學術干貨｜一文讀懂紫外可見近紅外

紫外-可見-近紅外分光光度計（UV-Vis-NIR），其掃描波段覆蓋紫外光、可見光、近紅外光區域，利用物質分子對紫外光、可見光、近紅外光的吸收特性來進行定量、定性分析，在科研實驗室以及工業領域是常見儀器之一。

電磁波的區分

一、吸收光譜產生的原理

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）后發生價電子的躍遷所引起的。由于電子間能級躍遷的同時總是伴隨著振動和轉動能級間的躍遷，因此紫外可見光譜呈現寬譜帶。

（1）有機化合物電子躍遷

在有機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n電子。當分子吸收紫外或者可見光輻射后，這些外層電子就會從基態（成鍵軌道）向激發態（反鍵軌道）躍遷，主要的躍遷方式有四種，所需能量大小順序為：σ→σ* ＞n→σ*＞π→π*＞n→π*。

電子能級及電子躍遷示意圖

①σ-σ*：吸收能量較高，一般發生在真空紫外區。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，如-NH2、-OH可產生此躍遷，摩爾吸光系數較小；

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

④n-π*：含有雜原子的不飽和基團：如C=O，C=S，-N=N-等基團會發生n→π*。發生這種躍遷能量較小，吸收發生在近紫外或者可見光區。特點是強度弱，摩爾吸光系數小，產生的吸收帶也叫R帶。

（2）無機化合物電子躍遷

①電荷轉移躍遷：

與某些有機物相似，不少無機化合物會在電磁輻射的照射下，發生電荷轉移躍遷，產生電荷轉移吸收光譜。輻射下，分子中原定域在金屬M軌道上的電荷轉移到配位體L的軌道，或按相反方向轉移

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，當吸收光后，電子會發生躍遷，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

由于各種物質具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結構，其吸收光能量的情況也就不會相同，因此，每種物質就有其特性的、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，照射于一吸收介質表面，在通過一定厚度的介質后，由于介質吸收了一部分光能，透射光的強度就要減弱。吸收介質的濃度愈大、介質的厚度愈大，則光強度的減弱愈顯著，其關系為：

三、儀器組成

紫外-可見-近紅外分光光度計主要由光源、樣品池、單色器、檢測器等組成。光源產生紫外光、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過單色器色散，被檢測器接收，從而對樣品進行定性、定量分析，并對樣品的純度、結構進行鑒定。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、無損檢測等優點。

紫外-可見-近紅外分光光度計基本結構示意圖

四、應用領域

根據新思界產業研究中心發布的《2023-2028年中國紫外-可見-近紅外分光光度計（UV-Vis-NIR）行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示，紫外-可見-近紅外分光光度計可以對物質的成分、純度、分子結構以及各組分含量等參數進行分析，能夠應用在生物學、化學、材料學、光學、物理學等多種學科中，可以廣泛應用于電子、通訊、石油、化工、冶金、醫藥、食品、農業、地質、環境保護等領域。