紫外可見分光光度計(jì)及其應(yīng)用

王　貴

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查二總隊(duì)，貴州　六盤水　553004)

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紫外可見分光光度計(jì)及其應(yīng)用

王貴

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查二總隊(duì)，貴州六盤水553004)

當(dāng)前科技在不斷的發(fā)展，在這種背景下，各種高新技術(shù)不斷的涌現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常常會(huì)用到分光光度計(jì)，通過對(duì)分光光度計(jì)的使用，能夠有效的對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)最常應(yīng)用到的一種分光光度計(jì)為紫外可見分光光度計(jì)，紫外線可見分光光度計(jì)的吸收光譜，本研究主要就紫外分光光度計(jì)的基本性能，應(yīng)用研究和應(yīng)用范圍等進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，希望所得結(jié)果能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域提供可行參考。

紫外線可見分光光度計(jì)；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

1854年，杜包斯克和奈斯勒等發(fā)明了分光光度計(jì)，他們首次將朗伯比爾定理應(yīng)用于定量分析化學(xué)領(lǐng)域中，并基于此設(shè)計(jì)了第一臺(tái)比色計(jì)。到了1918年，通過美國(guó)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)局，成功地生產(chǎn)出了第一臺(tái)紫外可見分光光度計(jì)。從這里開始，在以后的時(shí)間里，紫外可見分光光度計(jì)被不斷的進(jìn)行改造，進(jìn)而接連的出現(xiàn)了自動(dòng)記錄，自動(dòng)打印，自動(dòng)數(shù)字顯示，微機(jī)控制等多種儀器，，在這種背景之下，紫外分光光度計(jì)的靈敏度和準(zhǔn)確性也在不斷的提升。因此其所應(yīng)用的范圍也在不斷的擴(kuò)大，逐漸地涉及到了生物學(xué)，化學(xué)，醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于紫外可見分光光度計(jì)應(yīng)用進(jìn)行分析，能夠促使紫外可見分光光度計(jì)更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展。

1　紫外可見分光光度計(jì)的基本性能分析

1.1紫外可見分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)分析

分析紫外可見分光光度計(jì)，其主要組成為輻射源、單色器、檢測(cè)器、試樣容器、顯示裝置等部分。輻射源是必須具有穩(wěn)定和足夠輸出功率的、且能夠提供儀器使用波段的一種連續(xù)光譜，一般我們所常用到的有鎢燈、鹵鎢燈、氫燈和氘燈等，也可以采用能夠?qū)θ玖线M(jìn)行調(diào)諧的激光光源；而單色器，其主要組成為入射出射狹縫，色散元件，透鏡系統(tǒng)等。這是一種用來(lái)產(chǎn)生高純度單色光束的裝置，分析其主要功能，涉及到將光源產(chǎn)生的復(fù)合光源進(jìn)行分解，分解成為單色光以及所需要的單色光束[1]；試樣容器我們也稱之為吸收池，題主要是工程方式也進(jìn)行吸收光度測(cè)量之用的一個(gè)容器，一般其材料主要可以分為兩種，一種主要是用于紫外到可見區(qū)，稱之為石英池，而另一種是用于可見區(qū)，只為玻璃池，分析容器的光程，即一般為0.5～10 cm；檢測(cè)器我們也稱之為光電轉(zhuǎn)換器，一般常用到的有光電管，也有光電倍增管，相對(duì)于光電管來(lái)說，光電倍增管更加靈敏，它更加適用于對(duì)較弱的輻射進(jìn)行檢測(cè)。最近這幾年，在實(shí)踐當(dāng)中也涉及到了對(duì)光導(dǎo)攝像管火宮殿二極管等矩陣進(jìn)行應(yīng)用，將其當(dāng)做檢測(cè)器，采用這些進(jìn)行檢測(cè)，其特點(diǎn)為掃描更加快速[2]；顯示裝置，其發(fā)展比較快，分析較高級(jí)的光度計(jì)，其一般會(huì)配有微型處理機(jī)，同時(shí)也可能會(huì)涉及到熒光屏顯示和記錄儀等等，這能夠?qū)D譜，操作條件和相關(guān)數(shù)據(jù)充分的顯示出來(lái)。

1.2紫外可見分光光度計(jì)的主要特點(diǎn)分析

分析紫外可見分光光度計(jì)的主要特點(diǎn)，其靈敏度非常高，而且具有更好的選擇性，通常在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中其使用的范圍比較廣，能夠適用于各種濃度的物質(zhì)，而且這種儀器的使用分析成本非常低，相對(duì)起來(lái)分析更為簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)單，能夠更加廣泛地加以應(yīng)用。紫外可見分光光度計(jì)從類型來(lái)判斷，主要可以從單波長(zhǎng)單光束直讀式分光光度計(jì)、雙波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)以及單波長(zhǎng)雙光束自動(dòng)記錄式分光光度計(jì)3種類型進(jìn)行分析[3]。紫外可見分光光度計(jì)可以適用于很多范圍，比如說反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，定性和結(jié)構(gòu)分析，對(duì)溶液平衡進(jìn)行研究等。在定量分析當(dāng)中，一般采用紫外可見分光光度計(jì)主要對(duì)于不同物質(zhì)當(dāng)中的微量、超微量或常量的無(wú)機(jī)及有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。而是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，主要是對(duì)反物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)其反應(yīng)速度與反應(yīng)級(jí)數(shù)進(jìn)行測(cè)定，有效的對(duì)反應(yīng)機(jī)理與探討。其也能夠應(yīng)用到定性與結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中，紫外吸收光譜能夠用于對(duì)空間阻礙效應(yīng)推斷，同時(shí)可以分析氫鍵的強(qiáng)度和互變異構(gòu)，也能夠有效的對(duì)幾何異構(gòu)現(xiàn)象予以分析。其也能夠?qū)θ芤浩胶膺M(jìn)行分析研究，比如對(duì)絡(luò)合物組成的測(cè)定，測(cè)定其穩(wěn)定常數(shù)和酸堿離解常數(shù)等等。

