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浅谈紫外可见分光光度计

发布时间:2022-01-24      点击次数:916
  1 背景
 
  1852年,比尔(Beer)参考了布给尔(Bouguer)在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,这就是的比尔朗伯定律。
 
  1854年,杜包斯克(Duboscq)和奈斯勒(Nessler)等人将朗伯比尔定律应用于定量分析化学领域,并且设计了台比色计。
 
  1918年,美国国家标准局制成了台紫外可见分光光度计。此后,紫外可见分光光度计经不断改进,又出现自动记录、自动打印、数字显示、微机控制等各种类型的仪器,使分光光度法的灵敏度和准确度也不断提高,应用范围不断扩大。
 
  紫外-可见分光光度计是基于紫外可见分光光度法原理,利用物质分子对紫外可见光谱区的辐射吸收来进行分析的一种分析仪器。主要由光源、单色器、吸收池、检测器和信号处理器等部件组成。光源的功能是提供足够强度的、稳定的连续光谱。紫外光区通常用氢灯或氘灯.见光区通常用钨灯或卤钨灯。单色器的功能是将光源发出的复合光分解并从中分出所需波长的单色光。色散元件有棱镜和光栅两种。可见光区的测量用玻璃吸收池,紫外光区的测量须用石英吸收池。检测器的功能是通过光电转换元件检测透过光的强度,将光信号转变成电信号。常用的光电转换元件有光电管、光电倍增管及光二极管阵列检测器。分光光度计的分类方法有多种:按光路系统可分为单光束和双光束分光光度计;按测量方式可分为单波长和双波长分光光度计;按绘制光谱图的检测方式分为分光扫描检测与二极管阵列全谱检测。
 
  2 测量原理
 
  2.1 朗伯定律(1760年)
 
  如果一束平行单色光照射在均匀介质时,当吸光物质的浓度一定时,则均匀介质对光的吸收度A与均匀介质厚度b成正比。
 
  A=lg(I0/It)=k1b
 
  式中I0—入射光强度,It—透射光强度,k1—比例常数,它与介质物质、厚度、温度以及入射光波长等因素有关,b—溶液厚度。
 
  2.2 比尔定律(1852年)
 
  如果一束平行单色光照射在均匀介质时,当均匀介质厚度一定时,则均匀介质对光的吸收度A与介质中吸光物质的浓度c成正比。
 
  A=lg(I0/It)=k2c
 
  式中,k2—比例常数,它与介质物质、厚度、温度以及入射光波长等因素有关,c—试样浓度。
 
  2.3 朗伯—比尔定律
 
  当入射光强度一定时,介质的吸光度A与介质中吸光物质的浓度c和介质厚度b的乘积成正比。
 
  A=lg(I0/It)=kbc

  
  2.4 透光率T
 
  透过率T:透射光强度It与入射光强度I0之比。
 
  T=It/I0
 
  T取值范围为0.0%~100.0%,全部吸收T=0.0%,全部投射T=100.0%。
 
  2.5 吸光度A
 
  吸光度A:透过率T的倒数的对数值。
 
  A=lg(I0/It)=lg(1/T)=kbc
 
  溶液的T越大,说明对光的吸收越小,浓度低;T越小,说明对光的吸收越大,浓度高。
 
  2.6 吸光系数k
 
  (1)当c的单位用g/L表示时,用a表示,
 
  A=lg(I0/It)=abc

  式中a—质量吸光系数,L·(g·cm)-1
 
  (2)当c的单位用mol/L表示时,用ε表示
 
  A=lg(I0/It)==εbc
 
  式中ε—摩尔吸光系数,L·(mol·cm)-1
 
  3 实际应用
 
  紫外可见分光光度计主要用于物质定性、定量分析,可以对化合物的结构、纯度、未知物含量以及反应动力学进行测定与研究。紫外可见分光光度计有着广泛的应用范围,不同的实验使用的测定方法也有较大差异。
 
  3.1结构分析
 
  紫外可见分光光度计是根据物质分子对波长在200~760nm范围内电磁波吸收特性来进行结构分析,其具有重现性较好的优点。不同物质有着不同的分子空间结构,而且吸收光能量的情况也有着较大差异,每种物质都有着*的吸收光谱曲线,所以在对吸收光谱上的某些特征波长的吸光度进行分析与对比后,就能确定物质的成分以及结构。在分析实验中,实验人员需要遵照以下规律:第一,在220~280nm无吸收表明不含有苯环、共轭双键等;第二,在210~250nm范围内有吸收表明含有共轭双键等。
 
  3.2纯度检验
 
  在纯度检验中,主要是利用紫外吸收光谱测定化合物中是否含有杂质,可以检验出化合物中是否含有微量的具有紫外吸收的杂质。实验人员只需要对化合物紫外可见光区是够出现明显的吸收峰进行检查,就可以判断出是够存在杂质,从而达到化合物纯度检验的目的。
 
