《光学》-、紫外——可见吸收光谱的测量教案

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1、紫外——可见吸收光谱的测量一、实验目的1．可见吸收光谱的基本测量。2．可见分光光度计的结构，原理。3．初步学会测量物质的吸收光谱。二、实验原理1.基本知识（1）电磁波谱里的各区域。可见光波长范围400nm—750nm图14-1电子波谱示意图（注意：波长刻度是非线性的）（2）频率（）波长（）波数（）的关系在吸收过程中，物质的原子或分子吸收了入射的辐射能，从基态跃迁至高能级的激发态，吸收的能量与电磁辐射的频率成正比。符合（PLANCK）公式。E=h（14-1）E是一个光子的能量；h是比例常数，即P常数。而波长和频率的积为光速的C对紫外可见分光光度法，波长

2、的单位多用纳米。波数=/C=1/。可见区各色光的频率，波长，波数的关系如下表。颜色频率（HZ）波长N（NM）波数（/CM）红4.8*63016000橙5.1*59017000绿5.4*56018000黄5.9*51019500蓝6.3*48021000靛6.7*45022000紫7.1*42024000紫外8.6*350200092.基本定律光吸收，指光波通过媒质后，光强减弱的现象，除真空，没有一种介质对任何波长的电磁波是完全透明的。所有的物质都是对某些范围内的光透明，对其他光不透明。因此若在一定波长范围内，物质吸收不随波长而变，这种吸收成为一般吸收

3、，反之，随波长而改变的吸收称为选择吸收。例如：在可见光范围，一般的光学玻璃吸收很小，且不随波长而变，它就是一般吸收。而有色玻璃在可见光在可见光范围内具有选择吸收。如“红”玻璃就是对红色光微弱吸收，而对绿光，蓝光及紫光的吸收比较显著。当白光通过“红”玻璃时，除红光外其他光基本已经被吸收，此及滤光片的作用。不过，一般吸收与选择吸收的区别是有相对条件的。任何物质在一般范围内表现为一般吸收，在另波段范围内可能表现为选择吸收。例如：普通光学玻璃，对可见光吸收很弱，是一般吸收，而紫外及红外波段则表现为强烈的吸收，既选择吸收。因此，任一介质对光的吸收都是由这两种吸

4、收组成的。从图14-1可知：紫外和可见的吸收光谱实质是在电磁辐射的作用下，多原子的价电子发生跃迁而产生的分子吸收光谱，又称电子光谱。显然，物质吸收电磁辐射的本领是与物质分子的能级结构有关。当物质中能跃迁的两能级的能量差越接近电磁辐射的能量，则物质吸收越大，能级差相距辐射能量越大，则吸收越小。这就是物质具有一般吸收和选择吸收的缘故。而吸收分光光度法正是基于不同分子结构的各种物质，对电磁辐射显示选择吸收这种特性建立起来的。下面讨论光通过吸收媒质时，强度减弱的规律。假设有一平面波在一各向同性的均匀媒介中经过一厚度为dl的平行层后，光度从I变化到I+dI。L

5、AMBERT指出：dI/I应该与吸收层的厚dl度成正比，图14-2均匀媒质对光的吸收dI/I=-kdl（14-4）即其中k为吸收系数，由媒介的特性决定，对于厚度为的介质层，由（14-4）得lnI=-kl+C(14-5)其中C为一积分常熟，如l=0,I=则C=ln代如（14-5）得：（14-6）这就是LAMBERT定律的数学表达式。吸收系数K是波长的函数，在一般吸收的波段没，K很小，并且近乎于一常数，在选择吸收的波段内K甚大，并且随波长的不同而有显著变化。吸收系数K愈大，光波吸收愈强烈，当I=1/K时，由（14-6）得也就是说，厚度等于I/K的介质层可

6、以使光强度减少到原来的2.27分之一。说明介质吸收时，引入消光系数将会更方便些，吸收系数K与消光系数的关系如下：（14-7）其中表示光在真空中的波长，n为介质的折射率。于是LAMBERT定律可以写成（14-8）有时，我们也称为吸收率。固体材料的吸收系数主要是随入射光波长而变，其他因素影响较小。而液体的吸收系数却与液体的浓度有关。实验证明，在很多情况下，当气体的分子或溶解在溶剂里的某些物质分之吸收光时，吸收系数与光波通过的路程上单位长度内系数光的分子数也就是与浓度C成正比，因此，BEER指示：溶液的吸收系数K与C成正比：（14-6）此处的为一与浓度无关

7、新常数，它只决定分子的特性。于是（14-6）变为（14-9）若以T=表示透过律，表示吸光度，并将（14-9）的自然对数换成以10为底的对数时，得（14-10）或，A=acl（14-10）即为BEER定律的数学形式。应指出，此定律只有在物质分子的吸收本领不受它周围临近分子的影响时才正确。当浓度很大时，分子间的相互影响不可以忽略。此时a与c有关，BEER定律不成立。因此LAMBERT定律始终是成立的，但BEER定律仅在一定条件下才成立。图14-3BEER定律示意图和吸光度，透射比标度的比较在BEER定律成立时，就可用测量吸收的方法来测定物质的浓度，这就是

8、快速测定物质浓度吸收光谱分析法，在实际中很有用。吸收测量中，使用的只能膏药术语和符号如表14-2。三、仪器结