紫外分光光度法测定矿泉水硝酸盐含量
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用一束光轮流通过参比 溶液和试样溶液，首先将
参比溶液置于光路中，调
节仪器使吸光度值为0，然 后将试样溶液置于光路中
，测定试样溶液的吸光度
值。
（2）双光束
自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检 测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪 器复杂，价格较高。
2.3.3紫外吸收光谱法的应用 2.3.3.1未知样品的定性分析 方法：在相同的测定条件下，制作试样的吸收曲线并与 标准物质的紫外光谱图比较 。 比较两方面：（1）吸收峰max的波长完全相同 （2）摩尔吸光系数emax也完全相同 若被测试样与标准物质的谱图相同（emax ， max都相 同），则可认为两者可能是一个化合物；如果没有标准物质， 也可以与标准紫外光谱对照。 标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图
能级跃迁
电子能级间跃迁
的同时，总伴随有
振动和转动能级间 的跃迁。即电子光 谱中总包含有振动 能级和转动能级间
跃迁产生的若干谱
线而呈现宽谱带。
紫外－可见吸收光谱或吸收曲线
（1）同一种物质对不同波长
光的吸光度不同。吸光度最
大处对应的波长称为最大吸 收波长λmax。
图3.3 紫外吸收曲线 1. LVFX 2. SPFX
2.3.1.3 物质吸收曲线
• 吸收曲线通过实验获得。
【案例】
邻二氮菲分光光度法 测铁
约4ug/mL的铁离子如何 测定？
2.3.1.5紫外吸收光谱
(1) 远紫外光区: 10-200nm（190nm） (2) 近紫外光区: 200-400nm（380nm） (3) 可见光区: 400-750nm（800nm）
2.2相关技能要点:
紫外分光光度计的操作方法； 紫外分光光度法进行分析的一般步骤； 吸收曲线的绘制方法； 利用相关软件进行数据处理的方法； 结果评价； 检验报告的设计与书写。
2.3相关知识要点:
紫外分光光度法的基本原理； 紫外分光光度计；
紫外分光光度法的应用。
3.1.1.2分子吸收光谱 （1）分子内部运动的方式 价电子相对与原子核的运动； 分子内原子在平衡位置附近的振动； 分子本身绕其重心的转动。 （2）分子吸收光谱产生 分子内能＝电子能＋振动能＋转动能
分子吸收能量具有量子化的特征，分子吸收等于两个 能级之差的能量：
E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收
B.由低浓度至高浓度依次测定其吸收光度值; C.作一定波长下浓度与吸光度的关系曲线，在一定范围内应得 到通过原点的直线，即标准曲线；（坐标纸、软件作图） D.通过标准曲线可求得未知样品的浓度。
图3.8标准曲线法示意图
标准曲线数据
序号
1 2 3 4
浓度（ug/ml）
0 1 2 4
A
0 0.1 0.2 0.4
2 用紫外分光光度法对矿泉水中 的硝酸盐的含量进行检测评价
授课教师：何艺 2009年9月
2.1 项目背景
南方日报2009年6月18日报道，“香港消委会 近日在对40款瓶装水进行检测后发现，在部分星 级酒店中被作为VIP赠饮的“Perrier”（又称“巴 黎水”）矿泉水亚硝酸盐含量超标3倍……据悉， 香港消委会此次测试的40款瓶装水中，其中身价 最贵的“巴黎水”被验出含0.4毫克亚硝酸盐，与 每升最多含0.1毫克的国际标准相比，超标3 倍……”
（4）检测器
利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的 电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。
窗式光电倍增管剖面图
（5）结果显示记录系统
检流计、数字显示、微机进行仪器自动 控制和结果处理。
2.3.2.2分光光度计的类型 （1）单光束
简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度， 一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高 的稳定性。
例：甲烷的λ max为125nm , 乙烷λ max为135nm。
只能被真空紫外分光光度计检测到； 作为溶剂使用；
s*
K E,B R
E
p*
n
p
s
（2）n→σ＊跃迁 所需能量较大。 吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区 仍不易观察到。 含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原 子)均呈现n→σ * 跃迁。
s
H
K
R
p
E
E,B
n
p
s
当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反 键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量Δ Ε 大小顺序为：
n→π ＊ < π →π ＊ < n→σ
＊
< σ →σ
＊
