1.3　紫外光譜

紫外-可見分光光度法也稱紫外-可見吸收光譜法（ultraviolet and visible spectrophotometry），屬于分子吸收光譜法，是利用某些物質對200～800nm光譜區輻射的吸收進行分析測定的一種方法。紫外-可見吸收光譜主要產生于分子價電子在電子能級間的躍遷。該方法由于具有靈敏度高，準確度好，使用的儀器設備簡便，價格低廉，且易于操作等優點，故廣泛應用于無機和有機物質的定性和定量測定。

1.3.1　紫外光譜基本原理

1.3.1.1　分子吸收光譜的形成

圖1-25是雙原子分子的能級示意圖。圖中A和B表示不同能量的電子運動能級（簡稱電子能級）。A是電子能級的基態，B是電子能級的最低激發態。在同一電子能級內，分子的能量還因振動能差的不同而分成若干支級（ν=0，1，2，3…），稱為振動能級。當分子處于某一電子能級中的某一振動能級時，分子的能量還會因轉動能差的不同再分為若干支級（J=0，1，2，3…），稱為轉動能級。顯然，電子能級的能量差ΔEe、振動能級的能量差ΔEv和轉動能級的能量差ΔEτ間相對大小關系為ΔEe>ΔEv>ΔEτ。

根據量子理論，如果分子從外界吸收的輻射能（hν）等于該分子的較高能級與較低能級的能量差時，即

ΔE=hν=h　　（1-8）

分子將從較低能級躍遷至較高能級。

由于各種物質分子內部結構的不同，分子的能級也是千差萬別，各種能級之間的間隔也互不相同，這樣就決定了它們對不同波長光的選擇吸收。如果改變通過某一吸收物質的入射光的波長，并記錄該物質在每一波長處的吸光度，然后以波長（λ）為橫坐標，以吸光度（A）為縱坐標作圖，這樣得到的譜圖稱為該物質的吸收光譜，亦稱為吸收曲線。某物質的吸收光譜反映了它在不同的光譜區域內吸收能力的分布情況，通過吸收曲線的波形、波峰的位置、波的強度及其數目，可為研究物質的內部結構提供重要的信息。

圖1-26是四種濃度KMnO4溶液的吸收光譜。從圖可見：

① 同一溶液對不同波長的光的吸收程度不同。如KMnO4對525nm的光吸收程度最大，此波長稱為最大吸收波長，以λmax或λ最大表示，所以吸收光譜上有一高峰。

② 不同濃度的KMnO4溶液的吸收光譜形狀相似，其最大吸收波長λmax不變。吸收光譜與物質的特性有關，不同物質吸收光譜的形狀和最大吸收波長可能不同。故據此可作為物質定性分析的依據。

③ 同一物質不同濃度的溶液，在一定波長處吸光度隨溶液濃度的增加而增大。這個特性可作為物質定量分析的依據。在測定時，只有在λmax處測定吸光度，其靈敏度才最高，因此，吸收光譜是吸光光度法中選擇測量波長的依據。

1.3.1.2　基本概念

（1）生色團　分子中能吸收紫外或可見光的結構單元稱為生色團。它是含有非鍵軌道和π分子軌道的電子體系，能引起n→π*和π→π*躍遷，例如碳碳雙鍵、共軛雙鍵、羰基、硝基等。表1-7列出了某些常見生色團的吸收特征。

（2）助色團　助色團是指帶有非鍵電子對的能使生色團吸收峰向長波方向移動并增強其強度的官能團，如—OH、—NH2、—NHR、—SH、—Cl、—Br、—I等。這些基團中都含有孤對電子，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當它們與生色團相連時，能與生色團中π電子相互作用，使π→π*躍遷能量降低使其吸收帶的最大吸收波長λmax發生移動，并且增加其吸收強度。

（3）紅移與藍移　在有機化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，而使其吸收帶的最大吸收波長λmax發生移動。如某些有機化合物經取代反應引入含有未共用電子對的基團（—NH2、—NR2、—OH、—Cl、—Br、—SH、—SR等）之后，吸收峰的波長λmax將向長波長方向移動，這種效應稱為紅移效應。這些會使某化合物的λmax向長波長方向移動的基團稱為向紅基團。

與紅移效應相反，有時在某些生色團（如羰基）的碳原子一端引入一些取代基（如甲基等）之后，吸收峰的波長會向短波長方向移動，這種效應稱為藍移效應。這些會使某化合物的λmax向短波長方向移動的基團稱為向藍基團。

溶劑極性的不同也會引起某些化合物吸收光譜的紅移或藍移，這種作用稱為溶劑效應。圖1-27給出了溶劑極性對π→π*和n→π*躍遷能量變化的示意圖。

在π→π*躍遷中，激發態極性大于基態，當使用極性大的溶劑時，由于溶劑與溶質相互作用，激發態π*比基態π的能量下降更多，因而激發態與基態之間的能量差減小（ΔE'1<ΔE1），導致吸收譜帶λmax紅移。而在n→π*躍遷中，基態n電子與極性溶劑形成氫鍵，降低了基態能量，使激發態與基態之間的能量差變大（ΔE'2>ΔE2），導致吸收帶λmax藍移。由此可見，溶劑的極性增大時，π→π*躍遷的λmax發生紅移；而n→π*躍遷的λmax發生藍移。

1.3.2　分子軌道和電子躍遷

1.3.2.1　有機化合物的分子軌道和電子躍遷

有機化合物的紫外-可見吸收光譜取決于有機化合物分子的結構及分子軌道上電子的性質。按照分子軌道理論，有機化合物分子中的價電子包括形成單鍵的σ電子、形成重鍵的π電子和非成鍵的n電子。當分子吸收一定能量后，其價電子將從能量較低的軌道躍遷至能量較高的反鍵軌道。如圖1-28所示，σ、π表示成鍵分子軌道；n表示非成鍵分子軌道；σ*、π*表示反鍵分子軌道。

一個有機化合物分子對紫外光或可見光的特征吸收。可以用吸收最大處的波長，即吸收峰波長（λmax）來表示，它取決于分子激發態與基態間的能量差。圖1-28定性地表示了幾種分子軌道能量的相對大小、各種類型的電子躍遷光譜能量大小和相應的吸收峰波長的位置。從化合物的性質來看，與紫外-可見吸收光譜有關的電子躍遷是n→σ*、n→π*和π→π*。

（1）n→σ*躍遷　含有雜原子S、N、O、P、鹵素原子的飽和有機化合物都可以發生這種躍遷。n→σ*躍遷的大多數吸收峰出現在波長200 nm以下，在紫外區不易觀察到這類躍遷。

（2） n→π*和π→π*躍遷　這兩類躍遷一般出現在波長大于200nm的紫外區，要求有機化合物分子中含有不飽和基團，例如碳碳雙鍵、羰基、硝基等，均是含有π鍵的基團。還有一些基團例如—OH、—NH2、—SH及鹵素元素等，它們都含有未成鍵n電子。π→π*躍遷產生強吸收帶，摩爾吸光系數可達104L·mol·cm-1，而n→π*躍遷吸收光譜的強度小，摩爾吸光系數一般在500L·mol·cm-1以下。

