如何分析“紫外可见吸收光谱图”？

说明：相信不少小伙伴在拿到紫外可见光吸收光谱图时会一头雾水，光谱的坐标是什么意思？吸收峰对应着哪种物质？光谱的左右移动代表什么意思？别急，本文华算科技就紫外可见光吸收光谱图的基本信息进行详细解读，帮助你第一时间了解紫外可见光吸收光谱图。

什么是紫外可见吸收光谱？

紫外-可见吸收光谱（UV-Vis Spectroscopy）是一种基于物质对紫外光（190-400nm）和可见光（400-760nm）区域电磁辐射吸收特性的分析技术。

其工作原理基于比尔-朗伯定律（Beer-Lambert Law），用于研究物质的电子跃迁和分子结构。

在紫外可见吸收光谱中，相关的价电子有三种：形成单键的σ电子、形成双键的π电子和分子中未成键的孤对电子（n电子），也称为p电子。

当有机化合物吸收了紫外光或可见光，分子中的价电子就会跃迁到激发态，其跃迁方式主要有四种类型，即σ→σ*、n→σ*，π→π*，n→π*。各种跃迁所需能量大小为:σ→σ*>σ→π*>π→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*。

其中π→π*，n→π*两种跃迁能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，也就是说紫外光谱只适合用于分析分子中具有不饱和结构的化合物。

紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm，其中100-200nm为远紫外区，200–400nm为近紫外区，一般的紫外光是指近紫外区。

紫外可见吸收光谱图

紫外-可见吸收光谱基于物质对特定波长光的吸收特性。当光通过一个含有吸收物质的溶液或样品时，部分光被吸收，部分光透过。吸收光谱反映了样品在紫外和可见光区域的吸收特性，通常以吸光度（Absorbance）或透光率（Transmittance）对波长（Wavelength）作图。

DOI：10.1007/s11468-025-03141-x

横坐标：表示吸收光的波长，单位nm；纵坐标：表示吸收光的吸收强度，可以用A(吸光度)、T(透射比或透光率或透过率)、1-T(吸收率)、κ(吸收系数)中的任何一个来表示；吸收曲线：表示化合物的紫外吸收情况，曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。

几种常见化合的物紫外光谱

化合物的紫外吸收主要源于分子中价电子（σ电子、π电子、n电子）的跃迁，不同类型的化合物因结构差异，紫外吸收特征（如吸收波长、强度）各不相同。以下是常见化合物的紫外吸收分类及典型示例：

1、饱和烃及其衍生物

饱和烃分子中只有σ键，因此只能产生σ→σ* 跃迁，而σ→σ* 跃迁需要较高能量所以此类化合物的吸收峰通常位于远紫外区（λ

若饱和烃的衍生物中存在n电子（如醇、醚、胺、卤代烃），就有可能发生n→σ*跃迁，吸收峰略向长波方向移动，但仍多在200nm附近（如甲醇λmax=183nm，三氯甲烷λmax=173nm），在实际应用中常作为紫外光谱的溶剂。

2、不饱和烃（含双键/三键）

非共轭烯烃会产生π→π*跃迁，吸收峰位于近紫外区边缘（200nm左右），例如乙烯（λmax=165 nm）、丙烯（λmax=177 nm）；在共轭体系（如C=C-C=C）中，π电子离域会使得π→π*跃迁能量降低，吸收峰显著红移至紫外可见区（200-400nm）且吸收强度大，通常被称为K带。

3、芳香族化合物

芳香环为共轭大π键体系，紫外吸收特征显著，主要有三个吸收带：

E₁带：苯环π→π*跃迁，λmax≈180 nm（强吸收，ε~10⁵）；E₂ 带：与E₁带类似，λmax≈204 nm（较强吸收，ε~7000）；B带（苯型谱带）：源于π→π*跃迁与苯环振动能级叠加，呈现精细结构（多个小峰），λmax≈254 nm（中强吸收，ε~200），是芳香族化合物的特征吸收。

4、羰基化合物（醛、酮、羧酸、酯）

羰基（C=O）存在π→π和n→π两种跃迁：

n→π*跃迁：吸收峰位于270-300 nm，强度弱（ε=10-100），称为R带，是羰基的特征吸收；π→π* 跃迁：吸收峰在180-200 nm，强度大，但常被其他吸收掩盖。比如：乙醛（λmax=290 nm，ε=17）、丙酮（λmax=279 nm，ε=15）。

