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title: "紫外可见分光光度计互动实验｜Sandbox Physics"
description: "吸光度越大，浓度就一定越高吗？同一物质、溶剂、波长和光程满足比尔定律时，吸光度随浓度成正比。"
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  en: "https://sandboxphysics.com/labs/uv-vis-spectrophotometer/"
last_modified: "2026-11-03"
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IN19 · 数一数透过的光

# 紫外可见分光光度计

**吸光度越大，浓度就一定越高吗？** 同一物质、溶剂、波长和光程满足比尔定律时，吸光度随浓度成正比。宽波段、散射或化学变化会改变这种关系。吸收很强时，杂散光托住探测信号，再加溶质也可能几乎看不出。已知标准样给出可靠测量的范围。

拖动光程窗口，比较两条光路。用暗计数、空白与已知标准推浓度，再试宽狭缝、灯漂移和杂散光。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

拖动金色池手柄，改变光在溶液里走过的距离。保存新测量后，可与下方保留的数据比较。

光路 选定波长 $550\,\mathrm{nm}$ 光谱带宽 $2\,\mathrm{nm}$ 溶液内光程 $1\,\mathrm{cm}$ 配制未知样 $0.55\,\mathrm{mmol\,L^{-1}}$

已载入完整默认测量。

光源、探测器与手动标定

曝光／秒 1 共同灯强对数漂移／每分钟 0 样品通道对数漂移／每分钟 0 源杂散光比例 0.0001 样品暗计数率／每秒 80 额外散射衰减系数／每厘米 0 缔合参数／每毫摩尔每升 0 随机种子 192 模拟光子计数噪声 已知标准／毫摩尔每升

手动顺序：暗、空白、至少四个不同已知浓度标准，再测未知样。新暗或新空白开始一组标定；旧未知样保留原标定。

模型假设

教学染料含280和550纳米两个合成吸收带；均匀、稀、无散射溶液是比尔定律适用情形。理想矩形选波器的光子通量与带宽成正比。石英池光程2–20毫米；双光束用等分分束器同时读两个探测器，单光束时分束器移出。探测效率、溶剂透过率和20°C固定。暗计数与灯产生的未被吸收的带外杂散光分开。均值低于50时抽泊松计数，其余采用均值和方差对应的正态近似后取整；计数在24位满量程饱和。每份未知样保存暗、空白、多标准原始计数，以及独立的240–700纳米计数扫描、单位、时钟、标定与种子。浓度只由所存标准曲线推得，并检查线性和标准范围。全流程重采样保留共享空白、暗计数造成的相关性；不包含标准配制、硬件漂移或化学不匹配的不确定度。额外散射与单体缔合作为反例，单波长不能唯一识别它们。光束亮度、颜色和回放速度为示意；封闭选波盒代表理想光学元件。

保留的模拟探测计数

## 用已知标准推浓度

已存未知样

推得浓度 $0.553\,\mathrm{mmol\,L^{-1}}$

已存吸光度 $0.829$

已存透射率 $14.8\,\%$

计数标准不确定度 $0.0047\,\mathrm{mmol\,L^{-1}}$

原始标定与来源

| 类型 | 已知浓度 | 样品计数 | 参考计数 |
| --- | --- | --- | --- |

计数不确定度在每次试算中分别重采暗、空白、标准与未知样，共享标定产生的相关性得到保留。标准配制、漂移、比色皿与化学不确定度不在其中。每个扫描点各有自己的暗、空白和样品计数；扫描不代替浓度标定。

模型、光学比例与限制

采用合成教学染料，固定20°C，在240–700纳米内固定石英与溶剂通量。理想矩形选波器对透射光子积分；通量随狭缝增大。参考是带溶剂池的真正第二条同时探测光路。探测效率固定；暗噪声与未被吸收的源相关杂散光分开。低均值计数抽泊松分布，均值至少50时采用对应散粒方差的正态近似再取整；整数计数在24位满量程饱和。一个波长不能把额外散射或分子缔合变化与表观浓度分开。这些反例改变的是样品物理，不是额外探测噪声。不指定真实染料或化学身份，不模拟荧光、多次散射、折射光线追迹或商用性能。

