之间的反应为基础的。多数无机配位剂单独与金属离子生成的配合物（如Cu2+与NH3形成的蓝色配合物，Fe3+与SCN-形成的红色配合物等）组成不恒定，也不够稳定，反应的灵敏度不高.选择性也较差，所以单独应用不多。目前不少高灵敏的方法是基于金属的硫氨酸盐、氟化物、氯化物、溴化物和碘化物的配位离子与碱性染料的阳离子形成的离子缔合物的反应，特别是基于这些离子缔合物的萃取体系和引入表面活性剂或水溶性高分子的多元体系。例如，在0.12mol·L-1 H2SO4介质中，在聚乙烯醇存在下，Hg2+-I--乙基罗丹明B离子缔合物显色体系的ε高达1.14×106L·mol-1cm-1，λmax=605nm，测量范围是每25mL含Hg 0～2.5μg。

分光光度法中主要使用有机显色剂。有机显色剂及其与金属离子反应产物的颜色和它们的分子结构有密切关系。由于显色剂分子结构的复杂性和各基团间相互影响的多样性分子结构与颜色的关系十分复杂。

② 反应体系的酸度　反应时，介质溶液的酸度常常是首先需要确定的问题。因为酸度的影响是多方面的，表现为R的不同型体可能有不同的颜色，产生不同的吸收；M离子可能形成羟基配合物乃至沉淀，影响显色反应的定量完成以及显色配合物存在的型体，甚至组成比，产生不同的吸收。例如，Fe（Ⅲ）与磺基水杨酸的反应随pH的改变，产物的组成和颜色会产生明显的改变。pH为1.8～2.5时，形成1∶1的紫红色配合物；在pH=4～8时，生成1∶2的橙红色配合物；pH为8～11.5时，生成1∶3的黄色配合物；而当pH>12时，只能生成棕红色的Fe（OH）3沉淀。

对某种显色体系，最适宜的pH范围与显色剂、待测元素以及共存组分的性质有关。目前，显然已有从有关平衡常数值估算显色反应适宜酸度范围的报道，但在实践中，仍然是通过实验来确定。其方法是保持其他实验条件相同，分别测定不同pH条件下显色溶液和空白溶液相对于纯溶剂的吸光度，显色溶液和空白溶液吸光度之差值呈现最大而平坦的区域，即为该显色体系最适宜的pH范围。控制溶液酸度的有效方法是加入适宜的缓冲溶液。缓冲溶液的选择，不仅要考虑其缓冲pH范围和缓冲容量，还要考虑缓冲溶液阴、阳离子可能引起的干扰效应。

③ 显色剂的用量　为了使显色反应进行完全，一般需加入过量的显色剂，但显色剂并不是越多越好。对于有些显色反应，显色剂加入过多，反而会引起副反应，对测定不利。在实际工作中，显色剂的用量可通过实验来确定，作出吸光度随显色剂浓度的变化曲线，选择恒定吸光度值时的显色剂用量。

例如，用SCN-测定Mo（Ⅴ）时，Mo（Ⅴ）与SCN-生成Mo（SCN（浅红）、Mo（SCN）5（橙红）、Mo（SCN（浅红）配位数不同的配合物，用吸光光度法测定时，通常测得的是Mo（SCN）5的吸光度。因此，如果SCN-浓度太高，由于生成浅红色的Mo（SCN配合物，而使试液的吸光度降低。再如用SCN-测定Fe3+随着SCN-浓度的增大，生成颜色越来越深的高配位数配合物Fe（SCN和Fe（SCN，溶液颜色由橙黄变至血红色，试液的吸光度也增大。对于以上这种情况，只有严格地控制显色剂的用量，才能得到准确的结果。

④ 显色反应时间　有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在较长时间内保持不变；有些显色反应虽能迅速完成，但配合物的颜色很快开始褪色；有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。因此，必须经实验来确定合适测定的时间区间。实验方法为配制一份显色溶液，从加入显色剂起计算时间，每隔几分钟测量一次吸光度，制作吸光度-时间曲线，根据曲线来确定适宜时间。

⑤ 显色反应温度　通常，显色反应大多在室温下进行，但是，有些显色反应必须加热至一定温度才能完成。例如，用硅钼酸法测定硅的反应，在室温下需10min以上才能完成；而在沸水浴中，只需30s便能完成反应。许多有色化合物在温度较高时容易分解，如Mn溶液长时间煮沸就会与水中的微生物或有机物反应而褪色。同样，显色反应的适宜温度也是通过实验来确定的。