如果有機化合物含有幾個生色團，且生色團之間不產生共軛效應，該化合物的吸收光譜基本上由這些生色團的吸收帶所組成。如果有機化合物中含有多個相同的生色團，其吸收峰的波長基本不變，而摩爾吸光系數將隨生色團數目增加而增大。如果有機化合物分子中生色團發生共軛作用，則原有的吸收峰將發生位移，同時摩爾吸光系數增大。

當有機化合物處于氣態時，它的吸收光譜由孤立的分子給出，因而其振動光譜和轉動光譜的精細結構也能表現出來。當有機化合物溶解于某種溶劑時，該有機物分子被溶劑分子所包圍，限制了分子的自由轉動，使轉動光譜表現不出來。如果溶劑的極性很大，該分子的振動光譜也將消失。此外，溶劑的極性不同，也將使吸收光譜的位置發生移動，這在前面已有敘述。極性較大的溶劑，一般會使π→π*躍遷譜帶紅移，而使n→π*躍遷譜帶藍移。某些有機化合物在引入含有孤對電子基團后，吸收光譜也會發生紅移或藍移。

1.3.2.2　無機化合物的分子軌道和電子躍遷

（1）電荷轉移吸收光譜　某些無機化合物的分子同時具有電子給予體和電子接受體部分，當輻射照射到這些化合物時，電子從給予體外層軌道躍遷到接受體軌道，這種由于電子轉移產生的吸收光譜，稱為電荷轉移光譜。電子電荷轉移過程可用下式表示：

D-A D+-A-

D和A分別表示電子給予體和電子接受體。在輻射作用下，一個電子從給予體轉移到接受體。在配合物的電荷轉移過程中，金屬離子通常是電子接受體，配位體是電子給予體。許多無機配合物能發生這種電荷轉移光譜，例如，

[Fe3+-SCN-]2+ [Fe2+-SCN-]2-

電荷轉移吸收光譜的最大特點是吸收強度大，摩爾吸光系數一般超過104L·mol·cm-1，這就為高靈敏度測定某些化合物提供了可能性。

（2）配位體場吸收光譜　過渡元素都有未填滿的d電子層，鑭系和錒系元素含有f電子層，這些電子軌道的能量通常是相等的（簡并）。當這些金屬離子處在配位體形成的負電場中時，低能態的d電子或f電子可以分別躍遷到高能態的d軌道成f軌道，這兩類躍遷分別稱為d電子躍遷和f電子躍遷。由于這兩類躍遷必須在配位體的配位場作用下才能發生，因此又稱為配位體場躍遷，相應的光譜稱為配位體場吸收光譜。

配位體場吸收光譜通常位于可見光區，強度弱，摩爾吸光系數約為0.1～100L·mol·cm-1，對于定性分析用處不大，多用于配合物的研究。

1.3.3　影響紫外光譜的一些因素

1.3.3.1　Lambert-Beer 定律

Lambert-Beer定律是光吸收的基本定律，也是分光光度分析法的理論依據和計算基礎。Lambert和Beer分別于1760年和1852年獨立研究了光通過溶液的吸收程度與溶液層厚度和溶液濃度之間的定量關系。當一束平行的單色光通過濃度一定的均勻溶液時，該溶液對光的吸收程度與溶液層厚度b成正比。這種關系稱為Lambert定律，數學表達式為

lg=k1b　　（1-9）

當單色光通過液層厚度一定的均勻的吸收溶液時，該溶液對光的吸收程度與溶液的濃度c成正比。這種關系稱為Beer定律，數學表達式為

lg=k2c　　（1-10）

如果同時考慮溶液濃度與液層厚度對光吸收程度的影響，即將Lambert定律與Beer定律結合起來，則可得

lg=kbc　　（1-11）

式（1-11）稱為Lambert-Beer定律的數學表達式。上述各式中：I0、I分別為入射光強度和透射光強度；b為光通過的液層厚度；c為吸光物質的濃度；k1、k2和k均為比例常數，與吸光物質的性質、入射光波長及溫度等因素相關。上式的物理意義為：當一束平行的單色光通過均勻的某吸收溶液時，溶液的吸收程度lgI0/I與溶液的濃度和光通過的溶液層厚度的乘積成正比。式（1-11）中的lgI/I0項表示溶液的吸收程度，定義為吸光度，并用符號A表示；同時，I/I0是透射光強度與入射光強度之比，表示了入射光透過溶液的程稱為透射比（舊稱透光度或透光率），以T表示，所以式（1-11）又可表示為

A=lg=lg=kbc　　（1-12）

透射比常以百分數（T）表示，稱為百分透射比。

應用Lambert-Beer定律時，應注意：①該定律應用于單色光，既適用于紫外-可見光，也適用于紅外光，是各類分光光度法進行定量分析的理論依據；②該定律適用于各種均勻非散射的吸光物質，包括液體、氣體和固體；③吸光度具有加合性，指的是溶液的總吸光度等于各吸光物質的吸光度之和。根據這一規律，可以進行多組分的測定及某些化學反應平衡常散的測定。這個性質對于理解吸光光度法的實驗操作和應用都有著極其重要的意義。

1.3.3.2　吸光系數與摩爾吸光系數

式（1-12）中的比例常數k值隨濃度c所用單位不同而不同。如果c的單位為g·L-1，k常用a表示，a稱為吸光系數，其單位是L·g-1·cm-1，式（1-12）可轉化為

A=abc　　（1-13）

如果c的單位為mol·L-1，則常數k用ε表示，ε稱為摩爾吸光系數，其單位是L·mol·cm-1，此時式（1-12）成為

A=εbc　　（1-14）

吸光系數a和摩爾吸光系數ε是吸光物質在一定條件、一定波長和溶劑情況下的特征常數。同一物質與不同顯色劑反應，生成不同的有色化合物時具有不同的ε值，同一化合物在不同波長處的也可能不同。在最大吸收波長處的摩爾吸光系數，常以εmax表示。ε值越大，表示該有色物質對入射光的吸收能力越強，顯色反應越靈敏。所以，可根據不同顯色劑與待測組分形成有色化合物的ε值的大小，比較它們對測定該組分的靈敏度。以前曾認為ε>1×104L·mol·cm-1的反應即為靈敏反應，隨著近代高靈敏顯色反應體系的不斷開發，現在，通常認為ε≥6×104L·mol·cm-1的顯色反應才屬靈敏反應，ε<2×104L·mol·cm-1已屬于不靈敏的顯色反應。目前已有許多ε≥1×105L·mol·cm-1高靈敏顯色反應可供選擇。

應指出的是，ε值僅在數值上等于濃度為1mol·L-1，比色皿厚度為1cm時的溶液的吸光度，在分析實踐中不可能直接取濃度為1mol·L-1的溶液測定ε值，而是根據低濃度時的吸光度，通過計算求得。

1.3.3.3　偏離Lambert-Beer定律的因素

根據Lambert-Beer定律，當波長和強度一定的入射光通過液層厚度一定的溶液時，吸光度與溶質濃度成正比。即當液層厚度（b）一定時，以吸光度（A）為縱坐標，對應的濃度（c）為橫坐標作圖，可得一條通過原點的直線，稱為校正曲線或工作曲線。但在實際工作中，特別是當吸光物質濃度較高時，吸光度與濃度之間常常會偏離線性關系，如圖1-29所示。若溶液的實際吸光度比理論值大，則為正偏離；若吸光度比理論值小，則為負偏離。產生偏離的原因主要來源于以下三個方面。

