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第二章 紫外 — 可见分光光度法
研究物质在 紫外、可见光区 的 分子吸收光谱
的分析方法称为紫外 -可见分光光度法。紫外 — 可
见分光光度法是利用某些物质的分子吸收 200 ~
800 nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这
种分子吸收光谱产生于 价电子和分子轨道上的电
子 在 电子能级间的跃迁,广泛用于无机和有机物
质的定性和定量测定。
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第一节 紫外 — 可见吸收光谱
一、分子吸收光谱的产生
在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有
核间相对位移引起的振动和转动。这三种运动能量都是
量子化的，并对应有一定能级。下图为分子的能级示意
图。
分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图
电子能级
振动能级
转动能级
B
A
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第一节 紫外 — 可见吸收光谱
图中 A和 B表示不同能量的电子能级。在每一电子能
级上有许多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又
有许多更小的转动能级 。
若用 △ E电子, △ E振动, △ E转动 分别表示电子能级、
振动能级转动能级差，即有 △ E电子 ? △ E振动 ? △ E转动 。处
在同一电子能级的分子，可能因其振动能量不同，而处
在不同的振动能级上。当分子处在同一电子能级和同一
振动能级时，它的能量还会因转动能量不同，而处在不
同的转动能级上。所以分子的总能量可以认为是这三种
能量的总和,E分子 = E电子 + E振动 + E转动
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第一节 紫外 — 可见吸收光谱
当用频率为 ?的电磁波照射分子，而该分子的较高能
级与较低能级之差 △ E恰好等于该电磁波的能量 h?时，
即有
△ E = h? （ h为普朗克常数 ）
此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的
能级 ； 在宏观上则透射光的强度变小。若用一连续辐射
的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电
信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号
（吸光度 A） 为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对
波长的关系曲线图 —— 分子吸收光谱图。
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第一节 紫外 — 可见吸收光谱
二、分子吸收光谱类型
根据吸收电磁波的范围不同，可将分子吸收光谱分
为远红外光谱、红外光谱及紫外、可见光谱三类。
分子的转动能级差一般在 0.005 ~ 0.05eV。 产生此能
级的跃迁，需吸收波长约为 250 ~ 25?m的远红外光，因此，
形成的光谱称为转动光谱或远红外光谱。
分子的振动能级差一般在 0.05 ~ 1 eV,需吸收波长约
为 25 ~ 1.25?m的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同
时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱
中，包括转动光谱，故常称为振 -转光谱。由于它吸收的
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第一节 紫外 — 可见吸收光谱
能量处于红外光区，故又称红外光谱。
电子的跃迁能差约为 1 ~ 20 eV,比分子振动能级差
要大几十倍，所吸收光的波长约为 12.5 ~ 0.06?m,主要在
真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为电子光谱
或紫外、可见吸收光谱。
通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可
见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一
振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产
生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重
叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的紫外、可
见光谱不是线状光谱，而是带状光谱的原因。又因为绝
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第一节 紫外 — 可见吸收光谱
大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器的
分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。
由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区（ 60 ~
200 nm） 均有吸收，因此在测定这一范围的光谱时，必
须将光学系统抽成真空，然后充以一些惰性气体，如氦、
氖、氩等。鉴于真空紫外吸收光谱的研究需要昂贵的真
空紫外分光光度计，故在实际应用中受到一定的限制。
我们通常所说的紫外 — 可见分光光度法，实际上是指近
紫外、可见分光光度法。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主
要由 ???*,???*,n??*,n??*及电荷迁移跃迁产生。
无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁（即
d— d跃迁和 f— f跃迁）产生（教材 P.23）。
各种电子跃迁相应的吸收峰和能量示意图
??
?* ??
?*
???
*
n??
*
??
?*
n??