⑥ 溶剂　有机溶剂常能降低有色化合物的解离度，从而提高显色反应的灵敏度。如在Fe（SCN）3溶液中加入与水互溶的有机溶剂丙酮，由于降低了Fe（SCN）3的解离度而使颜色加深，提高了测定的灵敏度。此外，有机溶剂还能提高显色反应的速率，影响有色配合物的溶解度和组成等。如用偶氮氯膦Ⅲ法测定Ca2+，加入乙醇后，吸光度显著增大。又如，用氯代磺酚S法测定钼（Ⅵ）时，在水溶液中显色需几小时，加入丙酮后，则只需30min。

（3）仪器测量条件的选择

任何光度计都有一定的测量误差。仪器测量误差主要源于光源的发光强度不稳定、光电效应的非线性、杂散光的影响、实验条件的偶然变动、读数不准等因素。

① 测量波长的选择　根据吸收曲线，宜选择被测组分具有最大吸收时的波长（λmax）的光作为入射光，这称为“最大吸收原则”。选用λmax处作为测量波长，不仅灵敏度高，而且此处曲线较为平坦，能够减少或消除由非单色光引起的对Lambert-Beer定律的偏离。但是若在λmax处有其他吸光物质干扰测定时，则应根据“吸收最大，干扰最小”的原则来选择测量波长，即可选用灵敏度稍低但能避开干扰的入射光进行。

② 狭缝宽度的选择　理论上，定性分析时采用最小的狭缝宽度。在定量分析中，为了避免狭缝太小，使出射光太弱而引起信噪比降低，可以将狭缝开大一点。通过测定吸光度随狭缝宽度的变化规律，可选择出合适的狭缝宽度。狭缝宽度在某一范围内，吸光度恒定，狭缝宽度增大至一定程度时吸光度减小。

③ 参比溶液的选择　基于吸光度具有加合性这一性质，可选择适当的参比溶液消除干扰。测量试样溶液的吸光度时，先要用参比溶液调节透射比为100%，以消除由于吸收池壁及溶剂、试剂对入射光的反射和吸收带来的误差，并可扣除干扰的影响。参比溶液的选择方法如下。

a.溶剂参比　当试样溶液的组成较为简单，共存的其他组分很少且对测定波长的光几乎没有吸收时，可采用纯溶剂作为参比溶液，称为“溶剂空白”。这样可消除溶剂、吸收池等因素的影响。

b.试剂参比　如果显色剂或其他试剂在测定波长有吸收，可用不加样品的显色剂、试剂的溶液作参比溶液，称为“试剂空白”。这种参比溶液可消除试剂中的组分产生吸收的影响。

c.试样参比　如果试样基体在测定波长有吸收，而与显色剂不起显色反应时，可采用不加显色剂的样品溶液作参比溶液，称为“样品空白”。这种参比溶液适用于试样中有较多的共存组分，加入的显色剂量不大，且显色剂在测定波长无吸收的情况。

d.平行操作溶液参比　用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测试样同样进行处理，由此得到平行操作参比溶液。

此外，有时可改变加入试剂的顺序，使待测组分不发生显色反应，可以用此溶液作为参比溶液。总之，选择参比溶液总的原则是：使试液的吸光度真正反映待测组分的浓度。

1.3.3.5　控制合适的吸光度范围

在吸光光度法分析中，除了前面已讲述的偏离Lambert-Beer定律所引起的误差外，仪器测量不准确也是误差的主要来源。这种误差可能来源于光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数不准确及仪器噪声等。其中透射比与吸光度的读数误差是衡量测定结果的主要因素，也是衡量仪器精度的主要指标之一。当试样浓度较大成较小时，这些因素对于测定结果的影响较大。因而要选择适宜的吸光度范围以使测量结果的误差尽量减小。

为了提高光度法分析结果的准确度，减小测定结果的浓度误差，入射比（或吸光度）的适宜范围推证如下：若在测量吸光度A时产生了一个微小的绝对误差dA，则测量A的相对误差ΔEr为

ΔEr=×100%

根据Lambert-Beer定律A=εbc，当b值一定时，

dA=εbdc

为测量浓度c的微小的绝对误差。两式相除得

=

由此可见，吸光度测量的相对误差与浓度测量的相对误差相当

又因为　　　　　　　　A=-lgT=-0.4343lnT

微分得　　　　　　　　dA=-0.4343

=

所以　　　　　Er=×100%=×100%=×100%

由于T的测量绝对误差对同一台仪器而言是固定不变的，即dT=ΔT，故

Er=×100%=×100%=×100%　　（1-18）

由式（1-18）可知，浓度的相对误差不仅与透射比的绝对误差ΔT的大小有关，还与透射比本身的大小有关。不同T值时计算的浓度相对误差数据作图，可得图1-30。由图可看出透射比很大或很小时相对误差都较大，为使测量的相对误差较小，吸光度读数应尽量落在标尺的中间而不要落在标尺的两端。

