紫外可见吸收光谱仪的基本原理介绍
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紫外可见吸收光谱仪的基本原理介绍

  利用紫外-可见吸收光谱来进行定量分析由来已久,可追溯到古代,公元60年古希腊已经知道利用五味子浸液来估计醋中铁的含量,这一古老的方法由于最初是运用人眼来进行检测,所以又称比色法。到了16、17世纪,相关分析理论开始蓬勃发展,1852年,比尔(Beer)参考了布给尔(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所发表的文章,提出了分光光度的基本定律,即液层厚度相等时,颜色的强度与呈色溶液的浓度成比例,从而奠定了分光光度法的理论基础,这就是著名的朗伯-比尔定律。
  仪器形成
  吸光光度法也称做分光光度法,但是分光光度法的概念有些含糊,分光光度是指仪器的功能,即仪器进行分光并用光度法测定,这类仪器包括了分光光度计与原子吸收光谱仪(AAS)。吸光光度法的本质是光的吸收,因此称吸光光度法比较合理,当然,称分子吸光光度法是最确切的。
  紫外-可见吸收光谱是物质中分子吸收200-800nm光谱区内的光而产生的。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级跃迁(原子或分子中的电子,总是处在某一种运动状态之中。每一种状态都具有一定的能量,属于一定的能级。这些电子由于各种原因(如受光、热、电的激发)而从一个能级转到另一个能级,称为跃迁。)当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较低的能级跃迁到一个能量较高的能级。因此,每一跃迁都对应着吸收一定的能量辐射。具有不同分子结构的各种物质,有对电磁辐射显示选择吸收的特性。吸光光度法就是基于这种物质对电磁辐射的选择性吸收的特性而建立起来的,它属于分子吸收光谱。跃迁所吸收的能量符合波尔条件:
  一 应用范围
  一 应用范围
  紫外-可见分光光度计可用于物质的定量分析、结构分析和定量分析。而且还能测定某些化合物的物理化学参数,如摩尔质量、配合物的配合比例和稳定常熟、酸碱电离常数等。
  1.定性分析
  紧外-可见分光光度法对无机元素的定性分析应用较少,无机元素的定性分析可用原子发射光谱法或化学分析的方法。在有机化合物的定性鉴定和结构分析中,由于紫外-可见光谱较简单,特征性不强,因此该法的应用也有一定的局限性。但是它适用于不饱和有机化合物。尤其是共轭体系的鉴定,以此推断未知物的骨架结构。此外,可配合红外光谱、核磁共振波谱法和质谱法进行定性鉴定和结构分析,因此它仍不失为是一种有用的辅助方法。
  一般有两种定性分析方法,比较吸收光谱曲线和用经验规则计算最大吸收波长λmax,然后与实测值进行比较。
  2.结构分析
  结构分析可用来确定化合物的构型和构象。如辨别顺反异构体和互变异构体。
  3.定量分析
  紫外-可见分光光度定量分析的依据是Lambert-Beer定律,即在一定波长处被测定物质的吸光度与它的溶度呈线性关系。应此,通过测定溶液对一定波长入射光的吸光度可求出该物质在溶液中的浓度和含量。种常用的测定方法有:单组分定量法、多组分定量法、双波长法、示差分光光度法和导数光谱法等。
  4.配合物组成及其稳定常数的测定
  测量配合物组成的常用方法有两种:摩尔比法(又称饱和法)和等摩尔连续变化法(又称Job法)。
  5.酸碱离解常数的测定
  光度法是测定分析化学中应用的指示剂或显色剂离解常数的常用方法,该法特别适用于溶解度较小的弱酸或弱碱。
  二 分类
  紫外-可见分光光度计的类型很多,但可归纳为三种类型:单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。
  1.单光束分光光度计
  其光路示意图如前图(紫外-可见分光光度计的基本结构图)所示,经单色器分光后的一束平行光,轮流通过参比溶液和样品溶掖,以进行吸光度的测定。这种类型的分光光度计结构简单,操作方便,维修容易,适用于常规分析。国产722型,751型、724型、英国SP500型以及BackmanDU-8型等均属于此类光度计。
  2.双光束分光光度计
  其光路示意如下图所示,经单色器分光后经反射镜(M1)分解为弧度相等的两束光,一束通过参比池,另一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度,此比值即为试样的透射比,经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通过参比池和样品他,还能自动消除光源强度变化所引起的误差。这类仪器有国产710型、730型和740型,日立220系列,岛津-210,英国UNICAMSP-700等等。
  3.双波长分光光度计
  其基本光路如下图所示。由同一光源发出的光被分成两束,分别经过两个单色器,得到两束不同波长的单色光;再利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池,然后经过光电倍增管和电子控制系统,最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值ΔA(ΔA=A1-A2)。
  双波长分光光度计的优点:对于多组分混合物、混浊试样(如生物组织液)的分析,以及存在背景于扰或共存组分吸收干扰的情况下,利用双波长分光光度法,往往能提高方法的灵敏度和选择性。利用双波长分光光度计,能获得导数光谱。通过光学系统转换,使双波长分光光度计能很方便地转化为单波长工作方式。如果能在两波长处分别记录吸光度随时间变化的曲线,还能进行化学反应动力学研究。