*
能
量
?*反键轨道
?*反键轨道
n非键轨道
?反键轨道
?反键轨道200 300 400?/nm
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
由于电子跃迁的类型不同，实现跃迁需要的能量不
同，因此吸收光的波长范围也不相同。其中 ???*跃迁所
需能量最大,n??*及配位场跃迁所需能量最小，因此，
它们的吸收带分别落在远紫外和可见光区。从图中 可知，
???*（电荷迁移）跃迁产生的谱带强度最大,???*、
n??*,n??*跃迁产生的谱带强度次之，（配位跃迁的
谱带强度最小）。
一、有机化合物的紫外 — 可见吸收光谱
（一）、跃迁类型
基态有机化合物的价电子包括成键 ?电子, 成键 ?电子
和非键电子 （ 以 n表示 ） 。 分子的空轨道包括反键 ?*轨
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
道和反键 ?*轨道，因此，可能的跃迁为 ???*,???*、
n??* n??*等。
1,???*跃迁 它需要的能量较高，一般发生在真
空紫外光区。饱和烃中的 — c— c— 键属于这类跃迁，例如
乙烷的最大吸收波长 ?max为 135nm。
2,n??*跃迁 实现这类跃迁所需要的能量较高，
其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区，如 CH3OH和
CH3NH2的 n??*跃迁光谱分别为 183nm和 213nm。
3,???*跃迁 它需要的能量低于 ???*跃迁，吸收
峰一般处于近紫外光区，在 200 nm左右，其特征是摩尔
吸光系数大，一般 ?max?104,为强吸收带。如乙烯（蒸气）
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
的最大吸收波长 ?max为 162 nm。
4,n??*跃迁 这类跃迁发生在近紫外光区。它是
简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道
跃迁。其特点是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小
于 100，属于禁阻跃迁。
5，电荷迁移跃迁
所谓电荷迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时，
电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁。因此，
电荷迁移跃迁实质是一个内氧化 — 还原的过程，而相应
的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
例如某些取代芳烃可产生这种分子内电荷迁移跃迁吸收
带。 电荷迁移吸收带的谱带较宽，吸收强度较大，最大
波长处的摩尔吸光系数 ?max可大于 104。
（二）、常用术语
1,生色团
从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光
子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸
收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。
下面为某些常见生色团的吸收光谱。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
生色团 溶剂 ? / nm ?
m ax
跃迁类型
烯 正庚烷 177 1 3 0 0 0 ? ? ? *
炔 正庚烷 178 1 0 0 0 0 ? ? ? *
羧基 乙醇 204 41 n ? ? *
酰胺基 水 214 60 n ? ? *
羰基 正己烷 186 1 0 0 0 n ? ? *, n ? ? *
偶氮基 乙醇 339, 665 1 5 0 0 0 0 n ? ? *,
硝基 异辛酯 280 22 n ? ? *
亚硝基 乙醚 300, 665 100 n ? ? *
硝酸酯 二氧杂环己烷 270 12 n ? ? *
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
2，助色团
助色团是指带有非键电子对的基团，如 -OH,-OR、
-NHR,-SH,-Cl,-Br,-I等，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，会使生色团的
吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。
3，红移与蓝移（紫移）
某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的
基团（ -OH,-OR,-NH2,-SH, -Cl,-Br,-SR,- NR2 ）
之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为
红移效应。这种会使某化合物的最大吸收波长向长波方
向移动的基团称为向红基团。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之
后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝
移（紫移）效应。这些会使某化合物的最大吸收波长向
短波方向移动的基团（如 -CH2,-CH2CH3,-OCOCH3）
称为向蓝（紫）基团。
(三 )有机化合物紫外 -可见吸收光谱
1，饱和烃及其取代衍生物
饱和烃类分子中只含有 ?键，因此只能产生 ???*跃
迁，即 ?电子从成键轨道（ ? ）跃迁到反键轨道（ ? *）。
饱和烃的最大吸收峰一般小于 150nm,已超出紫外、可见
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
分光光度计的测量范围。
饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在 n
电子，可产生 n??* 的跃迁。 n??* 的能量低于 ???*。
例如,CH3Cl,CH3Br和 CH3I的 n??* 跃迁分别出现在 173、
204和 258nm处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入
甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团
的助色作用。
直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合
物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见
吸收光谱的良好溶剂。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
2，不饱和烃及共轭烯烃
在不饱和烃类分子中，除含有 ?键外，还含有 ?键，
它们可以产生 ???*和 ???*两种跃迁。 ???*跃迁的能
量小于 ???*跃迁。例如，在乙烯分子中,???*跃迁最
大吸收波长为 180nm
在 不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，
随着共轭系统的延长,???*跃迁的吸收带 将明显向长
波方向移动，吸收强度也随之增强。在 共轭体系中，
???*跃迁产生的吸收带又称为 K带。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
化合物 溶剂 ?