在实际测定时，只有使待测溶液的透射比T在15%～65%之间，或使吸光度A在0.2～0.8之间，才能保证浓度测量的相对误差较小（|Er|<4%）。当透射比T=36.8%或A=0.434时，浓度测量的相对误差最小。

所以，为使测量结果的准确度较高，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度使吸光度A在0.2～0.8之间。为此，可通过控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。

1.3.3.6　干扰及其消除方法

试样中存在干扰物质会影响被测组分的测定。在光度分析中，体系内存在的干扰物质的影响有以下几种情况：干扰物质本身有颜色或与显色剂反应后的生成物在测量条件下也有吸收，造成正干扰；干扰物质与被测组分反应或与显色剂反应形成更稳定的配合物，使显色反应不完全，也会造成干扰；干扰物质在测量条件下从溶液中析出，使溶液变混浊，导致无法准确测定溶液的吸光度。

为消除以上原因引起的干扰，可采取以下几种方法。

（1）控制溶液酸度　例如，用二苯硫腙法测定Hg2+时，Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Sn2+、Zn2+、Pb2+、Bi3+等均可能发生反应，但如果在稀酸（0.5mol·L-1 H2SO4）介质中进行测定，则上述离子不与二苯硫腙作用，从而消除其干扰。

（2）加入掩蔽剂　选取的条件是掩蔽剂不与待测离子作用，掩蔽剂及其与干扰物质形成的配合物的颜色应不干扰待测离子的测定。如用二苯硫腙法测定Hg2+时，即使在稀酸（0.5mol·L-1 H2SO4）介质中进行测定，也不能消除Ag+和大量Bi3+的干扰。这时，加KSCN掩蔽Ag+，EDTA掩蔽Bi3+可消除其干扰。

（3）利用氧化还原反应改变干扰离子的价态　如用铬天青S比色测定Al3+时，Fe3+有干扰，加入抗坏血酸将Fe3+还原为Fe2+后，干扰即消除。

（4）改变显色剂的用量　如当溶液中存在有消耗显色剂的干扰离子时，可以通过增加显色剂的用量来消除干扰。

（5）利用校正系数　例如，用SCN-测定钨时，可利用校正系数扣除钒（Ⅴ）的干扰，因为钒（Ⅴ）与SCN-生成蓝色（NH4）2[VO（SCN）4]配合物而干扰测定。实验表明，质量分数为1%的钒相当于0.20%钨（随实验条件不同略有变化）。这样，在测得试样中钒的量后，就可以从钨的结果中扣除钒的影响。

（6）利用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰　例如，用铬天青S比色法测定试样中的铝，Ni2+、Co2+等干扰测定。为此可取一定量试液，加入少量NH4F，使Al3+形成Al配离子而不再显色，然后加入显色剂及其他试剂，以此作参比溶液，来消除Ni2+、Co2+对测定的干扰。

（7）选择适当的波长　例如，Mn的最大吸收波长为525nm，测定Mn时，若溶液中有Cr2存在，由于它在525nm处也有一定的吸收，故影响Mn的测定。为此，可选用545nm或575nm波长进行Mn的光度测定。这时，虽测定灵敏度较低，但却在很大程度上消除了Cr2的干扰。

（8）分离　若上述方法均不能奏效时，只能采用适当的预先分离的方法，如应用沉淀、萃取、离子交换、蒸发、蒸馏以及色谱分离法等。

此外，还可利用化学计量学的方法实现多组分同时测定，以及利用导数光谱法、双波长法等新技术来消除干扰。

1.3.4　紫外-可见分光光度计

1.3.4.1　仪器主要组成

紫外-可见分光光度计的基本结构都是由五部分组成，即光源、吸收池（样品室）、检测器相信号读出装置，如图1-31所示。

（1）光源　光源的作用是提供分析所需的复合光。一般采用钨灯（350～800nm，适用于可见光区）和氘灯（190～400nm，适用于紫外光区），根据不同波长的要求选择使用。光源要有一定的强度且稳定。

