学术干货｜一文读懂紫外可见近红外分光光度计

紫外-可见-近红外分光光度计（UV-Vis-NIR），其扫描波段覆盖紫外光、可见光、近红外光区域，利用物质分子对紫外光、可见光、近红外光的吸收特性来进行定量、定性分析，在科研实验室以及工业领域是常见仪器之一。

一、吸收光谱产生的原理

紫外可见吸收光谱是由于分子（或离子）吸收紫外或者可见光（通常200-800 nm）后发生价电子的跃迁所引起的。由于电子间能级跃迁的同时总是伴随着振动和转动能级间的跃迁，因此紫外可见光谱呈现宽谱带。

（1）有机化合物电子跃迁

在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、形成不饱和键的π电子以及未成键的孤对n电子。当分子吸收紫外或者可见光辐射后，这些外层电子就会从基态（成键轨道）向激发态（反键轨道）跃迁，主要的跃迁方式有四种，所需能量大小顺序为：σ→σ* ＞n→σ*＞π→π*＞n→π*。

①σ-σ*：吸收能量较高，一般发生在真空紫外区。饱和烃中的C-C属于这种跃迁类型。如乙烷C-C键σ→σ*跃迁，λmax为135nm；
②n-σ*：含有O、N、S等杂原子集团，如-NH2、-OH可产生此跃迁，摩尔吸光系数较小；
③π-π*：有π电子的集团，如C=C、C=O、C≡C，一般位于近紫外区，约200nm、吸收强度很强；
④n-π*：含有杂原子的不饱和基团：如C=O，C=S，-N=N-等基团会发生n→π*。发生这种跃迁能量较小，吸收发生在近紫外或者可见光区。特点是强度弱，摩尔吸光系数小，产生的吸收带也叫R带。

（2）无机化合物电子跃迁

①电荷转移跃迁：
与某些有机物相似，不少无机化合物会在电磁辐射的照射下，发生电荷转移跃迁，产生电荷转移吸收光谱。辐射下，分子中原定域在金属M轨道上的电荷转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移。

②配位场跃迁：
元素周期表中第4和第5周期过渡元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别有4f和5f轨道。这些轨道能量通常是简并（相等）的，但是在络合物中，由于配体的影响分裂成了几组能量不等的轨道。若轨道是未充满的，当吸收光后，电子会发生跃迁，分别称为d-d跃迁和f-f跃迁。

二、定性定量分析

（1）定性分析

由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线。

（2）定量分析

一束单色光，照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大、介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，其关系为：

三、仪器组成

紫外-可见-近红外分光光度计主要由光源、样品池、单色器、检测器等组成。光源产生紫外光、可见光、近红外光，透过样品池中的样品，样品吸收后的剩余光经过单色器色散，被检测器接收，从而对样品进行定性、定量分析，并对样品的纯度、结构进行鉴定。具有灵敏度高、分辨率高、测量范围广、测量速度快、分析精度高、样品用量少、无损检测等优点。

四、应用领域

根据新思界产业研究中心发布的《2023-2028年中国紫外-可见-近红外分光光度计（UV-Vis-NIR）行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，紫外-可见-近红外分光光度计可以对物质的成分、纯度、分子结构以及各组分含量等参数进行分析，能够应用在生物学、化学、材料学、光学、物理学等多种学科中，可以广泛应用于电子、通讯、石油、化工、冶金、医药、食品、农业、地质、环境保护等领域。

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