（1）Beer定律本身的局限性　Beer定律通常只有在稀溶液（小于0.01mol·L-1）中才適用。高濃度時，因吸光質點間的平均距離縮小而使得相鄰質點的電荷分布會受到彼此的影響，導致其吸光系數發生改變，從而產生線性偏離。

（2）化學因素　不同物質，甚至同一物質的不同型體對光的吸收程度可能不同。按Beer定律假定，溶液中各組分之間的行為必須是相互無關的，這一假定也是利用光吸收的加合性同時測定多組分混合物的基礎。而當溶液濃度較大時，溶液中的吸光物質因離解、締合、溶劑化作用或化合物形式的改變，結果使吸收曲線的位置、形狀及峰高隨著濃度的增加而改變，從而引起對Beer定律的偏離。如Cr2水溶液在450nm處有最大吸收，但因存在下列平衡：

Cr2+H2O 2HCr2H++2Cr

當Cr2溶液按一定程度稀釋時，Cr2的濃度并不按相同的程度降低，而Cr2、2HCr、2Cr對光的吸收特性明顯不同，此時，若仍以450nm處測得的吸光度制作工作曲線，將嚴重地偏離Lambert-Beer定律。如果控制溶液均在高酸度時測定，由于六價鉻均以重鉻酸根形式存在，就不會引起偏離。對于酸堿反應，如一弱酸HB，其最大吸收波長為λmax。HB在溶液中存在下列離解平衡：

HBH++B-

溶液的總吸光度：

A=AHB+=（εHBcHB+）b

當有pH緩沖溶液時，酸型HB與堿型B-之比值在各種濃度下保持不變。但若無緩沖作用，離解度將隨稀釋而增大。若>εHB，當溶液濃度增大時，產生負偏離；若<εHB，當溶液濃度增大時，產生正偏離。

所以在用吸光光度法進行分析測定時，要嚴格控制測定條件，使被測組分以一種形式存在，克服化學因素引起的偏離。

（3）儀器因素　儀器因素引起的偏離，包括入射光不是真正的單色光、單色器內的內反射，以及因光源的被動、檢測器靈敏度波動等引起的偏離，其中最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。

嚴格地說，Lambert-Beer定律只適用于單色光，但采用任何方法都不可能得到純的單色光，實際上得到的都是具有某一波段的復合光。由于物質對不同波長光的吸收程度不同，因而導致對Lambert-Beer定律的偏離。

設有兩種波長的單色光λ1和λ2分別通過溶液，根據Lambert-Beer定律有：

當λ=λ1時，　　　　　　A1=lg=ε1bc　　（1-15）

當λ=λ2時，　　　　　　A2=lg=ε2bc　　（1-16）

若讓含λ1和λ2的復合光通過待測溶液，其吸光度為

A=lg　　（1-17）

由式（1-17）可見，當ε1=ε2時，A=εbc，A與c成直線關系；當ε1≠ε2時，A≠εbc，A與c不成直線關系。ε1與ε2相差越大，即λ1和λ2相差越大，對Lambert-Beer定律偏離就越嚴重；實驗證明，只有在選用的入射光波帶寬度中，吸光度隨波長變化不大時，Lambert-Beer定律才成立。所以實際工作中，并不嚴格要求很純的單色光。在所使用的波長范圍內，吸光系數變化越大，這種偏離就越明顯。一般應將入射光波長選擇在被測物質的最大吸收處，這不僅保證了測定有較高的靈敏度，而且此處的吸收曲線較為平坦，吸光系數變化不大，非單色光引起的偏離比在其他波長處小得多。

1.3.3.4　分析條件的選擇

為使分析方法有較高的靈敏度和準確度，選擇最佳的測定條件。這些條件綜合起來包括試樣反應條件和儀器測量條件。

（1）顯色反應的選擇　在無機分析中，很少利用金屬離子本身的顏色進行光度分析，因為它們的吸光系數值都比較小。一般都是選用適當的試劑，與待測離子反應生成對紫外或可見光有較大吸收的物質再測定，這種反應稱為顯色反應，所用的試劑稱為顯色劑。配位反應、氧化還原反應以及增加生色基團的衍生化反應等都是常見的顯色反應類型，尤以配位反應應用最廣。許多有機顯色劑與金屬離子形成穩定性好、具有特征顏色的絡合物，其靈敏度和選擇性都較高。

同一組分常可與多種顯色劑反應生成不同的有色化合物。所選用的顯色反應通常應滿足下述要求：

① 反應的生成物必須在紫外-可見光區有較強的吸光能力，即摩爾吸光系數較大。但是，在分析化學中接觸到的試樣大多是成分復雜的物質，必須認真考慮共存組分的干擾，即希望顯色反應的選擇性好，干擾少。需要指出的是，在滿足測定靈敏度的前提下，選擇性的好壞常常成為選擇顯色反應的主要依據。例如，Fe（Ⅱ）與鄰二氮菲在pH=2～9的水溶液中生成橙紅色配合物的反應，雖然靈敏度不是很高（ε508=1.1×104L·mol-1·cm-1），但由于選擇性好，在實際分析中仍廣泛被采用。

② 反應生成物應當組成恒定，符合一定的化學式。對于形成不同配位比的配位反應，必須注意控制實驗條件，使其生成一定組成的配合物，以免引起誤差。

③ 反應生成物的化學性質應足夠穩定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定。且顯色條件易于控制，這樣才能保證測量結果有良好的重現性。

④ 對照性要好，有色化合物與顯色劑的吸收峰波長的差別要大，即顯色劑對光的吸收與配合物的吸收有明顯區別，一般要求兩者的λmax之差Δλ（稱為對比度）要大于60nm。

（2）反應條件的選擇　實際上能同時滿足上述條件的顯色反應不很多，因此在初步決定顯色劑以后，認真細致地研究顯色反應的條件也是十分重要的。這一般是通過實驗研究來得到的。這些實驗條件包括：溶液酸度、顯色劑用量、試劑加入順序、顯色時間、顯色溫度、有機配合物的穩定性及共存離子的干擾等。

① 顯色劑　靈敏的分光光度法是以待測物質與顯色劑之間的反應為基礎的。多數無機配位劑單獨與金屬離子生成的配合物（如Cu2+與NH3形成的藍色配合物，Fe3+與SCN-形成的紅色配合物等）組成不恒定，也不夠穩定，反應的靈敏度不高.選擇性也較差，所以單獨應用不多。目前不少高靈敏的方法是基于金屬的硫氨酸鹽、氟化物、氯化物、溴化物和碘化物的配位離子與堿性染料的陽離子形成的離子締合物的反應，特別是基于這些離子締合物的萃取體系和引入表面活性劑或水溶性高分子的多元體系。例如，在0.12mol·L-1 H2SO4介質中，在聚乙烯醇存在下，Hg2+-I--乙基羅丹明B離子締合物顯色體系的ε高達1.14×106L·mol-1cm-1，λmax=605nm，測量范圍是每25mL含Hg 0～2.5μg。

分光光度法中主要使用有機顯色劑。有機顯色劑及其與金屬離子反應產物的顏色和它們的分子結構有密切關系。由于顯色劑分子結構的復雜性和各基團間相互影響的多樣性分子結構與顏色的關系十分復雜。