ma x
/ nm ?
ma x
1,3 - 丁二烯 己烷 217 21, 0 0 0
1,3,5 - 己二烯 异辛烷 268 43, 0 0 0
1,3,5,7 - 辛四烯 环己烷 304 —
1,3,5,7,9 - 癸四烯 异辛烷 334 121, 0 0 0
1,3,5,7,9,1 1 - 十二
烷基六烯
异辛烷 364 138, 0 0 0
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
3，羰基化合物
羰基化合物含有 ?C=O基团。 ?C=O基团主要可产生
???*,n??*, n??*三个吸收带,n??*吸收带又称 R
带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍
生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类物质
与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们 n??*
吸收带的光区稍有不同。
羧酸及羧酸的衍生物虽然也有 n??*吸收带，但是，
羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未
共用电子对的助色团，如 -OH,-Cl,-OR等，由于这些助
色团上的 n电子与羰基双键的 ?电子产生 n??共轭，导致
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
?*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变 n轨
道的能级，因此实现 n??* 跃迁所需的能量变大，使
n??*吸收带蓝移至 210nm左右。
4，苯及其衍生物
苯有三个吸收带，它们都是由 ???*跃迁引起的。 E1
带出现在 180nm（ ?MAX = 60,000）； E2带出现在 204nm
（ ?MAX = 8,000 ）； B带出现在 255nm （ ?MAX = 200）。
在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的 B谱带有许
多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁
上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显
著的变化，其中影响较大的是 E2带和 B谱带。
5，稠环芳烃及杂环化合物
稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，
但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，且强
度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸
收强度也相应增加。
当芳环上的 -CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂
环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化
合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
由于引入含有 n电子的 N原子的，这类杂环化合物还可能
产生 n??*吸收带。
二、无机化合物的紫外 -可见吸收光谱
产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形
式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。
（一）电荷迁移跃迁
无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光
谱。
在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配
体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
荷迁移吸收光谱。
不少过度金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配
合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。
此外，一些具有 d10电子结构的过度元素形成的卤化
物及硫化物，如 AgBr,HgS等，也是由于这类跃迁而产
生颜色。
电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予
体和电子接受体相应电子轨道的能量差。
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
（二）配位场跃迁
配位场跃迁包括 d - d 跃迁和 f - f 跃迁。元素周期表中
第四、五周期的过度金属元素分别含有 3d和 4d轨道，镧
系和锕系元素分别含有 4f和 5f轨道。在配体的存在下，过
度元素五 个能量相等的 d轨道和镧系元素七个能量相等的
f轨道分别分裂成几组能量不等的 d轨道和 f轨道。当它们
的离子吸收光能后，低能态的 d电子或 f电子可以分别跃迁
至高能态的 d或 f轨道，这两类跃迁分别称为 d - d 跃迁和 f -
f 跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可
能发生，因此又称为配位场跃迁。
25
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
三、溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响
溶剂对紫外 — 可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的
极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性
由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平
滑。
改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生
变化。下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。
正己烷 CHCl3 CH3OH H2O
???* ?max/nm 230 238 237 243
n ??*?max/nm 329 315 309 305
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由 n ??* 跃
迁产生的吸收带发生蓝移，而由 ???* 跃迁产生的吸收带
发生红移。因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注
明在何种溶剂中测定。
由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱
图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫
外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行
紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注
意下列几点：
（ 1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是
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第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定
性。
（ 2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。
（ 3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。