（2）单色器　单色器的作用是将光源发出的复合光分解为按波长顺序排列的单色光。它的性能直接影响入射光的单色性，从而影响测定的灵敏度、选择性和校正曲线的线性关系等。单色器由入射狭缝、反射镜、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成，其关键部分是色散元件，起分光作用。色散元件有两种基本形式：棱镜和光栅。

① 棱镜　由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于350～3200nm波长范围。它吸收紫外光而不能用于紫外分光光度分析。石英棱镜用于185～400nm波长范围，它可用于紫外-可见分光光度计中作分光元件。复合光通过棱镜时，由于棱镜材料的折射率不同而产生折射，折射率与入射光的波长有关。当复合光通过棱镜的两个界面发生两次折射后，根据折射定律，波长小的偏向角大，波长大的偏向角小（图1-32），就能将复合光色散成不同波长的单色光。

② 光栅　光栅有多种，光谱仪中多采用平面闪耀光栅，即在高度刨光的表面（如铝）上刻划许多根平行线槽而成。一般为600条·mm-1，1200条·mm-1，有的可达2400条·mm-1，甚至更多。当复合光照射到光栅上时，光栅的每条刻线都产生衍射作用，而每条到线所衍射的光又会互相干涉而产生干涉条纹，光产生干涉条纹。光波正是利用不同波长的入射光产生干涉条纹的衍射角不同，波长长的衍射角大，波长短的衍射角小，从而使复合光一般成按波长顺序排列的单色光。图1-33是光栅衍射原理示意图。

（3）吸收池　吸收池，也称样品室、比色皿等，用于盛放试液，由玻璃或石英制成。玻璃吸收池只能用于可见光区，而石英池既可用于可见光区，亦可用于紫外光区。一般分光光度计都配有不同厚度的吸收池，有0.5cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm、5.0cm等规格供选择使用。

（4）检测器　检测器是一种光电转换元件，其作用是将透过吸收池的光信号强度转变成可测量的电信号强度，便于进行测量。在过去的光电比色计和低档的分光光度计中常用硒光电池。目前，紫外-可见分光光度计中多用光电管和光电倍增管。

① 光电管　光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极管。阳极为一金属丝，阴极为半圆形的金属片，内表面涂有光敏物质。根据光敏材料的不同，光电管分为紫敏和红敏两种。前者是镍阴极涂有锑和铯，适用波长范围为200～625nm；后者阴极表面涂银和氧化铯，适用波长范围为625～1000nm。与光电池比较，它具有灵敏度高、光敏范围广、不易疲劳等优点。

② 光电倍增管　光电倍增管是利用二次电子发射放大光电流的一种真空光敏器件。它由一个光电发射阴极、一个阳极以及若干级倍增极所组成。

当阴极K受到光撞击时，发出光电子，K释放的一次光电子再撞击倍增极，就可产生增加了若干倍的二次光电子，这些电子再与下一级倍增极撞击，电子数依次倍增，经过9～16极倍增，最后一次倍增极上产生的光电子可以比最初阴极放出的光电子多约106倍，最高可达109倍。最后倍增了的光电子射向阳极A形成电流。阳极电流与入射光强度及光电倍增管的增加成正比，改变光电倍增管的工作电压，可改变其增益。光电流通过光电倍增管的负载电阻R，即可变成电压信号，送入放大器进一步放大。

（5）信号读出装置　早期的分光光度计多采用检流计、微安表作为显示装置，直接读出吸光度或透射比。近代的分光光度计则多采用数字电压表等显示，或者用X-Y记录仪直接绘出吸收（或透射）曲线，并配有计算机数据处理平台。

1.3.4.2　紫外-可见分光光度计的类型

紫外-可见分光光度计分为单波长和双波长分光光度计两类。光度计又分为单光束和双光束分光光度计。

（1）单波长单光束分光光度计　单波长单光束分光光度计的基本结构如图1-31所示。

光源发出的混合光经单色器分光，其获得的单色光通过参比（或空白）吸收池后，照射在检测器上转换为电信号，并调节由读出装置显示的吸光度为零或透射比为100%，然后将装有被测试液的吸收池置于光路中，最后由读出装置显示试液的吸光度值。这种分光光度计结构简单，价格低廉，操作方便，维修容易，适用于在给定波长处测量吸光度或透射比，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。国产722型、751型、724型、英国SP500型以及Backman DU-8型等均属于此类光度计。