② 反應體系的酸度　反應時，介質溶液的酸度常常是首先需要確定的問題。因為酸度的影響是多方面的，表現為R的不同型體可能有不同的顏色，產生不同的吸收；M離子可能形成羥基配合物乃至沉淀，影響顯色反應的定量完成以及顯色配合物存在的型體，甚至組成比，產生不同的吸收。例如，Fe（Ⅲ）與磺基水楊酸的反應隨pH的改變，產物的組成和顏色會產生明顯的改變。pH為1.8～2.5時，形成1∶1的紫紅色配合物；在pH=4～8時，生成1∶2的橙紅色配合物；pH為8～11.5時，生成1∶3的黃色配合物；而當pH>12時，只能生成棕紅色的Fe（OH）3沉淀。

對某種顯色體系，最適宜的pH范圍與顯色劑、待測元素以及共存組分的性質有關。目前，顯然已有從有關平衡常數值估算顯色反應適宜酸度范圍的報道，但在實踐中，仍然是通過實驗來確定。其方法是保持其他實驗條件相同，分別測定不同pH條件下顯色溶液和空白溶液相對于純溶劑的吸光度，顯色溶液和空白溶液吸光度之差值呈現最大而平坦的區域，即為該顯色體系最適宜的pH范圍。控制溶液酸度的有效方法是加入適宜的緩沖溶液。緩沖溶液的選擇，不僅要考慮其緩沖pH范圍和緩沖容量，還要考慮緩沖溶液陰、陽離子可能引起的干擾效應。

③ 顯色劑的用量　為了使顯色反應進行完全，一般需加入過量的顯色劑，但顯色劑并不是越多越好。對于有些顯色反應，顯色劑加入過多，反而會引起副反應，對測定不利。在實際工作中，顯色劑的用量可通過實驗來確定，作出吸光度隨顯色劑濃度的變化曲線，選擇恒定吸光度值時的顯色劑用量。

例如，用SCN-測定Mo（Ⅴ）時，Mo（Ⅴ）與SCN-生成Mo（SCN（淺紅）、Mo（SCN）5（橙紅）、Mo（SCN（淺紅）配位數不同的配合物，用吸光光度法測定時，通常測得的是Mo（SCN）5的吸光度。因此，如果SCN-濃度太高，由于生成淺紅色的Mo（SCN配合物，而使試液的吸光度降低。再如用SCN-測定Fe3+隨著SCN-濃度的增大，生成顏色越來越深的高配位數配合物Fe（SCN和Fe（SCN，溶液顏色由橙黃變至血紅色，試液的吸光度也增大。對于以上這種情況，只有嚴格地控制顯色劑的用量，才能得到準確的結果。

④ 顯色反應時間　有些顯色反應瞬間完成，溶液顏色很快達到穩定狀態，并在較長時間內保持不變；有些顯色反應雖能迅速完成，但配合物的顏色很快開始褪色；有些顯色反應進行緩慢，溶液顏色需經一段時間后才穩定。因此，必須經實驗來確定合適測定的時間區間。實驗方法為配制一份顯色溶液，從加入顯色劑起計算時間，每隔幾分鐘測量一次吸光度，制作吸光度-時間曲線，根據曲線來確定適宜時間。

⑤ 顯色反應溫度　通常，顯色反應大多在室溫下進行，但是，有些顯色反應必須加熱至一定溫度才能完成。例如，用硅鉬酸法測定硅的反應，在室溫下需10min以上才能完成；而在沸水浴中，只需30s便能完成反應。許多有色化合物在溫度較高時容易分解，如Mn溶液長時間煮沸就會與水中的微生物或有機物反應而褪色。同樣，顯色反應的適宜溫度也是通過實驗來確定的。

⑥ 溶劑　有機溶劑常能降低有色化合物的解離度，從而提高顯色反應的靈敏度。如在Fe（SCN）3溶液中加入與水互溶的有機溶劑丙酮，由于降低了Fe（SCN）3的解離度而使顏色加深，提高了測定的靈敏度。此外，有機溶劑還能提高顯色反應的速率，影響有色配合物的溶解度和組成等。如用偶氮氯膦Ⅲ法測定Ca2+，加入乙醇后，吸光度顯著增大。又如，用氯代磺酚S法測定鉬（Ⅵ）時，在水溶液中顯色需幾小時，加入丙酮后，則只需30min。

（3）儀器測量條件的選擇

任何光度計都有一定的測量誤差。儀器測量誤差主要源于光源的發光強度不穩定、光電效應的非線性、雜散光的影響、實驗條件的偶然變動、讀數不準等因素。

① 測量波長的選擇　根據吸收曲線，宜選擇被測組分具有最大吸收時的波長（λmax）的光作為入射光，這稱為“最大吸收原則”。選用λmax處作為測量波長，不僅靈敏度高，而且此處曲線較為平坦，能夠減少或消除由非單色光引起的對Lambert-Beer定律的偏離。但是若在λmax處有其他吸光物質干擾測定時，則應根據“吸收最大，干擾最小”的原則來選擇測量波長，即可選用靈敏度稍低但能避開干擾的入射光進行。

② 狹縫寬度的選擇　理論上，定性分析時采用最小的狹縫寬度。在定量分析中，為了避免狹縫太小，使出射光太弱而引起信噪比降低，可以將狹縫開大一點。通過測定吸光度隨狹縫寬度的變化規律，可選擇出合適的狹縫寬度。狹縫寬度在某一范圍內，吸光度恒定，狹縫寬度增大至一定程度時吸光度減小。

③ 參比溶液的選擇　基于吸光度具有加合性這一性質，可選擇適當的參比溶液消除干擾。測量試樣溶液的吸光度時，先要用參比溶液調節透射比為100%，以消除由于吸收池壁及溶劑、試劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差，并可扣除干擾的影響。參比溶液的選擇方法如下。

a.溶劑參比　當試樣溶液的組成較為簡單，共存的其他組分很少且對測定波長的光幾乎沒有吸收時，可采用純溶劑作為參比溶液，稱為“溶劑空白”。這樣可消除溶劑、吸收池等因素的影響。

b.試劑參比　如果顯色劑或其他試劑在測定波長有吸收，可用不加樣品的顯色劑、試劑的溶液作參比溶液，稱為“試劑空白”。這種參比溶液可消除試劑中的組分產生吸收的影響。

c.試樣參比　如果試樣基體在測定波長有吸收，而與顯色劑不起顯色反應時，可采用不加顯色劑的樣品溶液作參比溶液，稱為“樣品空白”。這種參比溶液適用于試樣中有較多的共存組分，加入的顯色劑量不大，且顯色劑在測定波長無吸收的情況。

d.平行操作溶液參比　用不含被測組分的試樣，在相同條件下與被測試樣同樣進行處理，由此得到平行操作參比溶液。

此外，有時可改變加入試劑的順序，使待測組分不發生顯色反應，可以用此溶液作為參比溶液。總之，選擇參比溶液總的原則是：使試液的吸光度真正反映待測組分的濃度。

1.3.3.5　控制合適的吸光度范圍

在吸光光度法分析中，除了前面已講述的偏離Lambert-Beer定律所引起的誤差外，儀器測量不準確也是誤差的主要來源。這種誤差可能來源于光源不穩定、實驗條件的偶然變動、讀數不準確及儀器噪聲等。其中透射比與吸光度的讀數誤差是衡量測定結果的主要因素，也是衡量儀器精度的主要指標之一。當試樣濃度較大成較小時，這些因素對于測定結果的影響較大。因而要選擇適宜的吸光度范圍以使測量結果的誤差盡量減小。