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第三节 紫外 -可见分光光度计
一、组成部件
紫外 -可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：
即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。
（一）光源
对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域
内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定
性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。
分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电
光源两类。
热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯；气体
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第三节 紫外 -可见分光光度计
放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯
可使用的范围在 340 ~ 2500nm。 这类光源的辐射能量与施
加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电
压 4次方成正比。光电流与灯丝电压的 n次方（ n?1） 成正
比。因此必须严格控制灯丝电压，仪器必须配有稳压装
置。
在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。它们可在 160 ~
375 nm范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同
位素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源，其光谱
分布与氢灯类似，但光强度比相同功率的氢灯要大 3~5倍。
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第三节 紫外 -可见分光光度计
（二）单色器
单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光
学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在
紫外可见区域内任意可调。
单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射
镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭
缝等几部分组成。其核心部分是色散元件，起分光的作
用。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影
响到测定的灵敏度度、选择性及校准曲线的线性关系等。
能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。
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第三节 紫外 -可见分光光度计
棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依
据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波
长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只
能用于 350 ~ 3200 nm的波长范围，即只能用于可见光域
内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从 185 ~ 4000nm，
即可用于紫外、可见和近红外三 个光域。
光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于
紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、
几乎均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分
辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点
是各级光谱会重叠而产生干扰。
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第三节 紫外 -可见分光光度计
入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决
定单色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色
光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。
（三）吸收池
吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料
两种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池
只能用于可见光区。 为减少光的损失，吸收池的光学面
必须完全垂直于光束方向 。在高精度的分析测定中（紫
外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料
的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析
结果都有影响。
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第三节 紫外 -可见分光光度计
（四）检测器
检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后
光强度变化的一种装置。
常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。
硒光电池对光的敏感范围为 300~800nm,其中又以
500 ~ 600nm最为灵敏。这种光电池的特点是能产生可直
接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出现疲劳
效应而只能用于低档的分光光度计中。
光电管在紫外 -可见分光光度计上应用较为广泛。
光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的
34
第三节 紫外 -可见分光光度计
灵敏度比一般的光电管要高 200倍，因此可使用较窄的单
色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。
（五）信号指示系统
它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。
常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置
以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度
计装配有微处理机，一方面可对分光光度计进行操作控
制，另一方面可进行数据处理。
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第三节 紫外 -可见分光光度计
二、紫外 -可见分光光度计的类型
紫外 -可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种
类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波
长分光光度计。
1，单光束分光光度计
经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和
样品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度