紫外可见吸收光谱图的红移/蓝移

DOI：10.1002/chem.202404000

在紫外可见吸收光谱中，红移和蓝移是描述物质特征吸收峰波长变化的重要现象，直接反映分子结构或所处环境的改变。其中，红移是指吸收峰向长波长方向（红光方向）移动（如从250nm移至270nm）；而蓝移是指吸收峰向短波长方向（蓝光方向） 移动（如从270 nm移至250nm）。

出现红移/蓝移的具体原因：

1）分子共轭体系的改变：共轭双键数量增加（如烯烃从单烯→双烯→多烯）或芳香环取代基延伸共轭链（如苯→萘→蒽），会使π电子离域范围扩大，跃迁所需能量（E=hν=hc/λ）降低，吸收峰向长波长移动。

当共轭链断裂（如聚合物降解）、环张力增加（如小环芳香化合物）或取代基破坏共轭（如引入强吸电子基团中断π离域），会缩小π电子离域范围，跃迁能升高，吸收峰蓝移。

2）电子基团的引入：给电子基团（如-OH、-NH₂、-OCH₃）与芳香环或共轭体系相连时，通过共轭效应增加电子云密度，降低π→π* 跃迁能，导致吸收峰红移；强吸电子基团（如-NO₂、-COOH、-CN）与芳香环相连时，降低环上电子云密度，使π→π*跃迁能升高，吸收峰蓝移。

3）溶剂效应：极性溶剂可以通过与溶质分子形成氢键或偶极-偶极相互作用，稳定激发态分子，从而降低激发能，导致红移；非极性溶剂对溶质分子的稳定作用较弱，可能使激发能增加，导致蓝移。

4）外界环境改变：温度升高通常会导致红移，因为热运动会使分子的电子云分布更加离域，降低激发能；压力增加通常会导致蓝移，因为压力会使分子的电子云分布更加集中，增加激发能。

红移和蓝移的核心是分子电子跃迁能量的变化：红移对应跃迁能降低（吸收波长变长），蓝移对应跃迁能升高（吸收波长变短）。

紫外吸收光谱的上移/下移

DOI：10.3390/bios15030187

在紫外吸收光谱中，“上移”和“下移”通常指吸收峰强度（吸光度）的增大或减小，反映了样品对特定波长光的吸收能力变化，其本质与分子浓度、聚集状态、相互作用等因素相关，具体原因如下：

1）分子共轭体系的改变：分子共轭程度增加（如延长π共轭链），电子跃迁概率提高，吸收增强，吸光度增加；分子结构变化（如双键断裂、环张力增加），电子跃迁概率降低，吸光度减小。

2）分子间的相互作用：分子间形成聚合物或缔合物，改变电子云分布，降低激发能，导致上移；分子内结构的刚性化限制电子的运动，增加激发能，导致下移。

3）外界环境改变：温度升高通常会导致上移，因为温度升高使分子的电子云分布更加离域，降低激发能；而压力增加通常会导致下移，因为压力使分子的电子云分布更加集中，增加激发能。

与红移/蓝移反映吸收波长变化不同，上移/下移聚焦于吸收强度变化，其核心是样品对光的吸收能力的增强或减弱。

经典案例

 

该研究通过水热法合成ZnO低维棒（LDR），再通过滴涂法将不同浓度（5 wt%、10 wt%、15 wt%）的ZnO LDR 与 PEDOT:PSS混合制备复合膜，沉积于p型硅基底上形成传感器。

DOI：10.1007/s00339-024-07849-1

上图为ZnO/PEDOT:PSS复合材料的紫外-可见吸收光谱，由图可知在200nm 和215nm处出现两个吸收峰，对应于PEDOT:PSS中PSS基团的芳香环结构，源于π→π*跃迁。在367 nm处有一个显著吸收峰，对应ZnO的禁带宽度（3.38 eV），是ZnO对紫外光的特征吸收。

随着ZnO LDR浓度在PEDOT:PSS中增加（5 wt%、10 wt%、15 wt%），PSS和PEDOT的吸收峰发生轻微蓝移（向短波长方向移动）。这是由于ZnO LDR与聚合物链相互作用，改变了共轭聚合物的电子环境，使电子态更局域化，导致跃迁能量升高。

总结

 

 

影响UV图谱的因素本质上都是影响了价电子的跃迁。我们在拿到一个UV图谱的时候可以首先了解同类型或者类似结构的分子的UV图谱的大概“长相”。然后分析光谱的峰的左右移动（红移/蓝移），峰的上下移动（上移/下移），从而得到分子自身结构和分子与分子间相互作用的信息。当然，UV-Vis不只是看吸收峰，溶剂、浓度、仪器精度都会让图谱有差异，需要结合实际情况进一步分析。

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