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紫外可见分光光谱仪原理

    

紫外-可见光谱理论利用电磁辐射的波状性质及其与物质的相互作用,广泛用于分析光谱仪器,以识别、表征和量化非常广泛的分子化合物。

当材料受到电磁波的照射时,会发生透射、吸收、反射和散射等现象,观察到的光谱显示波长与离散维度的物体,如原子、分子和大分子的相互作用。

当入射光的频率等于分子基态和激发态之间的能量差时,就会发生吸收。电子从基态激发到激发态被描述为电子跃迁(图 1),这是分子光谱学的关键基础

紫外可见分光光度计理论

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图 1. 电子的吸收激发

每个基态/激发态对的能量差对应于一个吸收带。能量差与波长之间的关系由普朗克方程描述。

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其中E是将电子从基态提升到激发态所需的能量,h是普朗克常数,ν 是波数,c是光速,λ 是波长。


普朗克方程表明,激发电子所需的能量越少,吸收带的波长越长。吸收带表示样品的分子结构,并且会根据分子相互作用和环境条件在波长和强度上发生变化。由于与电子能级相关的众多分子振动级,这些带通常很宽且没有特征。

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紫外可见光谱吸收光谱

图 2. 示例吸收光谱。280 nm 附近的峰值比 215 nm 附近的峰值需要更少的能量来促进电子进入激发态。

紫外-可见/近红外光谱可分为光谱的紫外、可见和近红外区域。紫外区定义为 180 至 400 纳米,可见光区为 400 至 800 纳米,近红外区为 800 至 3200 纳米。近红外光通常吸收不良,因为其光子能量不足以引起电子跃迁,并且其频率大于大多数化学键的固有振动频率。然而,由于 NIR 中的频率接近许多自然振动的泛音频率,因此可以检测到弱的物质特定吸收带。它适用于一系列无损测量,例如确定食品的水分、糖分、脂质、蛋白质含量以及识别药物