由钨卤灯光源发出的混合光经滤光片后，再经聚光镜至入射狭缝聚焦成像，然后通过平面反射镜反射至准直镜，使之成为平行光后，被光栅色散，再经准直镜聚焦于出射狭缝。调节波长调节器可获得所需要的单色光，此单色光通过聚光镜和吸收池后，照射在光电管上，所产生的电流经放大后，由数字显示器可直接读出吸光度A或透射比T或浓度c。

（2）单波长双光束分光光度计　其工作原理见图1-34。经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，一束通过参比池，另一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线，进行快速全波段扫描。由于两束光同时分别通过稳定、检测器灵敏度变化等所引起的误差，特别适合于结构分析。不过仪器较为复杂，价格也较高。

（3）双波长分光光度计　其基本光路如图1-35所示。由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长（λ1和λ2）的单色光，利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值，ΔA（ΔA=-）。

设波长为λ1和λ2的两束单色光的强度相等，则有：

=bc；=bc

所以　　　　　　　　　ΔA=-=bc-bc　　（1-19）

可见，ΔA与吸光物质的浓度成正比。这是用双波长分光光度法进行定量分析的理论依据。由于只用一个吸收池，而且以试液本身对某一波长的光的吸光度为参比，因此消除了因试液与参比液及两个吸收池之间的差异所引起的测量误差，从而提高了测量的准确度。

通过光学系统转换，可使双波长分光光度很方便地转化为单波长工作方式。如果能在λ1和λ2处分别记录吸光度随时间变化的曲线，还能进行化学反应动力学研究。而且，测量时使用同一吸收池，不用空白溶液作参比，可消除参比池的不同和制备空白溶液等产生的误差。此外，使用同一光源来获得两束单色光，减小了由光源电压变化而产生的误差。所以对于多组分混合物、浑浊试样（如生物组织液）分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。

1.3.4.3　紫外-可见分光光度法的应用

紫外-可见分光光度法不仅可以用来对物质进行定性分析及结构分析，而且可以进行定量分析及测定某些化合物的物理化学数据等，例如相对分子质量、配合物的配位比及稳定常数和解离常数等。

在有机化合物的定性鉴定和结构分析中，由于紫外-可见光区的吸收光谱比较简单，特征性不强，并且大多数简单官能团在近紫外光区只有微弱吸收或者无吸收，因此，该法的应用也有一定的局限性。但它可用于鉴定共轭生色团，以此推断未知物的结构骨架。在配合红外光谱、核磁共振谱等进行定性鉴定及结构分析中，它仍不失为一种十分有用的辅助方法。

利用紫外-可见分光光度法确定未知不饱和化合物结构的结构骨架时，一般有两种定性方法。

① 比较法（比较吸收曲线）　所谓比较法是在相同的测定条件下，比较未知物与已知标准物的吸收曲线，如果它们的吸收曲线完全相同，则可以认为待测试样与已知化合物有相同的生色团。吸收曲线的形状、吸收峰的数目以及最大吸收波长的位置和相应的摩尔吸光系数，是进行定性鉴定的依据。其中，最大吸收波长λmax及相应的εmax是定性鉴定的主要参数。在进行比较时，也可以借助于前人汇编的以实验结果为基础的各种有机化合物的紫外-可见光谱标准谱图或有关电子光谱数据表。

② 用经验规则计算最大吸收波长，然后与实测值比较　当采用物理和化学方法判断某化合物的几种可能结构时，可用经验规则计算最大吸收波长λmax并与实测值进行比较，然后确认物质的结构。Woodward和Fieser总结了许多资料，对共轭分子的最大吸收波长提出了一些经验规律，据此可对一些共轭分子的最大吸收波长值进行计算，这对分子结构的推断是有参考价值的。

（1）结构分析　采用紫外光谱法，还可以确定一些化合物的构型和构象。一般来说，顺式异构体的最大吸收波长λmax和摩尔吸光系数的都比反式异构体小，因此有可能用紫外光谱法进行区别。例如，在顺式肉桂酸和反式肉桂酸中，顺式的空间位阻大，苯环与侧链双键共平面性差，不易产生共轭；反式则空间位阻小，双键与苯环在同一平面上，容易产生共振。因而，反式的最大吸收波长λmax（295nm）和摩尔吸光系数εmax（27000L·cm-1·mol-1）要大于顺式的最大吸收波长λmax （280nm）和摩尔吸光系数εmax （13500L·cm-1·mol-1）。利用紫外光谱法，还可以测定某些化合物的互变异构现象。一般来说，共轭体系的λmax和εmax要大于非共轭体系。例如，乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式间的互变异构。在极性溶剂中该化合物以酮式存在，吸收峰弱；在非极性溶剂（如正己烷）中该化合物以烯醇式为主，吸收峰较强。表1-8列出了一些有机化合物的互变异构体的λmax（εmax）。