（1）σ→σ＊跃迁 所需能量最大；σ 电子只有吸收远紫外光的能量才能发 生跃迁； 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长λ <200 nm；
GB 8537-2008《饮用天然矿泉水 》 GB /T 8538-2008《饮用天然矿泉水检验方法 》
GB /T 8538-2008《饮用天然矿泉水检验方法 》 中规定的测定硝酸盐的方法有: 1、麝香草酚分光光度法（黄色化合物 415nm） 2、离子色谱法
3、紫外分光光度法（220nm）
GB 8537-2008《饮用天然矿泉水 》 “硝酸盐以NO3-计小于45mg/L”
« The sadtler standard spectra ,Ultraviolet»
2.3.3.2 未知样品的定量分析 依据：朗伯-比耳定律
吸光度： A= e b c
透光度：-lgT = e b c
测量误差与吸光度读数有关： A=0.434，读数相对误差最小
标准曲线法
A.配制不同浓度的标准溶液；
2.2.2紫外-可见分光光度计 2.2.2.1 主要组成部件
光源
单色器
吸收池
检测器
显示记录
（1）光源
光源的作用：是提供激发能,使待测 分子产生吸收。 要求：在整个紫外光区或可见光谱区 可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、
较好的稳定性、较长的使用寿命。
可见光区：钨灯作为光源，其辐 射波长范围在320～2500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射185～ 400 nm的连续光谱。
2.3.1.2单色光和互补光
• 具有同一种波长的光成为单色光。 • 含有多种波长光称为复合光。
可见： 400~780nm/750/800
互补光示意图
2.3.1.3物质对光的吸收
物质颜色的产生
物质的颜色是基于
对光有选择性吸收的
结果。
不同颜色对不同光 产生吸收
780nm
400nm
颜色越深的溶液吸收光的能 可见光 量越多，吸光度值（A）越大
（2）不同浓度的同一种物 质，在某一定波长下吸光度
A 有差异，在λmax处吸光 度A 的差异最大。此特性可
作作为物质定量分析的依据。
（3）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定 最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依
据。
哪些化合物可以产生紫外吸收光谱呢？ 有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果： σ 电子、π 电子、n电子。 s* n H C O p*
5
6
0.6
任务一：比色皿的配套性检验
任务二：硝酸盐紫外吸收曲线的制作
任务三：矿泉水中硝酸盐含量的测定
任务四：检测报告的书写
成单色光并可从中选出一任 波长单色光的光学系统。
①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；
②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；
玻璃棱镜用于可见光区；
石英棱镜用于紫外光区。 ④聚焦装置：透镜或凹 面反射镜，将分光后所得 单色光聚焦至出射狭缝； ⑤出射狭缝。
光)，但当它们与生色团相连时，会与生色团上的不饱和键作 用，发生n→π*跃迁，增强生色团的生色能力(吸收波长向长 波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。 含有生色团或生色团与助色团的分子在紫外光区有吸收 并伴随分子本身电子能级的跃迁，不同官能团吸收不同波长 的光。作波长扫描，记录吸光度对波长的变化曲线，就得到 该物质的紫外-可见吸收光谱。
2.3.1紫外分光光度法的原理
2.3.1.1电磁波谱
电磁辐射具有波动性和微粒性； 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播 的能量； λ=c/ν E = hν = h c /λ c：光速，c＝2.9979×108m/s； λ：波长（nm）； ν：频率（t－1）； E ：能量； h：普朗克常数，h＝6.6262×10－34 J· s
原子。通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统
统称为生色团。 在有机化合物分子中，凡是包括含有双键（产生
π→π＊跃迁）的基团，如：－N=N－（偶氮基），－N
＝O（亚硝基），－NO2（硝基），－C＝O（羰基）等 ，都是生色团。
助色团
有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—
NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的
（3）吸收池
样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的
池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外
区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。