為了提高光度法分析結果的準確度，減小測定結果的濃度誤差，入射比（或吸光度）的適宜范圍推證如下：若在測量吸光度A時產生了一個微小的絕對誤差dA，則測量A的相對誤差ΔEr為

ΔEr=×100%

根據Lambert-Beer定律A=εbc，當b值一定時，

dA=εbdc

為測量濃度c的微小的絕對誤差。兩式相除得

=

由此可見，吸光度測量的相對誤差與濃度測量的相對誤差相當

又因為　　　　　　　　A=-lgT=-0.4343lnT

微分得　　　　　　　　dA=-0.4343

=

所以　　　　　Er=×100%=×100%=×100%

由于T的測量絕對誤差對同一臺儀器而言是固定不變的，即dT=ΔT，故

Er=×100%=×100%=×100%　　（1-18）

由式（1-18）可知，濃度的相對誤差不僅與透射比的絕對誤差ΔT的大小有關，還與透射比本身的大小有關。不同T值時計算的濃度相對誤差數據作圖，可得圖1-30。由圖可看出透射比很大或很小時相對誤差都較大，為使測量的相對誤差較小，吸光度讀數應盡量落在標尺的中間而不要落在標尺的兩端。

在實際測定時，只有使待測溶液的透射比T在15%～65%之間，或使吸光度A在0.2～0.8之間，才能保證濃度測量的相對誤差較小（|Er|<4%）。當透射比T=36.8%或A=0.434時，濃度測量的相對誤差最小。

所以，為使測量結果的準確度較高，一般應控制標準溶液和被測試液的吸光度使吸光度A在0.2～0.8之間。為此，可通過控制溶液的濃度或選擇不同厚度的吸收池來達到目的。

1.3.3.6　干擾及其消除方法

試樣中存在干擾物質會影響被測組分的測定。在光度分析中，體系內存在的干擾物質的影響有以下幾種情況：干擾物質本身有顏色或與顯色劑反應后的生成物在測量條件下也有吸收，造成正干擾；干擾物質與被測組分反應或與顯色劑反應形成更穩定的配合物，使顯色反應不完全，也會造成干擾；干擾物質在測量條件下從溶液中析出，使溶液變混濁，導致無法準確測定溶液的吸光度。

為消除以上原因引起的干擾，可采取以下幾種方法。

（1）控制溶液酸度　例如，用二苯硫腙法測定Hg2+時，Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Sn2+、Zn2+、Pb2+、Bi3+等均可能發生反應，但如果在稀酸（0.5mol·L-1 H2SO4）介質中進行測定，則上述離子不與二苯硫腙作用，從而消除其干擾。

（2）加入掩蔽劑　選取的條件是掩蔽劑不與待測離子作用，掩蔽劑及其與干擾物質形成的配合物的顏色應不干擾待測離子的測定。如用二苯硫腙法測定Hg2+時，即使在稀酸（0.5mol·L-1 H2SO4）介質中進行測定，也不能消除Ag+和大量Bi3+的干擾。這時，加KSCN掩蔽Ag+，EDTA掩蔽Bi3+可消除其干擾。

（3）利用氧化還原反應改變干擾離子的價態　如用鉻天青S比色測定Al3+時，Fe3+有干擾，加入抗壞血酸將Fe3+還原為Fe2+后，干擾即消除。

（4）改變顯色劑的用量　如當溶液中存在有消耗顯色劑的干擾離子時，可以通過增加顯色劑的用量來消除干擾。

（5）利用校正系數　例如，用SCN-測定鎢時，可利用校正系數扣除釩（Ⅴ）的干擾，因為釩（Ⅴ）與SCN-生成藍色（NH4）2[VO（SCN）4]配合物而干擾測定。實驗表明，質量分數為1%的釩相當于0.20%鎢（隨實驗條件不同略有變化）。這樣，在測得試樣中釩的量后，就可以從鎢的結果中扣除釩的影響。

（6）利用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾　例如，用鉻天青S比色法測定試樣中的鋁，Ni2+、Co2+等干擾測定。為此可取一定量試液，加入少量NH4F，使Al3+形成Al配離子而不再顯色，然后加入顯色劑及其他試劑，以此作參比溶液，來消除Ni2+、Co2+對測定的干擾。

（7）選擇適當的波長　例如，Mn的最大吸收波長為525nm，測定Mn時，若溶液中有Cr2存在，由于它在525nm處也有一定的吸收，故影響Mn的測定。為此，可選用545nm或575nm波長進行Mn的光度測定。這時，雖測定靈敏度較低，但卻在很大程度上消除了Cr2的干擾。

（8）分離　若上述方法均不能奏效時，只能采用適當的預先分離的方法，如應用沉淀、萃取、離子交換、蒸發、蒸餾以及色譜分離法等。

此外，還可利用化學計量學的方法實現多組分同時測定，以及利用導數光譜法、雙波長法等新技術來消除干擾。

1.3.4　紫外-可見分光光度計

1.3.4.1　儀器主要組成

紫外-可見分光光度計的基本結構都是由五部分組成，即光源、吸收池（樣品室）、檢測器相信號讀出裝置，如圖1-31所示。

（1）光源　光源的作用是提供分析所需的復合光。一般采用鎢燈（350～800nm，適用于可見光區）和氘燈（190～400nm，適用于紫外光區），根據不同波長的要求選擇使用。光源要有一定的強度且穩定。

（2）單色器　單色器的作用是將光源發出的復合光分解為按波長順序排列的單色光。它的性能直接影響入射光的單色性，從而影響測定的靈敏度、選擇性和校正曲線的線性關系等。單色器由入射狹縫、反射鏡、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成，其關鍵部分是色散元件，起分光作用。色散元件有兩種基本形式：棱鏡和光柵。

① 棱鏡　由玻璃或石英制成。玻璃棱鏡用于350～3200nm波長范圍。它吸收紫外光而不能用于紫外分光光度分析。石英棱鏡用于185～400nm波長范圍，它可用于紫外-可見分光光度計中作分光元件。復合光通過棱鏡時，由于棱鏡材料的折射率不同而產生折射，折射率與入射光的波長有關。當復合光通過棱鏡的兩個界面發生兩次折射后，根據折射定律，波長小的偏向角大，波長大的偏向角小（圖1-32），就能將復合光色散成不同波長的單色光。

② 光柵　光柵有多種，光譜儀中多采用平面閃耀光柵，即在高度刨光的表面（如鋁）上刻劃許多根平行線槽而成。一般為600條·mm-1，1200條·mm-1，有的可達2400條·mm-1，甚至更多。當復合光照射到光柵上時，光柵的每條刻線都產生衍射作用，而每條到線所衍射的光又會互相干涉而產生干涉條紋，光產生干涉條紋。光波正是利用不同波長的入射光產生干涉條紋的衍射角不同，波長長的衍射角大，波長短的衍射角小，從而使復合光一般成按波長順序排列的單色光。圖1-33是光柵衍射原理示意圖。