（2）定量分析　紫外-可见分光光度法是进行定量分析的最有用的工具之一。它不仅可以对那些本身在紫外-可见光区有吸收的无机和有机化合物进行定量分析，而且可利用许多试剂可与非吸收物质反应产生在紫外和可见光区有强烈吸收的产物，即“显色反应”，进而对非吸收物质进行定量测定。该法灵敏度可达10-6～10-7mol·L-1，准确度也较高，相对误差为1%～3%。如果操作得当，误差往往可以更低；而且操作容易、简单。

紫外-可见分光光度法定量分析的依据是Lambert-Beer定律，即物质在一定波长处的吸光度与它的浓度呈线性关系。因此，通过测定溶液对一定波长入射光的吸光度，就可求出溶液中物质浓度和含量。由于最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数εmax最大，所以通常都是测量λmax的吸光度，以获得最大灵敏度。同时，吸收曲线在最大吸收波长处常常是平坦的，使所得数据能更好地符合Beer定律。

① 单组分定量分析

a.校正曲线法　这是实际工作中用得最多的一种方法。具体做法是：配制一系列不同浓度的标准溶液，以不含被测组分的空白溶液为参比。在相同条件下测定标准溶液的吸光度，绘制吸光度对浓度曲线，这种曲线就是校正曲线（calibration curve），又称标准曲线（standard curve）。在相同条件下测定未知试样的吸光度，从校正曲线上就可以找到与之对应的未知试样的浓度。当测试样品较多时，利用校正曲线法比较方便，而且误差较小。

b.比较法　比较法是先配制与被测试液浓度相近的标准溶液，使标准溶液（cs）和被测试液（cx）在相同条件下显色后，测其相应的吸光度As和Ax，

根据Lambert-Beer定律有：

As=εbscs；Ax=εbxcx

两式相比再整理得

cx=cs

这种方法比较简便，但应当注意，只有当cx与cs相近时，利用该式计算的结果才可靠，否则将有较大误差。

② 多组分定量分析　根据吸光度具有加合性的特点，在同一试样中可以测定两个以上的组分。假设试样中含有x和y两种组分，在一定条件下将它们转化为有色化合物，分别绘制其吸收光谱，会出现如图1-36所示的三种情况。

a.图1-36（a）的情况是光谱不重叠，或至少可能找到某一波长处x有吸收而y不吸收，在另一波长处，y吸收而x不吸收。则可分别在波长λ1和λ2时，测定组分x和y而相互不产生干扰，即测定方法与单组分相似。

b.图1-36（b）的情况是光谱部分重叠，组分x对组分y的光度测定有干扰，但组分y对组分x无干扰，这时可以先在λ1处测量溶液的吸光度A1，并求得x组分的浓度。然后再在λ2处测量溶液的吸光度A2，根据吸光度的加合性原则，可列出下式：

A2=εx，2bcx+εy，2bcy　　（1-20）

式中，εx，2、εy，2分别为x和y在波长λ2时的摩尔吸光系数，可用纯组分x和y的标准溶液在λ2波长处测得，由式（1-17）即可求得组分y的浓度cy。

c.图1-36（c）的情况是吸收光谱相互重叠，表明两组分彼此相互干扰。可找出两个波长，在该波长下，两组分的吸光度差值ΔA较大。在波长为λ1和λ2分别测定吸光度A1和A2，由吸光度的加合性得联立方程：

　　（1-21）

式中，εx，1、εy，1分别为x和y在波长λ1时的摩尔吸光系数；εx，2、εy，2分别为x和y在波长λ2时的摩尔吸光系数，它们可用x和y的标准溶液在两波长处分别测得，解联立方程可求出cx和cy值。

原则上对任何数目的组分都可以用此方法建立方程求解，在实际应用中通常仅限于两个或三个组分的体系。如能利用计算机解多元联立方程，则不会受到这种限制。但随着测量组分的增多，实验结果的误差也将增大。当然对于多组分分析，还有导数分光光度法等多种分析方法。