计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。
2，双光束分光光度计
经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，
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第三节 紫外 -可见分光光度计
一束通过参比池，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。
由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消
除光源强度变化所引起的误差 。
3，双波长分光光度计
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（ ?1和 ?2）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
37
第三节 紫外 -可见分光光度计
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=A?1-A?2）。 对于多组分混
合物、混浊试样（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。利用双波长
分光光度计，能获得导数光谱。
通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便
地转化为单波长工作方式。如果能在 ?1和 ?2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。
38
第三节 紫外 -可见分光光度计
三、分光光度计的校正
通常在实验室工作中，验收新仪器或实验室使用过
一段时间后都要进行波长校正和吸光度校正。
建议采用下述的较为简便和实用的方法来进行校正：
镨铷玻璃或钬玻璃都有若干特征的吸收峰，可用来校正
分光光度计的波长标尺，前者用于可见光区，后者则对
紫外和可见光区都适用。也可用 K2CrO4标准溶液来校正
吸光度标度。
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教学要求
? 了解有机化合物、无机化合物紫外、可见吸收
光谱产生的基本原理；掌握有机化合物、无机
化合物中电子跃迁的基本类型。
? 掌握紫外 — 可见分光光度计的主要组成
部件及各部件的要求。
第二章 紫外 — 可见分光光度法
研究物质在 紫外、可见光区 的 分子吸收光谱
的分析方法称为紫外 -可见分光光度法。紫外 — 可
见分光光度法是利用某些物质的分子吸收 200 ~
800 nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这
种分子吸收光谱产生于 价电子和分子轨道上的电
子 在 电子能级间的跃迁,广泛用于无机和有机物
质的定性和定量测定。
2
第一节 紫外 — 可见吸收光谱
一、分子吸收光谱的产生
在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有
核间相对位移引起的振动和转动。这三种运动能量都是
量子化的，并对应有一定能级。下图为分子的能级示意
图。
分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图
电子能级
振动能级
转动能级
B
A
3
第一节 紫外 — 可见吸收光谱
图中 A和 B表示不同能量的电子能级。在每一电子能
级上有许多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又
有许多更小的转动能级 。
若用 △ E电子, △ E振动, △ E转动 分别表示电子能级、
振动能级转动能级差，即有 △ E电子 ? △ E振动 ? △ E转动 。处
在同一电子能级的分子，可能因其振动能量不同，而处
在不同的振动能级上。当分子处在同一电子能级和同一
振动能级时，它的能量还会因转动能量不同，而处在不
同的转动能级上。所以分子的总能量可以认为是这三种
能量的总和,E分子 = E电子 + E振动 + E转动
4
第一节 紫外 — 可见吸收光谱
当用频率为 ?的电磁波照射分子，而该分子的较高能
级与较低能级之差 △ E恰好等于该电磁波的能量 h?时，
即有
△ E = h? （ h为普朗克常数 ）
此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的
能级 ； 在宏观上则透射光的强度变小。若用一连续辐射
的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电
信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号
（吸光度 A） 为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对
波长的关系曲线图 —— 分子吸收光谱图。
5
第一节 紫外 — 可见吸收光谱
二、分子吸收光谱类型
根据吸收电磁波的范围不同，可将分子吸收光谱分
为远红外光谱、红外光谱及紫外、可见光谱三类。
分子的转动能级差一般在 0.005 ~ 0.05eV。 产生此能
级的跃迁，需吸收波长约为 250 ~ 25?m的远红外光，因此，
形成的光谱称为转动光谱或远红外光谱。
分子的振动能级差一般在 0.05 ~ 1 eV,需吸收波长约
为 25 ~ 1.25?m的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同
时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱
中，包括转动光谱，故常称为振 -转光谱。由于它吸收的
6
第一节 紫外 — 可见吸收光谱
能量处于红外光区，故又称红外光谱。
电子的跃迁能差约为 1 ~ 20 eV,比分子振动能级差
要大几十倍，所吸收光的波长约为 12.5 ~ 0.06?m,主要在
真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为电子光谱
或紫外、可见吸收光谱。
通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可
见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一
振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产
生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重
叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的紫外、可
见光谱不是线状光谱，而是带状光谱的原因。又因为绝
7
第一节 紫外 — 可见吸收光谱
大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器的
分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。
由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区（ 60 ~
200 nm） 均有吸收，因此在测定这一范围的光谱时，必
须将光学系统抽成真空，然后充以一些惰性气体，如氦、
氖、氩等。鉴于真空紫外吸收光谱的研究需要昂贵的真
空紫外分光光度计，故在实际应用中受到一定的限制。
我们通常所说的紫外 — 可见分光光度法，实际上是指近
紫外、可见分光光度法。
8
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主
要由 ???*,???*,n??*,n??*及电荷迁移跃迁产生。
无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁（即
d— d跃迁和 f— f跃迁）产生（教材 P.23）。
各种电子跃迁相应的吸收峰和能量示意图
??
?* ??
?*
???
*
n??
*
??
?*
n??
