在瀏覽器中解讀 UV-Vis 光譜：λmax、比爾–朗伯定律、顏色與 Tauc 能隙

在此試用 UV-Vis 檢視器

在此試用

為什麼要用瀏覽器檢視器處理 UV-Vis 資料？

UV-Vis 是實驗室中最快的測量之一。慢的是之後的工作：你拿到一個檔案，需要 λmax、莫耳吸光係數、一張圖或一個能隙。在電子表格中，這意味著換算單位、憑肉眼找最大值、手動繪圖。檢視器在一個頁面上完成這些步驟，無需安裝任何東西。

原理簡介

λmax。當電子躍遷到更高的軌域時（如 π→π* 或 n→π* 躍遷），分子會吸收紫外光與可見光。λmax 是某個吸收帶吸收最強的波長。共軛越長，λmax 越向長波方向移動。β-胡蘿蔔素有十一個共軛 C=C 鍵，吸收可見光區的藍光部分。

要在測量之前大致了解化合物應在哪裡吸收，可以用 Spectroscopy 外掛根據繪製的結構預測 UV-Vis 吸收帶。

比爾–朗伯定律。吸光度 A = εcl，其中 ε 是莫耳吸光係數（L mol⁻¹ cm⁻¹），c 是濃度（mol/L），l 是光徑（cm）。另外，A = −log₁₀T。該定律對稀溶液最適用。

顏色。樣品呈現的顏色是它所吸收光的互補色。吸收藍光的溶液看起來是黃色的。吸收綠光的溶液（如高錳酸鹽）看起來是紫色的。

Tauc 圖。對於半導體，直接允許躍遷以 (αhν)² 對光子能量 hν 作圖，間接允許躍遷以 (αhν)^1/2 作圖。把吸收邊的直線部分外推到零，交點即為光學能隙 Eg 的估計值。

可以開啟的檔案

• JCAMP-DX（.jdx、.dx）。檢視器從檔案中讀取 x 與 y 的單位。
• CSV 或 TXT，兩欄資料。x 欄可以是 nm、µm、cm⁻¹ 或 eV。y 欄可以是吸光度或穿透率。沒有表頭時，檢視器會根據數值推測。

一次選擇多個檔案即可疊加顯示。想練習的話，可以使用模擬範例或下載範例 .jdx。

逐步分析光譜

1. 點選開啟 UV-Vis 檔案，或把檔案拖到框中。也可以點選範例：β-胡蘿蔔素、KMnO4、染料系列（5 種濃度）、ZnO 能隙或範例 .jdx 檔案。
2. y 軸選擇吸光度或 %T，x 軸選擇 nm、eV 或 cm⁻¹。
3. 檢視 λmax 峰表。它給出每個峰以 nm、eV 與 cm⁻¹ 表示的位置，以及吸光度與顏色。如果漏掉了肩峰或出現了小的起伏，請移動峰顯著度滑桿。
4. 在比爾–朗伯框中，輸入光徑 l（cm）與以 mol/L、mmol/L 或 µmol/L 為單位的濃度，即可得到 ε 與 log ε。或者輸入 ε 求濃度。點選表格中的某一行或圖上某處可改用其他波長。重新使用 λmax 可切換回來。
5. 求能隙時，開啟 Tauc 圖與能隙，選擇躍遷類型，然後點選自動擬合，或自行輸入擬合起點（eV）與終點。
6. 點選匯出 PNG、匯出 CSV 或 Tauc PNG。

檢視器的功能

課堂與實驗室中的用法

• 共軛與顏色：載入 β-胡蘿蔔素，然後勾選加入圖中而不取代，再載入 KMnO4。比較兩者的吸收位置，以及為什麼一個看起來是黃色、另一個是紫色。
• 驗證比爾–朗伯定律：載入染料系列。按名稱依次選取每條光譜並輸入其濃度。如果定律成立，每次得到的 ε 應大致相同。
• 未知濃度：輸入由檢量線或文獻得到的 ε，即可求出 c。
• 半導體薄膜：用 ZnO 範例學習 Tauc 方法，然後開啟你自己的薄膜光譜。對於有機半導體，可以把這個光學能隙與循環伏安檢視器中 HOMO 與 LUMO 估算得到的電化學能隙進行比較。
• 實驗報告：匯出 PNG 作為插圖，匯出 CSV 作為資料。

技巧與限制

• 請在分光光度計上測量溶劑空白。檢視器不會扣除空白。
• 大吸收帶上較弱的肩峰可能不會顯示為峰。
• Tauc 圖用吸光度代替吸收係數 α。用來找直線與零的交點時這沒有問題。對於用漫反射測量的粉末，開啟檔案前請先轉換為 Kubelka–Munk 函數。
• 報告 Eg 之前，請檢查著色的擬合範圍與 R²。換一個範圍可能得到另一個結果。
• 顏色僅供參考。實際顏色還取決於吸收帶寬度、濃度與光源。
• CSV 會把所有可見光譜都放在第一條光譜的 x 值上，因此網格不同的光譜會被插值。

更多免費資料檢視器