③ 双波长分光光度法　对于吸收光谱有重叠的单组分（显色剂与有色配合物的吸收光谱重叠）或多组分（两种性质相近的组分所形成的有色配合物吸收光谱重叠）试样、混浊试样以及背景吸收较大的试样，由于存在很强的散射和特征吸收，难以找到一个合适的参比溶液来抵消这种影响。利用双波长分光光度法，使两束不同波长的单色光以一定的时间间隔交替地照射同一吸收池，测量并记录两者吸光度的差值（原理如图1-36所示）。这样就可以从分析波长的信号中扣除来自参比波长的信号，消除上述各种干扰求得被测组分的含量。该法不仅简化了分析手续，还能提高分析方法的灵敏度、选择性及测量的精密度。因此，被广泛用于环境试样及生物试样的分析。

a.单组分的测定　用双波长分光光度法进行定量分析，是以试液本身对第一波长的光的吸光度作为参比，这不仅避免了因试液与参比溶液或两吸收池之间的差异所引起的误差，而且还可以提高测定的灵敏度和选择性。在进行单组分的测定时，以配合物吸收峰作测量波长，参比波长可选择：等吸收点；有色配合物吸收曲线下端的第一波长，显色剂的吸收峰。

b.两组分共存时的分别测定　当两种组分（或它们与试剂生成的有色物质）的吸收光谱有重叠时，要测定其中一个组分就必须设法消除另一组分的光吸收。对于相互干扰的双组分体系，它们的吸收光谱重叠，选择参比波长和测定波长的条件是：待测组分在两波长处的吸光度之差ΔA要足够大，干扰组分在两波长处的吸光度应相等，即以等吸收点为参比波长和测定波长。这样用双波长法测得的吸光度差值与待测组分的浓度呈线性关系，而与干扰组分无关，从而消除了干扰。如图1-37所示，M和N组分共存时，其吸收光谱相互重叠。要测定M组分，λ1、λ2、λ3为N组分的等吸收点，λ1和λ2处组分M具有较大的ΔA，因而可选λ2作为测量波长，λ1作为参比波长。

对于　　　　　λ1，A1=εM，1bcM+εN，1bcN

对于　　　　　λ2，A2=εM，2bcM+εN，2bcN

因为　　　　　 εN，1=εN，2（等吸收点）

由双波长光度计测得

ΔA=A2-A1=（εM，2-εM，1）bcM　　（1-22）

可见ΔA与cM成正比，而与cN无关，从而消除了组分N的干扰。同理，可另选两波长测定N组分而M组分不干扰。

c.浑浊试液中组分的测定　浑浊试液中组分的测定在一般分光光度法必须使用相同浊度的参比溶液.但在实际中很难找到合适的参比溶液。双波长光度法中，参比溶液不是另外的参比溶液，而是试液本身，它只需要用一个比色皿盛装试液，用两束不同波长的光照射试液时，两束光都受到同样的悬浮粒子的散射，当λ1和λ2相距不大时，由同一试样产生的散射可认为大致相等，不影响吸光度差ΔA的值。一般选择待测组分的最大吸收波长λmax为测量波长λ1，选择与λ1相近而两波长相差在40～60nm范围内且又有较大的ΔA值的波长（λ2）为参比波长。

1.3.5　紫外吸收光谱在高分子材料研究中的应用

紫外光谱法是一种广泛应用的定量分析方法，也是对物质进行定性分析和结构分析的一种手段。在高分子材料研究中，紫外光谱法常用来鉴别聚合物中的某些官能团和添加剂，还可以检测聚合反应前后的变化，从而探讨聚合反应机理等。在解析紫外吸收谱图时，可以从下面几个方面加以判别。

① 从谱带的分类、电子跃迁的方式来判别。注意吸收带的波长范围（真空紫外、近紫外、可见区域）、吸收系数以及是否有精细结构等。

② 从溶剂极性大小引起谱带移动的方向判别。

③ 从溶液酸碱性的变化引起谱带移动的方向判别。

1.3.5.1　定性分析

由于高分子材料的紫外吸收峰通常只有2～3个，且峰形平缓，因此它的选择性远不如红外光谱。而且紫外光谱主要决定于分子中生色团和助色团的特性，而不是决定整个分子的特性，所以紫外吸收光谱用于定性分析不如红外光谱重要和准确。

同时，因为只有具有重键和芳香共轭体系的高分子材料才有近紫外活性，所以紫外光谱能测定的高分子材料种类受到很大局限。已报道的某些高分子材料的紫外特性数据列于表1-9。

