根據被測量物質分子對紫外–可見波段範圍(180~780納米)單色輻射的吸收或反射強度來進行物質的定量、定性或結構分析的方法。

  原理 描述物質分子對輻射的吸收程度隨波長變化的函數關係曲線(即物質分子的吸光度對波長作圖得到的曲線)稱為吸收光譜或吸收曲線。紫外–可見吸收光譜通常由一個或幾個寬吸收帶組成,最大吸收峰處的最大吸收波長表示物質對輻射的特徵吸收或選擇性性吸收,它與分子中外層價電子的結構有關。一般情況下,結合較牢固的σ電子需要吸收較高能量的輻射才能激發,吸收峰出現在真空紫外區;結合較為松散的π電子用較低能量的長波即可激發;而雙鍵共軛則大大降低吸收輻射的能量,吸收峰出現在紫外區甚至可見區。如甲烷分子隻含σ鍵,產生σ→σ*躍遷,最大吸收波長在125納米;乙烯雙鍵上的π電子產生π→π*躍遷,最大吸收波長為185納米。己三烯的π電子離域,π→π*躍遷能量降低,最大吸收波長為258納米。由此,紫外–可見吸收光譜可以進行定性或結構分析。利用物質對特定波長光吸收所遵循的朗伯–比爾定律,可以進行定量分析。

  儀器 紫外–可見分光光度計由光源、單色器、樣品室、檢測器和數據處理及記錄系統組成。紫外區的光源常用氫燈或氘燈,在185~360納米的波長范圍內使用;可見區的光源為鎢燈或鹵鎢燈。紫外–可見分光光度計單色器的關鍵部件是光柵,用於將復合光分解成所需要的單色光。樣品室內放吸收池,用於盛待測溶液。吸收池有石英池和玻璃池兩種。前者適用於紫外–可見區,後者隻能在可見區使用。吸收池光程長一般為1厘米,但根據需要也有體積小、光程長的吸收池,用於測定微量、低濃度的樣品。檢測器將光信號轉換成電信號。常見的有光電倍增管、二極管陣列檢測器等,前者具有較高的放大倍數,測定靈敏度高;後者掃描速度快。分光光度計的數據處理及記錄系統一般采用計算機控制,可以方便地進行譜圖處理及定量計算。紫外–可見分光光度計有單光束、雙光束、雙波長等幾種類型。單光束儀器結構簡單,適用於測定特定波長的吸收,進行定量分析。雙光束儀器可以方便地對全波段進行掃描。雙波長分光光度計一般同時為雙波長和雙光束儀器,它的主要特點是可以降低雜散光,光譜精度高。

  應用 可用於金屬、合金、鋼鐵、化工產品、生物材料、食品、臨床和環境樣品以及藥物中微量無機物和有機物的測定。對於在紫外–可見區有吸收的分子或離子,可以利用朗伯–比爾定律在最大波長處用工作曲線法直接進行定量。對於在紫外–可見區無吸收或吸收很弱的元素或化合物,可以通過適當的化學試劑與之反應生成在紫外–可見區有吸收的化合物(此類反應稱為化學衍生)再測定。膠束增溶分光光度法是提高測定靈敏度的有效方法之一,利用表面活性劑膠束的增溶、增敏等性質,可以將摩爾吸光系數提高到106升/(摩·厘米)。

  紫外–可見吸收光譜是化合物結構鑒定的輔助手段之一,並可以用於共軛效應、空間位阻效應、氫鍵的強度、互變異構、幾何異構等化學反應機理研究。分光光度法還可方便地用於反應動力學、溶液平衡研究。

  展望 紫外–可見分光光度法是涵蓋臨床檢驗在內的價廉、快速、高靈敏度的常用定量分析方法之一。通過選擇和開發不同的附屬配件,可以擴大儀器的使用范圍,滿足不同的需要。具有流通池的紫外檢測器是高效液相色譜法、毛細管電泳等的強有力的檢測手段。探索和合成具有分子識別功能的吸光型人工受體,可以制作各種仿生模擬化學傳感器。

  

推薦書目

 劉密新. 儀器分析. 2版. 北京: 清華大學出版社, 2002.