  3.3 化合物的鉴定
 
  紫外可见分光光度计是化合物鉴定中常用的方法,实验人员主要是对未知纯化合物的光谱和已知纯化合物光谱进行对比,当发现吸收峰数目、位置相对强度、吸收峰形状等内容均有较大程度的相似,则可以鉴定为同一化合物。
 
  3.4 未知浓度的测定
 
  紫外可见分光光度计在测定物质含量领域有着尤为广泛的应用,通过标准曲线法,对摩尔吸光系数的样品进行吸光度的测定,结合公式A=εbc,就可以计算出未知浓度的大小。有的样品摩尔吸光系数不确定,则需要根据标准曲线法进行测定。实验前,准备不同含量的标准样品,在一定波长下得出吸光度值,然后绘制出吸光光谱曲线。由此可见,紫外可见分光光度计具有操作简单的优点,在未知浓度测定中有着良好的应用。
 
  3.5 反应动力学研究
 
  紫外可见分光光度计还可以用于反应动力学研究,利用分光光度法可以得出一些化学反应速度常数,在两个或者两个以上的温度条件下,得到相应的速度数据,从而判断出反映活化能。
 
  3.6 络合物组成及稳定常数的测定
 
  络合物是金属离子与有机物形成的物质,其在紫外可见区具有吸收特性,所以,采用紫外可见分光光度计方法,可以了解络合物的组成,还可以对稳定常数进行测定。
 
  4 应用领域
 
  紫外可见分光光度计无论在物理学、化学、生物学、医学、材料学、环境科学等科学研究领域,还是在化工、医药、环境检测、冶金等现代生产与管理部门,紫外可见分光光度计都有广泛而重要的应用。
 
  在环境监测领域方面,主要由以下几类:
 
  (1)大气污染检测
 
  主要检测气态物质臭氧。
 
  (2)水体富营养化检测
 
  水中N.P含量超标,主要N,P两项检测手段入手,(N主要包含:亚硝酸盐,硝酸盐氮,氨氮,有机氮等;P主要包含可溶性总磷酸盐,正磷酸盐磷,总磷等。)
 
  (3)土壤污染源中的重金属含量的检测
 
  在工业化生产过程中,企业会排放各种带有污染性的重金属废水废料,再加之土壤自身就带有一定的重金属成分,在二者的作用下造成土壤质量下降。因此采用紫外可见分光光度计可以标记土壤中的重金属含量,可以有效的修复土壤,减轻土壤的负担。
 
  (4)有机污染(COD)
 
  在环保监测中属于比较严重的污染问题,特别是对于水体的污染,有机物成分复杂,加之种类繁多,很难实现理想的有机物定性和定量分析。在当前的水体有机物检测中多采用综合指标COD监测,传统的检测方法主要是将过量的有机物进行回流处理,两小时后对体系内的剩余成分进行回滴检测,这种检测方式虽然能够准确检测结果,但繁杂的检测方法需要专业的检测人员进行,且比较耗时;若是采用紫外分光光度计对水体COD进行检测,不仅可以发挥理想的监测效果,而且可以有效的克服传统检测耗时长的问题,除了能够满足综合指标测定的方法外,紫外分光光度计还存在对类别指标的测定方法,例如对有机物中石油,苯胺,挥发酚等,利用紫外分光光度计进行测定,都能达到理想的检测效果。
 
  (5)水质检测
 
  在水质分析中,紫外可见分光光度计的应用也很广,目前能用直接法和间接法测定的金属和非金属元素就有70多种。
 
  5 发展前景
 
  紫外可见分光光度计虽然是一类有着很长历史的分析类实验室仪器,但每一次吸收了新的技术成果都使它焕发出新的活力。紫外可见分光光度计附件发展。紫外可见分光光度计多一种附件就多一种功能、多一种适应性。纵观当今世界上的紫外可见分光光度计附件的发展,实在是令人眼花缭乱。这些附件大大方便了用户,是广大紫外可见分光光度计使用者所欢迎的,也是紫外可见分光光度计进展的重要内容之一。
 
  紫外可见分光光度计正在向小型化、便携式等方向发展。由于环境监测、野外现场分析测试、海洋深水中的分析测试等许多领域需要小型、便于携带、分析速度快的紫外可见分光光度计。因此,目前,已有好多制造商正在研究开发适合于各种不同使用对象的小型紫外可见分光光度计。
 
  紫外可见分光光度计正在向多功能方向发展。一机多用也是广大使用者关注的问题之一:紫外可见分光光度计的功能增多或一机多用,是目前紫外可见分光光度计发展的又一个动向。目前的紫外可见分光光度计具有多种功能,既可作常规紫外可见分光光度计使用,又可作水质、生物酶分析的专用仪器使用,做到了一机多用。

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