注：比色皿配套性检验 石英吸收池在220nm装蒸馏水，以一个吸收池为参比，调节τ为 100%。 测定其余吸收池的透射比，其偏差应小于0.5%，可配成一套使用。 将测量方式调为A，测定并记录其余比色皿的吸光度值作为校正值。
紫外吸收光谱法: （vltraviolet spectrophotometry，UV）
物质在紫外光区（200～400nm
）所产生的吸收光谱称为紫外吸收 光谱，研究物质的紫外吸收光谱的 分析方法称为紫外分光光度法，或 紫外吸收光谱法。
e
1
4 2 λ 400nm
250
3 300
350
紫外吸收光谱产生的基本原理： 物质吸收紫外光后，引起物质内部分子、原子或电 子运动状态的变化，使透过光的强度降低，产生紫外吸 收光谱。
（4）n→π＊跃迁
n→ p*所需能量最低，在近紫外区，有时在可见区。 n→ p*跃迁几率小，是弱吸收带。 各种跃迁所需的能量 E（σ→σ*）> E（n→σ *）> E（π→π *）> E（n →π *） 电子跃迁的类型不同，跃迁的几率不同，吸收强度也不同。
生色团
生色团是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的
化合物 H 2O CH3OH CH3CL CH3I CH3NH2 max（nm） 167 184 173 258 215 emax 1480 150 200 365 600
（3）π→π＊跃迁
特点：所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外
端或近紫外区，吸收强。
随双键共轭程度增加，所需能量降低。若两个以上的双 键被单键隔开，则所呈现的吸收是所有双键吸收的叠加；若 双键共轭，则吸收大大增强，波长红移，λmax和εmax均增加。 如单个双键，一般λmax为150-200nm，乙烯的λmax = 185nm； 而共轭双键如丁二烯λmax = 217nm，己三烯λmax = 258nm。
危害
矿泉水中亚硝酸盐和硝酸盐都是重要的卫生 指标。亚硝酸盐是强氧化剂，摄入过高可引起急 性中毒反应，临床症状表现为呼吸困难、肌肉震 颤、可视黏膜发绀、脉搏细微、体温低于正常值。 硝酸盐对人的急性毒性主要通过转化为亚硝酸盐 的毒性引起。
项目情景
现在某超市委托检测机构A对卖场的各品牌某
批次的矿泉水进行抽检，检测其中硝酸盐和亚硝酸 盐含量是否符合国家标准。其中，检测技术人员小 王负责硝酸盐含量的测定和评价。
工作任务
根据国家标准方法对抽到的矿泉水进行硝酸 盐含量进行检验，并作出判断。
目标要求
（1）能查找相关国家标准，并设计检测方案。 （2）能按照方案进行测定前的准备； （3）能正确使用仪器，并按照方案完成测定任务； （4）能写出检测报告，并形成规范电子文稿； （5）能对测定指标进行正确的判断。
任务依据
参比溶液置于光路中，调
节仪器使吸光度值为0，然 后将试样溶液置于光路中
，测定试样溶液的吸光度
值。
（2）双光束
自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检 测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪 器复杂，价格较高。
2.3.3紫外吸收光谱法的应用 2.3.3.1未知样品的定性分析 方法：在相同的测定条件下，制作试样的吸收曲线并与 标准物质的紫外光谱图比较 。 比较两方面：（1）吸收峰max的波长完全相同 （2）摩尔吸光系数emax也完全相同 若被测试样与标准物质的谱图相同（emax ， max都相 同），则可认为两者可能是一个化合物；如果没有标准物质， 也可以与标准紫外光谱对照。 标准谱图库：46000种化合物紫外光谱的标准谱图
能级跃迁
电子能级间跃迁
的同时，总伴随有
振动和转动能级间 的跃迁。即电子光 谱中总包含有振动 能级和转动能级间
跃迁产生的若干谱
线而呈现宽谱带。
紫外－可见吸收光谱或吸收曲线
（1）同一种物质对不同波长
光的吸光度不同。吸光度最
大处对应的波长称为最大吸 收波长λmax。
图3.3 紫外吸收曲线 1. LVFX 2. SPFX
2.3.1.3 物质吸收曲线
• 吸收曲线通过实验获得。
【案例】
邻二氮菲分光光度法 测铁
约4ug/mL的铁离子如何 测定？
2.3.1.5紫外吸收光谱
(1) 远紫外光区: 10-200nm（190nm） (2) 近紫外光区: 200-400nm（380nm） (3) 可见光区: 400-750nm（800nm）
2.2相关技能要点:
紫外分光光度计的操作方法； 紫外分光光度法进行分析的一般步骤； 吸收曲线的绘制方法； 利用相关软件进行数据处理的方法； 结果评价； 检验报告的设计与书写。
2.3相关知识要点:
紫外分光光度法的基本原理； 紫外分光光度计；
紫外分光光度法的应用。
3.1.1.2分子吸收光谱 （1）分子内部运动的方式 价电子相对与原子核的运动； 分子内原子在平衡位置附近的振动； 分子本身绕其重心的转动。 （2）分子吸收光谱产生 分子内能＝电子能＋振动能＋转动能
分子吸收能量具有量子化的特征，分子吸收等于两个 能级之差的能量：
E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收