*
能
量
?*反键轨道
?*反键轨道
n非键轨道
?反键轨道
?反键轨道200 300 400?/nm
9
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
由于电子跃迁的类型不同，实现跃迁需要的能量不
同，因此吸收光的波长范围也不相同。其中 ???*跃迁所
需能量最大,n??*及配位场跃迁所需能量最小，因此，
它们的吸收带分别落在远紫外和可见光区。从图中 可知，
???*（电荷迁移）跃迁产生的谱带强度最大,???*、
n??*,n??*跃迁产生的谱带强度次之，（配位跃迁的
谱带强度最小）。
一、有机化合物的紫外 — 可见吸收光谱
（一）、跃迁类型
基态有机化合物的价电子包括成键 ?电子, 成键 ?电子
和非键电子 （ 以 n表示 ） 。 分子的空轨道包括反键 ?*轨
10
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
道和反键 ?*轨道，因此，可能的跃迁为 ???*,???*、
n??* n??*等。
1,???*跃迁 它需要的能量较高，一般发生在真
空紫外光区。饱和烃中的 — c— c— 键属于这类跃迁，例如
乙烷的最大吸收波长 ?max为 135nm。
2,n??*跃迁 实现这类跃迁所需要的能量较高，
其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区，如 CH3OH和
CH3NH2的 n??*跃迁光谱分别为 183nm和 213nm。
3,???*跃迁 它需要的能量低于 ???*跃迁，吸收
峰一般处于近紫外光区，在 200 nm左右，其特征是摩尔
吸光系数大，一般 ?max?104,为强吸收带。如乙烯（蒸气）
11
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
的最大吸收波长 ?max为 162 nm。
4,n??*跃迁 这类跃迁发生在近紫外光区。它是
简单的生色团如羰基、硝基等中的孤对电子向反键轨道
跃迁。其特点是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小
于 100，属于禁阻跃迁。
5，电荷迁移跃迁
所谓电荷迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时，
电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁。因此，
电荷迁移跃迁实质是一个内氧化 — 还原的过程，而相应
的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。
12
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
例如某些取代芳烃可产生这种分子内电荷迁移跃迁吸收
带。 电荷迁移吸收带的谱带较宽，吸收强度较大，最大
波长处的摩尔吸光系数 ?max可大于 104。
（二）、常用术语
1,生色团
从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光
子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸
收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。
下面为某些常见生色团的吸收光谱。
13
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
生色团 溶剂 ? / nm ?
m ax
跃迁类型
烯 正庚烷 177 1 3 0 0 0 ? ? ? *
炔 正庚烷 178 1 0 0 0 0 ? ? ? *
羧基 乙醇 204 41 n ? ? *
酰胺基 水 214 60 n ? ? *
羰基 正己烷 186 1 0 0 0 n ? ? *, n ? ? *
偶氮基 乙醇 339, 665 1 5 0 0 0 0 n ? ? *,
硝基 异辛酯 280 22 n ? ? *
亚硝基 乙醚 300, 665 100 n ? ? *
硝酸酯 二氧杂环己烷 270 12 n ? ? *
14
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
2，助色团
助色团是指带有非键电子对的基团，如 -OH,-OR、
-NHR,-SH,-Cl,-Br,-I等，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，会使生色团的
吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。
3，红移与蓝移（紫移）
某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的
基团（ -OH,-OR,-NH2,-SH, -Cl,-Br,-SR,- NR2 ）
之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为
红移效应。这种会使某化合物的最大吸收波长向长波方
向移动的基团称为向红基团。
15
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之
后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝
移（紫移）效应。这些会使某化合物的最大吸收波长向
短波方向移动的基团（如 -CH2,-CH2CH3,-OCOCH3）
称为向蓝（紫）基团。
(三 )有机化合物紫外 -可见吸收光谱
1，饱和烃及其取代衍生物
饱和烃类分子中只含有 ?键，因此只能产生 ???*跃
迁，即 ?电子从成键轨道（ ? ）跃迁到反键轨道（ ? *）。
饱和烃的最大吸收峰一般小于 150nm,已超出紫外、可见
16
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
分光光度计的测量范围。
饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在 n
电子，可产生 n??* 的跃迁。 n??* 的能量低于 ???*。
例如,CH3Cl,CH3Br和 CH3I的 n??* 跃迁分别出现在 173、
204和 258nm处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入
甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团
的助色作用。
直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合
物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见
吸收光谱的良好溶剂。
17
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
2，不饱和烃及共轭烯烃
在不饱和烃类分子中，除含有 ?键外，还含有 ?键，
它们可以产生 ???*和 ???*两种跃迁。 ???*跃迁的能
量小于 ???*跃迁。例如，在乙烯分子中,???*跃迁最
大吸收波长为 180nm
在 不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，
随着共轭系统的延长,???*跃迁的吸收带 将明显向长
波方向移动，吸收强度也随之增强。在 共轭体系中，
???*跃迁产生的吸收带又称为 K带。
18
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
化合物 溶剂 ?