可变池内溶液长度与光学台使用同一毫米比例。封闭单色器代表理想元件；带宽每增一纳米，狭缝总开口增0.2毫米。紫外光颜色、画出的光束宽度、亮度和移动亮点为示意。接收面位于各自光轴上；特写会裁去上游设备。

$$
A=-\log_{10}T
$$

[Agilent入门手册5980-1397EN（2025），第4、7–12、18–19、22–23页](https://www.agilent.com/cs/library/primers/public/primer-uv-vis-basics-5980-1397en-agilent.pdf) [岛津：杂散光与高吸光度](https://www.ssi.shimadzu.com/service-support/faq/uv-vis/resolution-and-stray-light/4/index.html)

物理教程

## 从透过的光推回浓度

**背景** 稀溶液中，每层相同厚度的液体都从剩余光里吸走相同比例。探测器数的是最后到达接收面的信号。

**为什么值得理解** 信号变暗，可能是溶质多了，也可能是光程变长或灯变弱。暗、空白和标准样能分别排查其中一些原因。

先抓重点

- **核心问题**: 吸光度越大，浓度就一定越高吗？
- **一句话直觉**: 取对数后，一层层相乘的透射率变成相加的吸光度；已知浓度标准把这把尺标好。

### 核心数学模型

#### 稀溶液、单色光极限

$$
A=-\log_{10}T=\varepsilon c\ell
$$

透射率是相对于空白剩下的光。摩尔吸光系数用升每摩尔每厘米，浓度用摩尔每升，溶液内光程用厘米。

#### 同时参考校正

$$
T=\frac{(S-D_s)/(R-D_r)}{(B_s-D_s)/(B_r-D_r)}
$$

各量都是按曝光时间归一的计数率。样品与参考通道各减自己的暗计数；空白确定两路通量之比。在此模型中，共同的灯漂移可以消去。

#### 简化杂散光极限

$$
T_{\rm measured}=\frac{T+s}{1+s}
$$

这里额外的源相关光不被所选吸收物质削弱，其比例相对于预定入射波段定义。实际杂散光可能有更复杂的波长分布。

### 常见难点

#### 暗与杂散光

**容易误解** 关光测过一次，就能去掉之后所有多余光。

**正确理解** 暗测量描述没有入射光时的探测计数。灯重新照亮样品后，带外杂散光也会重新出现。

#### 化学不唯一

**容易误解** 标准曲线好，就说明未知样一定有同样的化学状态。

**正确理解** 未知样可能散射，也可能改变吸光分子的形态。一个波长给出的是样品匹配假设下的表观浓度。

### 动手实验

1. 01

   #### 移动实体窗口

   拖动池上金色手柄，也可切到光程池特写。

   **你会看到：** 溶液内的距离连续改变，下方已存曲线仍保留原来的几何。

2. 02

   #### 保存匹配标准

   先点“采暗与标准”，再点“保存未知样与扫描”。

   **你会看到：** 五个已知浓度给出直线，未知样用自己的计数和那份已存标定推浓度。

3. 03

   #### 打开狭缝

   比较“宽狭缝”和默认窄带。

   **你会看到：** 光子更多，但探测器把波段内不同透射率先加起来，再取对数，吸收峰会变低。

4. 04

   #### 看住参考光

   选择“灯在漂移”，重新采标准，比较单、双光束。

   **你会看到：** 同时读取的两路共享灯变化；两通道各自的漂移仍会改变比值。

5. 05

   #### 找到测量界限

   选择“杂散光托底”，或把未知样调到标准范围之外。

   **你会看到：** 扫描仍显示实际模拟计数；超出标准范围时不报浓度。稀释或缩短光程可把样品带回可测范围。

物理结论

使用条件相同的样品与标定，留在已测标准范围内。先看波段和信号底，再解释浓度。

## 相关实验与文章

物理仪器怎样测量 · 阅读路径

### 物理仪器怎样测量

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **用一束光量出溶液有多浓**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/uv-vis-spectrophotometer/)

波与光学 · 入门路径

## 从一条光线到干涉测量

从折射出发，找到光线模型失效的地方，再用干涉测量极小的距离。

[从这里开始 → **光学界面探索器** 转动入射角，观察反射与透射功率此消彼长；再切换到“临界角与全反射”场景。 观察 · 11 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/optical-boundary-explorer/)

1. [1 光学界面探索器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/optical-boundary-explorer/)
2. [2 彩虹焦散观测站](https://sandboxphysics.com/zh/labs/rainbow-laboratory/)
3. [3 针孔相机](https://sandboxphysics.com/zh/labs/camera-obscura/)
4. [4 相干波合成器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/coherent-wave-composer/)
5. [5 Young 双缝实验台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/young-double-slit-bench/)
6. [6 Michelson 精密测量台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/michelson-precision-lab/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/waves-and-optics/#starter-path)