B.由低浓度至高浓度依次测定其吸收光度值; C.作一定波长下浓度与吸光度的关系曲线，在一定范围内应得 到通过原点的直线，即标准曲线；（坐标纸、软件作图） D.通过标准曲线可求得未知样品的浓度。
图3.8标准曲线法示意图
标准曲线数据
序号
1 2 3 4
浓度（ug/ml）
0 1 2 4
A
0 0.1 0.2 0.4
2 用紫外分光光度法对矿泉水中 的硝酸盐的含量进行检测评价
授课教师：何艺 2009年9月
2.1 项目背景
南方日报2009年6月18日报道，“香港消委会 近日在对40款瓶装水进行检测后发现，在部分星 级酒店中被作为VIP赠饮的“Perrier”（又称“巴 黎水”）矿泉水亚硝酸盐含量超标3倍……据悉， 香港消委会此次测试的40款瓶装水中，其中身价 最贵的“巴黎水”被验出含0.4毫克亚硝酸盐，与 每升最多含0.1毫克的国际标准相比，超标3 倍……”
（4）检测器
利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的 电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。
窗式光电倍增管剖面图
（5）结果显示记录系统
检流计、数字显示、微机进行仪器自动 控制和结果处理。
2.3.2.2分光光度计的类型 （1）单光束
简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度， 一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高 的稳定性。
例：甲烷的λ max为125nm , 乙烷λ max为135nm。
只能被真空紫外分光光度计检测到； 作为溶剂使用；
s*
K E,B R
E
p*
n
p
s
（2）n→σ＊跃迁 所需能量较大。 吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区 仍不易观察到。 含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原 子)均呈现n→σ * 跃迁。
s
H
K
R
p
E
E,B
n
p
s
当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反 键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量Δ Ε 大小顺序为：
n→π ＊ < π →π ＊ < n→σ
＊
< σ →σ
＊
（1）σ→σ＊跃迁 所需能量最大；σ 电子只有吸收远紫外光的能量才能发 生跃迁； 饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区； 吸收波长λ <200 nm；
GB 8537-2008《饮用天然矿泉水 》 GB /T 8538-2008《饮用天然矿泉水检验方法 》
GB /T 8538-2008《饮用天然矿泉水检验方法 》 中规定的测定硝酸盐的方法有: 1、麝香草酚分光光度法（黄色化合物 415nm） 2、离子色谱法
3、紫外分光光度法（220nm）
GB 8537-2008《饮用天然矿泉水 》 “硝酸盐以NO3-计小于45mg/L”
« The sadtler standard spectra ,Ultraviolet»
2.3.3.2 未知样品的定量分析 依据：朗伯-比耳定律
吸光度： A= e b c
透光度：-lgT = e b c
测量误差与吸光度读数有关： A=0.434，读数相对误差最小
标准曲线法
A.配制不同浓度的标准溶液；
2.2.2紫外-可见分光光度计 2.2.2.1 主要组成部件
光源
单色器
吸收池
检测器
显示记录
（1）光源
光源的作用：是提供激发能,使待测 分子产生吸收。 要求：在整个紫外光区或可见光谱区 可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、
较好的稳定性、较长的使用寿命。
可见光区：钨灯作为光源，其辐 射波长范围在320～2500 nm。 紫外区：氢、氘灯。发射185～ 400 nm的连续光谱。
2.3.1.2单色光和互补光
• 具有同一种波长的光成为单色光。 • 含有多种波长光称为复合光。
可见： 400~780nm/750/800
互补光示意图
2.3.1.3物质对光的吸收
物质颜色的产生
物质的颜色是基于
对光有选择性吸收的
结果。
不同颜色对不同光 产生吸收
780nm
400nm
颜色越深的溶液吸收光的能 可见光 量越多，吸光度值（A）越大
（2）不同浓度的同一种物 质，在某一定波长下吸光度
A 有差异，在λmax处吸光 度A 的差异最大。此特性可
作作为物质定量分析的依据。
（3）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定 最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依
据。
哪些化合物可以产生紫外吸收光谱呢？ 有机化合物的紫外—可见吸收光谱是三种电子跃迁的结果： σ 电子、π 电子、n电子。 s* n H C O p*
5
6
0.6
任务一：比色皿的配套性检验
任务二：硝酸盐紫外吸收曲线的制作
