學(xué)術(shù)干貨｜一文讀懂紫外可見近紅外

紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)（UV-Vis-NIR），其掃描波段覆蓋紫外光、可見光、近紅外光區(qū)域，利用物質(zhì)分子對(duì)紫外光、可見光、近紅外光的吸收特性來進(jìn)行定量、定性分析，在科研實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)領(lǐng)域是常見儀器之一。

電磁波的區(qū)分

一、吸收光譜產(chǎn)生的原理

紫外可見吸收光譜是由于分子（或離子）吸收紫外或者可見光（通常200-800 nm）后發(fā)生價(jià)電子的躍遷所引起的。由于電子間能級(jí)躍遷的同時(shí)總是伴隨著振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷，因此紫外可見光譜呈現(xiàn)寬譜帶。

（1）有機(jī)化合物電子躍遷

在有機(jī)化合物分子中有形成單鍵的σ電子、形成不飽和鍵的π電子以及未成鍵的孤對(duì)n電子。當(dāng)分子吸收紫外或者可見光輻射后，這些外層電子就會(huì)從基態(tài)（成鍵軌道）向激發(fā)態(tài)（反鍵軌道）躍遷，主要的躍遷方式有四種，所需能量大小順序?yàn)椋?sigma;→σ* ＞n→σ*＞π→π*＞n→π*。

電子能級(jí)及電子躍遷示意圖

①σ-σ*：吸收能量較高，一般發(fā)生在真空紫外區(qū)。飽和烴中的C-C屬于這種躍遷類型。如乙烷C-C鍵σ→σ*躍遷，λ_max為135nm；

②n-σ*：含有O、N、S等雜原子集團(tuán)，如-NH2、-OH可產(chǎn)生此躍遷，摩爾吸光系數(shù)較??；

③π-π*：有π電子的集團(tuán)，如C=C、C=O、C≡C，一般位于近紫外區(qū)，約200nm、吸收強(qiáng)度很強(qiáng)；

④n-π*：含有雜原子的不飽和基團(tuán)：如C=O，C=S，-N=N-等基團(tuán)會(huì)發(fā)生n→π*。發(fā)生這種躍遷能量較小，吸收發(fā)生在近紫外或者可見光區(qū)。特點(diǎn)是強(qiáng)度弱，摩爾吸光系數(shù)小，產(chǎn)生的吸收帶也叫R帶。

（2）無機(jī)化合物電子躍遷

①電荷轉(zhuǎn)移躍遷：

與某些有機(jī)物相似，不少無機(jī)化合物會(huì)在電磁輻射的照射下，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜。輻射下，分子中原定域在金屬M(fèi)軌道上的電荷轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道，或按相反方向轉(zhuǎn)移

②配位場躍遷：

元素周期表中第4和第5周期過渡元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別有4f和5f軌道。這些軌道能量通常是簡并（相等）的，但是在絡(luò)合物中，由于配體的影響分裂成了幾組能量不等的軌道。若軌道是未充滿的，當(dāng)吸收光后，電子會(huì)發(fā)生躍遷，分別稱為d-d躍遷和f-f躍遷。

二、定性定量分析

（1）定性分析

由于各種物質(zhì)具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光能量的情況也就不會(huì)相同，因此，每種物質(zhì)就有其特性的、固定的吸收光譜曲線。

（2）定量分析

朗伯比爾定律：

一束單色光，照射于一吸收介質(zhì)表面，在通過一定厚度的介質(zhì)后，由于介質(zhì)吸收了一部分光能，透射光的強(qiáng)度就要減弱。吸收介質(zhì)的濃度愈大、介質(zhì)的厚度愈大，則光強(qiáng)度的減弱愈顯著，其關(guān)系為：

三、儀器組成

紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)主要由光源、樣品池、單色器、檢測器等組成。光源產(chǎn)生紫外光、可見光、近紅外光，透過樣品池中的樣品，樣品吸收后的剩余光經(jīng)過單色器色散，被檢測器接收，從而對(duì)樣品進(jìn)行定性、定量分析，并對(duì)樣品的純度、結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定。具有靈敏度高、分辨率高、測量范圍廣、測量速度快、分析精度高、樣品用量少、無損檢測等優(yōu)點(diǎn)。

紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)基本結(jié)構(gòu)示意圖

四、應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2023-2028年中國紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)（UV-Vis-NIR）行業(yè)市場深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》顯示，紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)可以對(duì)物質(zhì)的成分、純度、分子結(jié)構(gòu)以及各組分含量等參數(shù)進(jìn)行分析，能夠應(yīng)用在生物學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、光學(xué)、物理學(xué)等多種學(xué)科中，可以廣泛應(yīng)用于電子、通訊、石油、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。