（3）吸收池　吸收池，也稱樣品室、比色皿等，用于盛放試液，由玻璃或石英制成。玻璃吸收池只能用于可見光區，而石英池既可用于可見光區，亦可用于紫外光區。一般分光光度計都配有不同厚度的吸收池，有0.5cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm、5.0cm等規格供選擇使用。

（4）檢測器　檢測器是一種光電轉換元件，其作用是將透過吸收池的光信號強度轉變成可測量的電信號強度，便于進行測量。在過去的光電比色計和低檔的分光光度計中常用硒光電池。目前，紫外-可見分光光度計中多用光電管和光電倍增管。

① 光電管　光電管是一個真空或充有少量惰性氣體的二極管。陽極為一金屬絲，陰極為半圓形的金屬片，內表面涂有光敏物質。根據光敏材料的不同，光電管分為紫敏和紅敏兩種。前者是鎳陰極涂有銻和銫，適用波長范圍為200～625nm；后者陰極表面涂銀和氧化銫，適用波長范圍為625～1000nm。與光電池比較，它具有靈敏度高、光敏范圍廣、不易疲勞等優點。

② 光電倍增管　光電倍增管是利用二次電子發射放大光電流的一種真空光敏器件。它由一個光電發射陰極、一個陽極以及若干級倍增極所組成。

當陰極K受到光撞擊時，發出光電子，K釋放的一次光電子再撞擊倍增極，就可產生增加了若干倍的二次光電子，這些電子再與下一級倍增極撞擊，電子數依次倍增，經過9～16極倍增，最后一次倍增極上產生的光電子可以比最初陰極放出的光電子多約106倍，最高可達109倍。最后倍增了的光電子射向陽極A形成電流。陽極電流與入射光強度及光電倍增管的增加成正比，改變光電倍增管的工作電壓，可改變其增益。光電流通過光電倍增管的負載電阻R，即可變成電壓信號，送入放大器進一步放大。

（5）信號讀出裝置　早期的分光光度計多采用檢流計、微安表作為顯示裝置，直接讀出吸光度或透射比。近代的分光光度計則多采用數字電壓表等顯示，或者用X-Y記錄儀直接繪出吸收（或透射）曲線，并配有計算機數據處理平臺。

1.3.4.2　紫外-可見分光光度計的類型

紫外-可見分光光度計分為單波長和雙波長分光光度計兩類。光度計又分為單光束和雙光束分光光度計。

（1）單波長單光束分光光度計　單波長單光束分光光度計的基本結構如圖1-31所示。

光源發出的混合光經單色器分光，其獲得的單色光通過參比（或空白）吸收池后，照射在檢測器上轉換為電信號，并調節由讀出裝置顯示的吸光度為零或透射比為100%，然后將裝有被測試液的吸收池置于光路中，最后由讀出裝置顯示試液的吸光度值。這種分光光度計結構簡單，價格低廉，操作方便，維修容易，適用于在給定波長處測量吸光度或透射比，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩定性。國產722型、751型、724型、英國SP500型以及Backman DU-8型等均屬于此類光度計。

由鎢鹵燈光源發出的混合光經濾光片后，再經聚光鏡至入射狹縫聚焦成像，然后通過平面反射鏡反射至準直鏡，使之成為平行光后，被光柵色散，再經準直鏡聚焦于出射狹縫。調節波長調節器可獲得所需要的單色光，此單色光通過聚光鏡和吸收池后，照射在光電管上，所產生的電流經放大后，由數字顯示器可直接讀出吸光度A或透射比T或濃度c。

（2）單波長雙光束分光光度計　其工作原理見圖1-34。經單色器分光后經反射鏡分解為強度相等的兩束光，一束通過參比池，另一束通過樣品池。光度計能自動比較兩束光的強度，此比值即為試樣的透射比，經對數變換將它轉換成吸光度并作為波長的函數記錄下來。雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線，進行快速全波段掃描。由于兩束光同時分別通過穩定、檢測器靈敏度變化等所引起的誤差，特別適合于結構分析。不過儀器較為復雜，價格也較高。

（3）雙波長分光光度計　其基本光路如圖1-35所示。由同一光源發出的光被分成兩束，分別經過兩個單色器，得到兩束不同波長（λ1和λ2）的單色光，利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池，然后經過光電倍增管和電子控制系統，最后由顯示器顯示出兩個波長處的吸光度差值，ΔA（ΔA=-）。

設波長為λ1和λ2的兩束單色光的強度相等，則有：

=bc；=bc

所以　　　　　　　　　ΔA=-=bc-bc　　（1-19）

可見，ΔA與吸光物質的濃度成正比。這是用雙波長分光光度法進行定量分析的理論依據。由于只用一個吸收池，而且以試液本身對某一波長的光的吸光度為參比，因此消除了因試液與參比液及兩個吸收池之間的差異所引起的測量誤差，從而提高了測量的準確度。

通過光學系統轉換，可使雙波長分光光度很方便地轉化為單波長工作方式。如果能在λ1和λ2處分別記錄吸光度隨時間變化的曲線，還能進行化學反應動力學研究。而且，測量時使用同一吸收池，不用空白溶液作參比，可消除參比池的不同和制備空白溶液等產生的誤差。此外，使用同一光源來獲得兩束單色光，減小了由光源電壓變化而產生的誤差。所以對于多組分混合物、渾濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。

1.3.4.3　紫外-可見分光光度法的應用

紫外-可見分光光度法不僅可以用來對物質進行定性分析及結構分析，而且可以進行定量分析及測定某些化合物的物理化學數據等，例如相對分子質量、配合物的配位比及穩定常數和解離常數等。

在有機化合物的定性鑒定和結構分析中，由于紫外-可見光區的吸收光譜比較簡單，特征性不強，并且大多數簡單官能團在近紫外光區只有微弱吸收或者無吸收，因此，該法的應用也有一定的局限性。但它可用于鑒定共軛生色團，以此推斷未知物的結構骨架。在配合紅外光譜、核磁共振譜等進行定性鑒定及結構分析中，它仍不失為一種十分有用的輔助方法。

利用紫外-可見分光光度法確定未知不飽和化合物結構的結構骨架時，一般有兩種定性方法。

① 比較法（比較吸收曲線）　所謂比較法是在相同的測定條件下，比較未知物與已知標準物的吸收曲線，如果它們的吸收曲線完全相同，則可以認為待測試樣與已知化合物有相同的生色團。吸收曲線的形狀、吸收峰的數目以及最大吸收波長的位置和相應的摩爾吸光系數，是進行定性鑒定的依據。其中，最大吸收波長λmax及相應的εmax是定性鑒定的主要參數。在進行比較時，也可以借助于前人匯編的以實驗結果為基礎的各種有機化合物的紫外-可見光譜標準譜圖或有關電子光譜數據表。

② 用經驗規則計算最大吸收波長，然后與實測值比較　當采用物理和化學方法判斷某化合物的幾種可能結構時，可用經驗規則計算最大吸收波長λmax并與實測值進行比較，然后確認物質的結構。Woodward和Fieser總結了許多資料，對共軛分子的最大吸收波長提出了一些經驗規律，據此可對一些共軛分子的最大吸收波長值進行計算，這對分子結構的推斷是有參考價值的。