任务三：矿泉水中硝酸盐含量的测定
任务四：检测报告的书写
成单色光并可从中选出一任 波长单色光的光学系统。
①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；
②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；
玻璃棱镜用于可见光区；
石英棱镜用于紫外光区。 ④聚焦装置：透镜或凹 面反射镜，将分光后所得 单色光聚焦至出射狭缝； ⑤出射狭缝。
光)，但当它们与生色团相连时，会与生色团上的不饱和键作 用，发生n→π*跃迁，增强生色团的生色能力(吸收波长向长 波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。 含有生色团或生色团与助色团的分子在紫外光区有吸收 并伴随分子本身电子能级的跃迁，不同官能团吸收不同波长 的光。作波长扫描，记录吸光度对波长的变化曲线，就得到 该物质的紫外-可见吸收光谱。
2.3.1紫外分光光度法的原理
2.3.1.1电磁波谱
电磁辐射具有波动性和微粒性； 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播 的能量； λ=c/ν E = hν = h c /λ c：光速，c＝2.9979×108m/s； λ：波长（nm）； ν：频率（t－1）； E ：能量； h：普朗克常数，h＝6.6262×10－34 J· s
原子。通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统
统称为生色团。 在有机化合物分子中，凡是包括含有双键（产生
π→π＊跃迁）的基团，如：－N=N－（偶氮基），－N
＝O（亚硝基），－NO2（硝基），－C＝O（羰基）等 ，都是生色团。
助色团
有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—
NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的
（3）吸收池
样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的
池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外
区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。
注：比色皿配套性检验 石英吸收池在220nm装蒸馏水，以一个吸收池为参比，调节τ为 100%。 测定其余吸收池的透射比，其偏差应小于0.5%，可配成一套使用。 将测量方式调为A，测定并记录其余比色皿的吸光度值作为校正值。
紫外吸收光谱法: （vltraviolet spectrophotometry，UV）
物质在紫外光区（200～400nm
）所产生的吸收光谱称为紫外吸收 光谱，研究物质的紫外吸收光谱的 分析方法称为紫外分光光度法，或 紫外吸收光谱法。
e
1
4 2 λ 400nm
250
3 300
350
紫外吸收光谱产生的基本原理： 物质吸收紫外光后，引起物质内部分子、原子或电 子运动状态的变化，使透过光的强度降低，产生紫外吸 收光谱。
（4）n→π＊跃迁
n→ p*所需能量最低，在近紫外区，有时在可见区。 n→ p*跃迁几率小，是弱吸收带。 各种跃迁所需的能量 E（σ→σ*）> E（n→σ *）> E（π→π *）> E（n →π *） 电子跃迁的类型不同，跃迁的几率不同，吸收强度也不同。
生色团
生色团是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的
化合物 H 2O CH3OH CH3CL CH3I CH3NH2 max（nm） 167 184 173 258 215 emax 1480 150 200 365 600
（3）π→π＊跃迁
特点：所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外
端或近紫外区，吸收强。
随双键共轭程度增加，所需能量降低。若两个以上的双 键被单键隔开，则所呈现的吸收是所有双键吸收的叠加；若 双键共轭，则吸收大大增强，波长红移，λmax和εmax均增加。 如单个双键，一般λmax为150-200nm，乙烯的λmax = 185nm； 而共轭双键如丁二烯λmax = 217nm，己三烯λmax = 258nm。
危害
矿泉水中亚硝酸盐和硝酸盐都是重要的卫生 指标。亚硝酸盐是强氧化剂，摄入过高可引起急 性中毒反应，临床症状表现为呼吸困难、肌肉震 颤、可视黏膜发绀、脉搏细微、体温低于正常值。 硝酸盐对人的急性毒性主要通过转化为亚硝酸盐 的毒性引起。
项目情景
现在某超市委托检测机构A对卖场的各品牌某
批次的矿泉水进行抽检，检测其中硝酸盐和亚硝酸 盐含量是否符合国家标准。其中，检测技术人员小 王负责硝酸盐含量的测定和评价。
工作任务
根据国家标准方法对抽到的矿泉水进行硝酸 盐含量进行检验，并作出判断。
目标要求
（1）能查找相关国家标准，并设计检测方案。 （2）能按照方案进行测定前的准备； （3）能正确使用仪器，并按照方案完成测定任务； （4）能写出检测报告，并形成规范电子文稿； （5）能对测定指标进行正确的判断。
任务依据