图1-38是聚（苯基-二甲基）硅烷在环己烷溶剂中的紫外吸收光谱图，这是高分子紫外光谱的典型例子。在作定性分析时，如果没有相应高分子材料的标准谱图可供对照，也可以根据以下有机化合物中发色团的出峰规律来分析，例如，一个化合物在220～800nm无明显吸收，它可能是脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇、醚、羧酸的二聚体、氯代烃和氟代烃，不含直链或环状的共轭体系，没有醛基、酮基、Br或I；如果在210～250nm具有强吸收带[ε≈10000L·（mol·cm）-1]，可能是含有2个不饱和单位的共轭体系；如果类似的强吸收带分别落在260nm，300nm或330nm左右，则可能相应地具有3，4或5个不饱和单位的共轭体系；如果在260～300nm间存在中等吸收峰[ε≈200～1000L·（mol·cm）-1]并有精细结构，则表示有苯环存在；在250～300nm有弱吸收峰[ε≈20～100L·（mol·cm）-1]，表示有羰基的存在；若化合物有颜色，则分子中所含共轭的生色团和助色团的总数将大于5。某些生色团的紫外吸收特征列于表1-10。

尽管只有有限的特征官能团能生色，紫外谱图过于简单而不利于定性，但利用紫外谱图，容易将具有特征官能团的高分子材料与不具有特征官能团的高分子材料区别开来。比如聚二甲基硅氧烷（硅树脂或硅橡胶）就易于与含有苯基的硅树脂或硅橡胶区分：首先用碱溶液破坏这类含硅高分子材料，配成适当浓度的溶液进行测定，含有苯基的在紫外区有B吸收带，不含苯基的则没有吸收。

1.3.5.2　定量分析

紫外光谱法的吸收强度比红外光谱法大得多，红外的ε值很少超过103L·（mol·cm）-1，而紫外的ε值最高可达104～105L·（mol·cm）-1；紫外光谱法的灵敏度高（10-5～10-4mol·L-1），测量准确度高于红外光谱法；紫外光谱法的仪器也比较简单，操作方便。所以紫外光谱法在定量分析上有优势。

紫外光谱法很适合研究共聚物的组成、聚合物浓度、微量物质（单体个的杂质、聚合物中的残留单体或少量添加剂等）和聚合反应动力学。下面以丁苯橡胶中共聚物的组成分析为例具体讲解分析过程，经实验，选定氯仿为溶剂，260nm为测定波长（含苯乙烯25%的丁苯共聚物在氯仿中的最大吸收波长是260nm，随苯乙烯含量增加会向高波长偏移）。在氯仿溶液中，当λ=260nm时，丁二烯吸收很弱，吸光系数是苯乙烯的1/50，可以忽略。但丁苯橡胶中的芳胺类防老剂的影响必须扣除。为此选定260nm和275nm两个波长进行测定，得到Δε=ε260～ε275，这样就消除了防老化剂特征吸收的干扰。将聚苯乙烯和聚丁二烯两种均聚物以不同比例混合，以氯仿为溶剂测得一系列已知苯乙烯含量所对应的Δε值。作出工作曲线（见图1-39）。只要测得未知物的Δε值就可从曲线上查出苯乙烯含量。

1.3.5.3　结构分析

有规立构的芳香族高分子有时会产生减色效应。所谓减色是指紫外吸收强度降低，是由于邻近发色基团间色散相互作用的屏蔽效应。紫外光照射在发色基团而诱导了偶极，这处偶极作为很弱的振动电磁场而为邻近发色团所感觉到，它们间的相互作用导致紫外吸收谱带覆盖，减少发色团间距离或使发色基团的偶极矩平行排列，而使紫外吸收减弱。这种情况常发生在有规立构等比较有序的结构中。

例如，芳香族偶氮化合物最显著的性质是它的顺反异构化。在对应反式构型吸收波长的光照下，偶氮基团会从反式转变为顺式；同样，顺式构型也可以转变为反式构型。当聚合物中引入偶氮基团后，偶氮基团的顺反异构化可以使聚合物的性质如黏度、溶解性、力学性能等发生变化。图1-40为一种含偶氮基团的双酚A聚芳酯，它具有与其他主链型偶氮聚合物相类似的光致异构的特性。这可以从图1-41的紫外光谱图中看出。这是由于光照前后聚合物的构型会发生可逆变化，从热力学稳定的E式构型逐步向能量较高的Z式转变，黑暗中则会慢慢恢复到E式构型。

在共聚物分析中也应注意到有类似的效应，比如嵌段共聚物与无规共聚物相比就会因为较为有序而减色。

结晶可能使紫外光谱发生的变化是谱带的位移和分裂。

总的来说，紫外光谱在高分子材料领域的应用主要是定量分析，而定性和结构分析还用得不很多。