（1）結構分析　采用紫外光譜法，還可以確定一些化合物的構型和構象。一般來說，順式異構體的最大吸收波長λmax和摩爾吸光系數的都比反式異構體小，因此有可能用紫外光譜法進行區別。例如，在順式肉桂酸和反式肉桂酸中，順式的空間位阻大，苯環與側鏈雙鍵共平面性差，不易產生共軛；反式則空間位阻小，雙鍵與苯環在同一平面上，容易產生共振。因而，反式的最大吸收波長λmax（295nm）和摩爾吸光系數εmax（27000L·cm-1·mol-1）要大于順式的最大吸收波長λmax （280nm）和摩爾吸光系數εmax （13500L·cm-1·mol-1）。利用紫外光譜法，還可以測定某些化合物的互變異構現象。一般來說，共軛體系的λmax和εmax要大于非共軛體系。例如，乙酰乙酸乙酯有酮式和烯醇式間的互變異構。在極性溶劑中該化合物以酮式存在，吸收峰弱；在非極性溶劑（如正己烷）中該化合物以烯醇式為主，吸收峰較強。表1-8列出了一些有機化合物的互變異構體的λmax（εmax）。

（2）定量分析　紫外-可見分光光度法是進行定量分析的最有用的工具之一。它不僅可以對那些本身在紫外-可見光區有吸收的無機和有機化合物進行定量分析，而且可利用許多試劑可與非吸收物質反應產生在紫外和可見光區有強烈吸收的產物，即“顯色反應”，進而對非吸收物質進行定量測定。該法靈敏度可達10-6～10-7mol·L-1，準確度也較高，相對誤差為1%～3%。如果操作得當，誤差往往可以更低；而且操作容易、簡單。

紫外-可見分光光度法定量分析的依據是Lambert-Beer定律，即物質在一定波長處的吸光度與它的濃度呈線性關系。因此，通過測定溶液對一定波長入射光的吸光度，就可求出溶液中物質濃度和含量。由于最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數εmax最大，所以通常都是測量λmax的吸光度，以獲得最大靈敏度。同時，吸收曲線在最大吸收波長處常常是平坦的，使所得數據能更好地符合Beer定律。

① 單組分定量分析

a.校正曲線法　這是實際工作中用得最多的一種方法。具體做法是：配制一系列不同濃度的標準溶液，以不含被測組分的空白溶液為參比。在相同條件下測定標準溶液的吸光度，繪制吸光度對濃度曲線，這種曲線就是校正曲線（calibration curve），又稱標準曲線（standard curve）。在相同條件下測定未知試樣的吸光度，從校正曲線上就可以找到與之對應的未知試樣的濃度。當測試樣品較多時，利用校正曲線法比較方便，而且誤差較小。

b.比較法　比較法是先配制與被測試液濃度相近的標準溶液，使標準溶液（cs）和被測試液（cx）在相同條件下顯色后，測其相應的吸光度As和Ax，

根據Lambert-Beer定律有：

As=εbscs；Ax=εbxcx

兩式相比再整理得

cx=cs

這種方法比較簡便，但應當注意，只有當cx與cs相近時，利用該式計算的結果才可靠，否則將有較大誤差。

② 多組分定量分析　根據吸光度具有加合性的特點，在同一試樣中可以測定兩個以上的組分。假設試樣中含有x和y兩種組分，在一定條件下將它們轉化為有色化合物，分別繪制其吸收光譜，會出現如圖1-36所示的三種情況。

a.圖1-36（a）的情況是光譜不重疊，或至少可能找到某一波長處x有吸收而y不吸收，在另一波長處，y吸收而x不吸收。則可分別在波長λ1和λ2時，測定組分x和y而相互不產生干擾，即測定方法與單組分相似。

b.圖1-36（b）的情況是光譜部分重疊，組分x對組分y的光度測定有干擾，但組分y對組分x無干擾，這時可以先在λ1處測量溶液的吸光度A1，并求得x組分的濃度。然后再在λ2處測量溶液的吸光度A2，根據吸光度的加合性原則，可列出下式：

A2=εx，2bcx+εy，2bcy　　（1-20）

式中，εx，2、εy，2分別為x和y在波長λ2時的摩爾吸光系數，可用純組分x和y的標準溶液在λ2波長處測得，由式（1-17）即可求得組分y的濃度cy。

c.圖1-36（c）的情況是吸收光譜相互重疊，表明兩組分彼此相互干擾。可找出兩個波長，在該波長下，兩組分的吸光度差值ΔA較大。在波長為λ1和λ2分別測定吸光度A1和A2，由吸光度的加合性得聯立方程：

　　（1-21）

式中，εx，1、εy，1分別為x和y在波長λ1時的摩爾吸光系數；εx，2、εy，2分別為x和y在波長λ2時的摩爾吸光系數，它們可用x和y的標準溶液在兩波長處分別測得，解聯立方程可求出cx和cy值。

原則上對任何數目的組分都可以用此方法建立方程求解，在實際應用中通常僅限于兩個或三個組分的體系。如能利用計算機解多元聯立方程，則不會受到這種限制。但隨著測量組分的增多，實驗結果的誤差也將增大。當然對于多組分分析，還有導數分光光度法等多種分析方法。

③ 雙波長分光光度法　對于吸收光譜有重疊的單組分（顯色劑與有色配合物的吸收光譜重疊）或多組分（兩種性質相近的組分所形成的有色配合物吸收光譜重疊）試樣、混濁試樣以及背景吸收較大的試樣，由于存在很強的散射和特征吸收，難以找到一個合適的參比溶液來抵消這種影響。利用雙波長分光光度法，使兩束不同波長的單色光以一定的時間間隔交替地照射同一吸收池，測量并記錄兩者吸光度的差值（原理如圖1-36所示）。這樣就可以從分析波長的信號中扣除來自參比波長的信號，消除上述各種干擾求得被測組分的含量。該法不僅簡化了分析手續，還能提高分析方法的靈敏度、選擇性及測量的精密度。因此，被廣泛用于環境試樣及生物試樣的分析。

a.單組分的測定　用雙波長分光光度法進行定量分析，是以試液本身對第一波長的光的吸光度作為參比，這不僅避免了因試液與參比溶液或兩吸收池之間的差異所引起的誤差，而且還可以提高測定的靈敏度和選擇性。在進行單組分的測定時，以配合物吸收峰作測量波長，參比波長可選擇：等吸收點；有色配合物吸收曲線下端的第一波長，顯色劑的吸收峰。

b.兩組分共存時的分別測定　當兩種組分（或它們與試劑生成的有色物質）的吸收光譜有重疊時，要測定其中一個組分就必須設法消除另一組分的光吸收。對于相互干擾的雙組分體系，它們的吸收光譜重疊，選擇參比波長和測定波長的條件是：待測組分在兩波長處的吸光度之差ΔA要足夠大，干擾組分在兩波長處的吸光度應相等，即以等吸收點為參比波長和測定波長。這樣用雙波長法測得的吸光度差值與待測組分的濃度呈線性關系，而與干擾組分無關，從而消除了干擾。如圖1-37所示，M和N組分共存時，其吸收光譜相互重疊。要測定M組分，λ1、λ2、λ3為N組分的等吸收點，λ1和λ2處組分M具有較大的ΔA，因而可選λ2作為測量波長，λ1作為參比波長。

