紫外可见光谱在水质分析中的应用
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紫外可见光谱在水质分析中的应用

  
  摘要:紫外-可见吸收光谱是电子光谱,研宄分子中电子能级 的跃迁。本文介绍了紫外-可见吸收光谱的原理,紫外光谱仪的结 构及主要类别,并详细论述了其在水质中的应用。
  
  1紫外-可见光谱
  1.1概述紫外-可见光谱是电子光谱,研究分子 中电子能级的跃迁。无外界干扰时,分子处于基态的零位 振动能级的几率最大。分子吸收紫外线后,其价电子会跃 迁到激发态。由电子的基态到激发态的许多振动(或转动) 能级都可发生电子能级跃迁,产生一系列波长间隔对应于 振动(或转动)能级间隔的谱线。
  紫外光谱包括有几个谱带系,不同谱带相当于不同电 子能级跃迁。①远紫外带:烷烃化合物吸收带,如C- C, C- H基团中,为a ^ct *跃迁,最大吸收波长小于 200nm,范围在10?200nm。②尾端吸收带:饱和卤代烃, 胺或含杂原子的单键化合物的吸收带,产生n^CT *跃 迁,范围从远紫外区末端到近紫外区,在200nm附近。③ R带(Radikal-基团):共辄分子所含杂原子基团的吸收 带,如C=O,N=O,NO2,N=N等基团,由n- n *跃迁产 生,为弱吸收带,<100 L-mol-1-cm-1。④K带(Konju- gation共扼):共轭非封闭体系的n - n *跃迁产生的吸收 带。K带吸收强度很高,一般? >10000 L.mol-1.cm-1。 ⑤B带:芳香和杂环化合物n- n *特征吸收带,e约 300?3000 L.mol-1.cm-1。苯的 B 带在 230?270nm 间, 并出现多重峰或精细结构宽吸收带,但取代芳烃B带精细 结构消失,极性溶剂也使精细结构消失。用来辨认芳香族 化合物。芳烃和生色基连接时,就会产生B和K吸收带, 有时还有R吸收带三者同时存在时则R带波长更长。⑥E 带:也是芳香结构特征吸收带,由环共轭的三乙烯键的苯 型体系中n - n *跃迁产生,分为E1、E2带。E带属强吸 收,>10000 L-mol+cm人助色团取代,E波长红移。生 色团取代,E与K吸收带叠加,产生深色效应,吸收强度增 加?。
  紫外光谱一般较简单,多数化合物只有一两个吸收 带,易解析,但确定化合物的结构需要经验计算或查阅标 准图谱。紫外光谱可提供识别未知物分子中可能具有的生 色团,助色团和估计共扼程度的信息,对有机化合物结构 推断和鉴别很有用。
  1.2紫外-可见分光光度计紫外-可见分光光度计 就其基本结构来说,是由光源产生的连续辐射,经单色器 后获得单色光,该单色光通过液槽中的待测溶液后,一部 分被待测溶液所吸收,未被吸收的光到达光检测器,由光 信号转变成电信号并加以放大,最后将信号数据显示并记 录得到谱图W。紫外-可见分光光度计的结构分为光源、单 色器、样品池和检测器。
  1.3紫外-可见光谱的应用紫外-可见光区一般用 波长(nm)表示。其研究对象大多在200- 380nm的近紫外光区和/或380- 780nm的可见光区有吸收。紫外-可 见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光 系数。该法仪器设备简单,应用十分广泛。如医院的常规化 验中,95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。
  2紫外-可见光谱在水质分析中的应用
  紫外分光光度法的基础是物质对紫外光的选择性吸 收,基于分子里价电子在能级之间的跃迁所产生的吸收, 是通过建立紫外光谱数据和水质参数的数学模型,同时在 此基础上,将待测的水样的紫外光谱数据与其比较,得出 相应的水质参数。该法具有分析速度快、重复性好、无污染 等特点,近几年来,在水质分析方面得到了很好的应用。紫 外分析的精度主要取决于建立的光谱模型的预测性能,因 此提高紫外光谱水质模型的预测精度成为了此种方法的 研究重点。紫外吸收法除了与可见吸收光谱一样,可以进 行定量分析,可以测定物质的物理化学常数之外,还可以 对物质进行定性的分析以及结构的分析。近年来,紫外可 见分光光度法已应用到水质分析的多个参数测定中。以水 中总氮的测定为例,可采用过硫酸钾氧化,使有机氮和无 机氮化合物转化为硝酸盐后,再用紫外分光光度法分别于 波长220nm与275nm处测定其吸光度,从而计算总氮的 含量。该方法快速,简单,已在水质分析中得到了广泛的应 用。
  3展望
  除以上介绍的应用以外,还可以将动力学运用到紫外 -可见光谱中,利用反应速度参数测定待测物型体原始浓 度。动力学分光光度法的特点是灵敏度高(10- 6- 10- 9g/ ml,有的可达10- 12g/ml),可以有效地弥补常规紫外分光 光度法的灵敏度相对较低的缺陷。
  除此之外,光声光谱法也是一个很有效的方法。普通 的紫外-可见吸收光谱法由于散射及反射的影响,不能得 到固体、半固体状态的生物组织或浑浊液体样品的理想紫 外-可见吸收光谱谱图。而1970年以后发展起来的光声 光谱法是对样品反射、散射无响应,可用于含蛋白质和各 种胶体物质等高散射特性物质的测定。其灵敏度比普通分 光光度法高2-3个数量级,可用于下不透明固体、液体以 及气体的痕量分析,可在紫外可见及红外区获得光谱信 息,可用于绝缘体、半导体、金属、半固体状态的生物组织、 粉末、凝胶状试样分析。
  普通的紫外光谱法灵敏度相对较低,且易受干扰,以 上这些技术在紫外光谱中的应用,弥补了其缺陷,将使其 在水质分析中的应用更加广泛。