ma x
/ nm ?
ma x
1,3 - 丁二烯 己烷 217 21, 0 0 0
1,3,5 - 己二烯 异辛烷 268 43, 0 0 0
1,3,5,7 - 辛四烯 环己烷 304 —
1,3,5,7,9 - 癸四烯 异辛烷 334 121, 0 0 0
1,3,5,7,9,1 1 - 十二
烷基六烯
异辛烷 364 138, 0 0 0
19
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
3，羰基化合物
羰基化合物含有 ?C=O基团。 ?C=O基团主要可产生
???*,n??*, n??*三个吸收带,n??*吸收带又称 R
带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍
生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类物质
与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们 n??*
吸收带的光区稍有不同。
羧酸及羧酸的衍生物虽然也有 n??*吸收带，但是，
羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未
共用电子对的助色团，如 -OH,-Cl,-OR等，由于这些助
色团上的 n电子与羰基双键的 ?电子产生 n??共轭，导致
20
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
?*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变 n轨
道的能级，因此实现 n??* 跃迁所需的能量变大，使
n??*吸收带蓝移至 210nm左右。
4，苯及其衍生物
苯有三个吸收带，它们都是由 ???*跃迁引起的。 E1
带出现在 180nm（ ?MAX = 60,000）； E2带出现在 204nm
（ ?MAX = 8,000 ）； B带出现在 255nm （ ?MAX = 200）。
在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的 B谱带有许
多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁
上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。
21
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显
著的变化，其中影响较大的是 E2带和 B谱带。
5，稠环芳烃及杂环化合物
稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，
但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，且强
度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸
收强度也相应增加。
当芳环上的 -CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂
环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化
合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，
22
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
由于引入含有 n电子的 N原子的，这类杂环化合物还可能
产生 n??*吸收带。
二、无机化合物的紫外 -可见吸收光谱
产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形
式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。
（一）电荷迁移跃迁
无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光
谱。
在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配
体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电
23
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
荷迁移吸收光谱。
不少过度金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配
合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。
此外，一些具有 d10电子结构的过度元素形成的卤化
物及硫化物，如 AgBr,HgS等，也是由于这类跃迁而产
生颜色。
电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予
体和电子接受体相应电子轨道的能量差。
24
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
（二）配位场跃迁
配位场跃迁包括 d - d 跃迁和 f - f 跃迁。元素周期表中
第四、五周期的过度金属元素分别含有 3d和 4d轨道，镧
系和锕系元素分别含有 4f和 5f轨道。在配体的存在下，过
度元素五 个能量相等的 d轨道和镧系元素七个能量相等的
f轨道分别分裂成几组能量不等的 d轨道和 f轨道。当它们
的离子吸收光能后，低能态的 d电子或 f电子可以分别跃迁
至高能态的 d或 f轨道，这两类跃迁分别称为 d - d 跃迁和 f -
f 跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可
能发生，因此又称为配位场跃迁。
25
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
三、溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响
溶剂对紫外 — 可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的
极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性
由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平
滑。
改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生
变化。下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。
正己烷 CHCl3 CH3OH H2O
???* ?max/nm 230 238 237 243
n ??*?max/nm 329 315 309 305
26
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由 n ??* 跃
迁产生的吸收带发生蓝移，而由 ???* 跃迁产生的吸收带
发生红移。因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注
明在何种溶剂中测定。
由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱
图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫
外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行
紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选择溶剂时注
意下列几点：
（ 1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是
27
第二节 化合物紫外 — 可见光谱的产生
惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定
性。
（ 2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。
（ 3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。
28
第三节 紫外 -可见分光光度计
一、组成部件
紫外 -可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：
即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。
（一）光源
对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域
内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定