對于　　　　　λ1，A1=εM，1bcM+εN，1bcN

對于　　　　　λ2，A2=εM，2bcM+εN，2bcN

因為　　　　　 εN，1=εN，2（等吸收點）

由雙波長光度計測得

ΔA=A2-A1=（εM，2-εM，1）bcM　　（1-22）

可見ΔA與cM成正比，而與cN無關，從而消除了組分N的干擾。同理，可另選兩波長測定N組分而M組分不干擾。

c.渾濁試液中組分的測定　渾濁試液中組分的測定在一般分光光度法必須使用相同濁度的參比溶液.但在實際中很難找到合適的參比溶液。雙波長光度法中，參比溶液不是另外的參比溶液，而是試液本身，它只需要用一個比色皿盛裝試液，用兩束不同波長的光照射試液時，兩束光都受到同樣的懸浮粒子的散射，當λ1和λ2相距不大時，由同一試樣產生的散射可認為大致相等，不影響吸光度差ΔA的值。一般選擇待測組分的最大吸收波長λmax為測量波長λ1，選擇與λ1相近而兩波長相差在40～60nm范圍內且又有較大的ΔA值的波長（λ2）為參比波長。

1.3.5　紫外吸收光譜在高分子材料研究中的應用

紫外光譜法是一種廣泛應用的定量分析方法，也是對物質進行定性分析和結構分析的一種手段。在高分子材料研究中，紫外光譜法常用來鑒別聚合物中的某些官能團和添加劑，還可以檢測聚合反應前后的變化，從而探討聚合反應機理等。在解析紫外吸收譜圖時，可以從下面幾個方面加以判別。

① 從譜帶的分類、電子躍遷的方式來判別。注意吸收帶的波長范圍（真空紫外、近紫外、可見區域）、吸收系數以及是否有精細結構等。

② 從溶劑極性大小引起譜帶移動的方向判別。

③ 從溶液酸堿性的變化引起譜帶移動的方向判別。

1.3.5.1　定性分析

由于高分子材料的紫外吸收峰通常只有2～3個，且峰形平緩，因此它的選擇性遠不如紅外光譜。而且紫外光譜主要決定于分子中生色團和助色團的特性，而不是決定整個分子的特性，所以紫外吸收光譜用于定性分析不如紅外光譜重要和準確。

同時，因為只有具有重鍵和芳香共軛體系的高分子材料才有近紫外活性，所以紫外光譜能測定的高分子材料種類受到很大局限。已報道的某些高分子材料的紫外特性數據列于表1-9。

圖1-38是聚（苯基-二甲基）硅烷在環己烷溶劑中的紫外吸收光譜圖，這是高分子紫外光譜的典型例子。在作定性分析時，如果沒有相應高分子材料的標準譜圖可供對照，也可以根據以下有機化合物中發色團的出峰規律來分析，例如，一個化合物在220～800nm無明顯吸收，它可能是脂肪族碳氫化合物、胺、腈、醇、醚、羧酸的二聚體、氯代烴和氟代烴，不含直鏈或環狀的共軛體系，沒有醛基、酮基、Br或I；如果在210～250nm具有強吸收帶[ε≈10000L·（mol·cm）-1]，可能是含有2個不飽和單位的共軛體系；如果類似的強吸收帶分別落在260nm，300nm或330nm左右，則可能相應地具有3，4或5個不飽和單位的共軛體系；如果在260～300nm間存在中等吸收峰[ε≈200～1000L·（mol·cm）-1]并有精細結構，則表示有苯環存在；在250～300nm有弱吸收峰[ε≈20～100L·（mol·cm）-1]，表示有羰基的存在；若化合物有顏色，則分子中所含共軛的生色團和助色團的總數將大于5。某些生色團的紫外吸收特征列于表1-10。

盡管只有有限的特征官能團能生色，紫外譜圖過于簡單而不利于定性，但利用紫外譜圖，容易將具有特征官能團的高分子材料與不具有特征官能團的高分子材料區別開來。比如聚二甲基硅氧烷（硅樹脂或硅橡膠）就易于與含有苯基的硅樹脂或硅橡膠區分：首先用堿溶液破壞這類含硅高分子材料，配成適當濃度的溶液進行測定，含有苯基的在紫外區有B吸收帶，不含苯基的則沒有吸收。

1.3.5.2　定量分析

紫外光譜法的吸收強度比紅外光譜法大得多，紅外的ε值很少超過103L·（mol·cm）-1，而紫外的ε值最高可達104～105L·（mol·cm）-1；紫外光譜法的靈敏度高（10-5～10-4mol·L-1），測量準確度高于紅外光譜法；紫外光譜法的儀器也比較簡單，操作方便。所以紫外光譜法在定量分析上有優勢。

紫外光譜法很適合研究共聚物的組成、聚合物濃度、微量物質（單體個的雜質、聚合物中的殘留單體或少量添加劑等）和聚合反應動力學。下面以丁苯橡膠中共聚物的組成分析為例具體講解分析過程，經實驗，選定氯仿為溶劑，260nm為測定波長（含苯乙烯25%的丁苯共聚物在氯仿中的最大吸收波長是260nm，隨苯乙烯含量增加會向高波長偏移）。在氯仿溶液中，當λ=260nm時，丁二烯吸收很弱，吸光系數是苯乙烯的1/50，可以忽略。但丁苯橡膠中的芳胺類防老劑的影響必須扣除。為此選定260nm和275nm兩個波長進行測定，得到Δε=ε260～ε275，這樣就消除了防老化劑特征吸收的干擾。將聚苯乙烯和聚丁二烯兩種均聚物以不同比例混合，以氯仿為溶劑測得一系列已知苯乙烯含量所對應的Δε值。作出工作曲線（見圖1-39）。只要測得未知物的Δε值就可從曲線上查出苯乙烯含量。

1.3.5.3　結構分析

有規立構的芳香族高分子有時會產生減色效應。所謂減色是指紫外吸收強度降低，是由于鄰近發色基團間色散相互作用的屏蔽效應。紫外光照射在發色基團而誘導了偶極，這處偶極作為很弱的振動電磁場而為鄰近發色團所感覺到，它們間的相互作用導致紫外吸收譜帶覆蓋，減少發色團間距離或使發色基團的偶極矩平行排列，而使紫外吸收減弱。這種情況常發生在有規立構等比較有序的結構中。

例如，芳香族偶氮化合物最顯著的性質是它的順反異構化。在對應反式構型吸收波長的光照下，偶氮基團會從反式轉變為順式；同樣，順式構型也可以轉變為反式構型。當聚合物中引入偶氮基團后，偶氮基團的順反異構化可以使聚合物的性質如黏度、溶解性、力學性能等發生變化。圖1-40為一種含偶氮基團的雙酚A聚芳酯，它具有與其他主鏈型偶氮聚合物相類似的光致異構的特性。這可以從圖1-41的紫外光譜圖中看出。這是由于光照前后聚合物的構型會發生可逆變化，從熱力學穩定的E式構型逐步向能量較高的Z式轉變，黑暗中則會慢慢恢復到E式構型。

在共聚物分析中也應注意到有類似的效應，比如嵌段共聚物與無規共聚物相比就會因為較為有序而減色。

結晶可能使紫外光譜發生的變化是譜帶的位移和分裂。

總的來說，紫外光譜在高分子材料領域的應用主要是定量分析，而定性和結構分析還用得不很多。