紫外可見分光光度計的原理及應用淺析

紫外可見分光光度計原理：

1.總論

    我們在實踐中早已總結出不同顏色的物質具有不同的物理和化學性質。 根據物質的這些特性可對它進行有效的分析和判別。由于顏色本就惹人注意，根據物質的顏 色深淺程度來對物質的含量進行估計，可追溯到古代及中世紀。1852年，比爾(Beer)參考了 布給爾(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所發表的文章，提出了分光光度的基本定 律，即液層厚度相等時，顏色的強度與呈色溶液的濃度成比例，從而奠定了分光光度法的理論基礎，這就是著名的比爾朗伯定律。1854年，杜包斯克(Duboscq)和奈斯勒(Nessler)等人將此理論應用于定量分析化學領域，并且設計了第一臺比色計。到1918年，美國國家標準局 制成了第一臺紫外可見分光光度計。此后，紫外可見分光光度計經不斷改進，又出現自動記 錄、自動打印、數字顯示、微機控制等各種類型的儀器，使光度法的靈敏度和準確度也不斷 提高，其應用范圍也不斷擴大。

紫外可見分光光度法從問世以來，在應用方面有了很大的發展，尤其是在相關學科發展的基礎上，促使分光光度計儀器的不斷創新，功能更加齊全，使得光度法的應用更拓寬了范圍。 目前，分光光度法已為工農業各個部門和科學研究的各個領域所廣泛采用，成為人們從事生產和科研的有力測試手段。我國在分析化學領域有著堅實的基礎，在分光光度分析方法和儀器的制造方面國際上都已達到一定的水平。

2.紫外可見分光光度計原理

物質的吸收光譜本質上就是物質中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波長的光能量，相應地發生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結果。由于各種物質具有各自不同的分子 、原子和不同的分子空間結構，其吸收光能量的情況也就不會相同，因此，每種物質就有其特有的、固定的吸收光譜曲線，可根據吸收光譜上的某些特征波長處的吸光度的高低判別或測定該物質的含量，這就是分光光度定性和定量分析的基礎。分光光度分析就是根據物質的吸 收光譜研究物質的成分、結構和物質間相互作用的有效手段。

紫外可見分光光度法的定量分析基礎是朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律。即物質在一定濃度的吸光度與它的吸收介質的厚度呈正比，其數學表示式如下：

 A=錬c

式中：A—吸光度(又稱光密度、消光值)，

?—摩爾吸光系數(其物理意義為：當吸光物質濃度為1摩爾/升，吸收池厚為1厘米，以一定波長原光通過時，所引起的吸光值A)，b—吸收介質的厚度(厘米)，c—吸光物質的 濃度(摩爾/升)。

物質的顏色和它的電子結構有密切的關系，當輻射(光子)引起電子躍遷使分子(或離子)從基 態上升到激發態時，分子(或離子)就會在可見區或紫外呈現吸光，顏色的發生或變化是和分 子的正常電子結構的變形聯系的。當分子中含有一個或更多的生色基因(即具有不飽和鍵的 原子基團)，輻射就會引起分子中電子能量的改變。常見的生色團有：

CO， -N=N-， -N=O，-C N，CS

如果兩個生色團之間隔一個碳原子，則形成共軛基團，會使吸收帶移向較長的波長處(即紅 移)，且吸收帶的強度顯著增加。當分子中含有助色基團(有未共用電子對的基團)時，也會 產生紅移效應。常見的助色基團有：-OH -NH2， -SH， -Cl, -Br, -I

3.特點

分光光度法對于分析人員來說，可以說是最有用的工具之一。幾乎每一個分析實驗室都離不開紫外可見分光光度計。分光光度法的主要特點為：

(1)應用廣泛

由于各種各樣的無機物和有機物在紫外可見區都有吸收，因此均可借此法加以測定。到目前 為止，幾乎化學元素周期表上的所有元素(除少數放射性元素和惰性元素之外)均可采用此法 。在國際上發表的有關分析的論文總數中，光度法約占28%，我國約占所發表論文總數的33% 。

(2)靈敏度高

由于新的顯色劑的大量合成，并在分光光度計原理的應用研究方面取得了可喜的進展，使得對元素測定的靈敏 度有所推進，特別是有關多元絡合物和各種表面活性劑的應用研究，使許多元素的摩爾吸光系數由原來的幾萬提高到數十萬。

(3)選擇性好

目前已有些元素只要利用控制適當的顯色條件就可直接進行光度法測定，如鈷、鈾、鎳、銅 、銀、鐵等元素的測定，已有比較滿意的方法了。

(4)準確度高

對于一般的分光光度法，其濃度測量的相對誤差在1～3%范圍內，如采用示差分光光度法進行測量，則誤差可減少到0.X%。

(5)  適用濃度范圍廣

可從常量(1%～50%)(尤其使用示差法)到痕量(10-8～10-6%)(經預富集后)。

(6)  分析成本低、操作簡便、快速

由于分光光度法具有以上優點，因此目前仍廣泛地應用于化工、冶金、地質、醫學、食品、 制藥等部門及環境監測系統。單在水質分析中的應用就很廣，目前能有直接法和間接法測定的金屬和非金屬元素就有70多種。

4  應用

4.1  檢定物質

根據吸收光譜圖上的一些特征吸收，特別是最大吸收波長雖ax和摩爾吸收系數澹  是檢定物質的常用物理參數。這在藥物分析上就有著很廣泛的應用。在國內外的藥典中，已將眾多的藥物紫外吸收光譜的最大吸收波長和吸收系數載入其中，為藥物分析提供了很好的 手段。

4.2  與標準物及標準圖譜對照

將分析樣品和標準樣品以相同濃度配制在同一溶劑中，在同一條件下分別測定紫外可見吸收光譜。若兩者是同一物質，則兩者的光譜圖應完全一致。如果沒有標樣，也可以和現成的標準譜圖對照進行比較。 這種方法要求儀器準確，精密度高，且測定條件要相同。

4.3  比較最大吸收波長吸收系數的一致性

由于紫外吸收光譜只含有2～3個較寬的吸收帶，而紫外光譜主要是分子內的發色團在紫外區 產生的吸收，與分子和其它部分關系不大。具有相同發色團的不同分子結構，在較大分子中不影響發色團的紫外吸收光譜，不同的分子結構有可能有相同的紫外吸收光譜，但它們的吸 收系數是有差別的。如果分析樣品和標準樣品的吸收波長相同，吸收系數也相同，則可認為分析樣品與標準樣品為同一物質。

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