性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。
分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电
光源两类。
热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯；气体
29
第三节 紫外 -可见分光光度计
放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯
可使用的范围在 340 ~ 2500nm。 这类光源的辐射能量与施
加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电
压 4次方成正比。光电流与灯丝电压的 n次方（ n?1） 成正
比。因此必须严格控制灯丝电压，仪器必须配有稳压装
置。
在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。它们可在 160 ~
375 nm范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同
位素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源，其光谱
分布与氢灯类似，但光强度比相同功率的氢灯要大 3~5倍。
30
第三节 紫外 -可见分光光度计
（二）单色器
单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光
学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在
紫外可见区域内任意可调。
单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射
镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭
缝等几部分组成。其核心部分是色散元件，起分光的作
用。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影
响到测定的灵敏度度、选择性及校准曲线的线性关系等。
能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。
31
第三节 紫外 -可见分光光度计
棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依
据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波
长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只
能用于 350 ~ 3200 nm的波长范围，即只能用于可见光域
内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从 185 ~ 4000nm，
即可用于紫外、可见和近红外三 个光域。
光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于
紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、
几乎均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分
辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点
是各级光谱会重叠而产生干扰。
32
第三节 紫外 -可见分光光度计
入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决
定单色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色
光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。
（三）吸收池
吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料
两种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池
只能用于可见光区。 为减少光的损失，吸收池的光学面
必须完全垂直于光束方向 。在高精度的分析测定中（紫
外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料
的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析
结果都有影响。
33
第三节 紫外 -可见分光光度计
（四）检测器
检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后
光强度变化的一种装置。
常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。
硒光电池对光的敏感范围为 300~800nm,其中又以
500 ~ 600nm最为灵敏。这种光电池的特点是能产生可直
接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出现疲劳
效应而只能用于低档的分光光度计中。
光电管在紫外 -可见分光光度计上应用较为广泛。
光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的
34
第三节 紫外 -可见分光光度计
灵敏度比一般的光电管要高 200倍，因此可使用较窄的单
色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。
（五）信号指示系统
它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。
常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置
以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度
计装配有微处理机，一方面可对分光光度计进行操作控
制，另一方面可进行数据处理。
35
第三节 紫外 -可见分光光度计
二、紫外 -可见分光光度计的类型
紫外 -可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种
类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波
长分光光度计。
1，单光束分光光度计
经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和
样品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度
计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。
2，双光束分光光度计
经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，
36
第三节 紫外 -可见分光光度计
一束通过参比池，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。
由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消
除光源强度变化所引起的误差 。
3，双波长分光光度计
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（ ?1和 ?2）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
37
第三节 紫外 -可见分光光度计
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=A?1-A?2）。 对于多组分混
合物、混浊试样（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。利用双波长
分光光度计，能获得导数光谱。
通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便
地转化为单波长工作方式。如果能在 ?1和 ?2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。
38
第三节 紫外 -可见分光光度计
三、分光光度计的校正
通常在实验室工作中，验收新仪器或实验室使用过
一段时间后都要进行波长校正和吸光度校正。
建议采用下述的较为简便和实用的方法来进行校正：
镨铷玻璃或钬玻璃都有若干特征的吸收峰，可用来校正
分光光度计的波长标尺，前者用于可见光区，后者则对
紫外和可见光区都适用。也可用 K2CrO4标准溶液来校正
吸光度标度。
39
教学要求
? 了解有机化合物、无机化合物紫外、可见吸收
光谱产生的基本原理；掌握有机化合物、无机
化合物中电子跃迁的基本类型。
? 掌握紫外 — 可见分光光度计的主要组成
部件及各部件的要求。