2　紫外可見分光光度計(jì)的應(yīng)用原理分析

2.1紫外可見分光光度法分析

分析紫外可見分光光度法，主要利用物質(zhì)對(duì)于波長(zhǎng)為200～760 nm的電磁波的吸收特性而建立起一種定性、定量與結(jié)構(gòu)的分析方法。這種分析方法相對(duì)來(lái)說精確度較高，而且操作簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性比較好。而且其波長(zhǎng)長(zhǎng)的光線能量比較小，同時(shí)波長(zhǎng)短的更新量有很大。分光光度主要對(duì)物質(zhì)分子對(duì)不同波長(zhǎng)以及特定波長(zhǎng)處的輻射吸收程度進(jìn)行測(cè)量，分析物質(zhì)的吸收光譜本質(zhì)，其主要是物質(zhì)當(dāng)中的分子以及原子對(duì)入射光中的某些特定波長(zhǎng)的光能量進(jìn)行吸收，進(jìn)而發(fā)生了一些分子振動(dòng)能級(jí)躍遷，也可能會(huì)產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷的結(jié)果[4]。因?yàn)槲镔|(zhì)具有不同的分子，也有不同的原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，而這也導(dǎo)致了其所吸收的光能量的情況不同。所以不同的物質(zhì)都具有其所特有的固定的吸收光譜曲線，而且能夠根據(jù)吸收光譜上的一些特征波長(zhǎng)處的吸收光度的高低來(lái)對(duì)相關(guān)物質(zhì)的含量進(jìn)行判別和測(cè)定，而這也是分光光度定性與定量分析的基礎(chǔ)。所以簡(jiǎn)而言之，風(fēng)光光譜分析主要就是根據(jù)物質(zhì)的吸收，光譜對(duì)物質(zhì)的分子和結(jié)構(gòu)等情況進(jìn)行研究，其是對(duì)分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)間相互作用進(jìn)行分析的一種十分有效的手段。

2.2有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物的紫外可見吸收光譜分析

有3種電子和紫外可見吸收光譜相關(guān)，這3種電子分別是形成斑點(diǎn)的σ電子，形成雙鍵的π電子以及未參與成鍵的n電子。分析有機(jī)化合物的吸收帶，在紫色光譜當(dāng)中，吸收峰一般處于光譜中的波帶上，可以依據(jù)電子和分子軌道對(duì)其進(jìn)行分類，主要能夠分成4種類型的吸收帶，分別是R吸收帶、K吸收帶、B吸收帶和E吸收帶。而無(wú)機(jī)化合物的紫外可見吸收光譜主要有，配位場(chǎng)躍遷和電荷遷移躍遷。分別對(duì)這兩種月前進(jìn)行分析，電荷遷移光譜，存在一些分子奇跡是電子受體也是電子給體，因?yàn)槭茌椛淠艿挠绊?，電子可以激發(fā)出從給遺體外層軌道向著受體躍遷的行動(dòng)，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的吸引，而這種光譜便被稱之為電荷遷移光譜[5]。分析配位躍遷光譜，在配體存在的基礎(chǔ)上，對(duì)5個(gè)能量相等的d軌道的金屬元素產(chǎn)生過渡反應(yīng)，這時(shí)會(huì)有7個(gè)能量相等的f軌道分裂，當(dāng)即輻射被吸收之后，低能態(tài)的d電子和f電子就會(huì)發(fā)生躍遷情況，這種躍會(huì)使其遷到高能態(tài)的低軌道或f軌道上。而在未被充滿的低軌道上有很多過渡金屬離子存在。依據(jù)晶體場(chǎng)理論進(jìn)行分析，這些離子在溶液之中和水以及其他的配體進(jìn)行配合物形成的時(shí)候，配體的配位場(chǎng)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較為重要的影響，這也會(huì)使得能量相同的低軌道發(fā)生能級(jí)分裂，最終產(chǎn)生了低軌道到低軌道的電子躍遷情況，但有一個(gè)前提，就是必須在配體的配位場(chǎng)發(fā)生作用的前提之下才可能發(fā)生，所以這種情況也會(huì)被稱之為配備2月前，配體的配位場(chǎng)越強(qiáng)，其軌道的分裂能力也會(huì)越大，而其所吸收的波長(zhǎng)也會(huì)相應(yīng)的減少。

3　紫外可見分光光度計(jì)的應(yīng)用研究

3.1紫外可見分光光度計(jì)的應(yīng)用范圍

從某種程度上來(lái)說，紫外可見分光光度計(jì)的應(yīng)用范圍較為廣泛，比如用于定量分析和定性與結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)方面。在定量方面分析，紫外可見光度計(jì)主要對(duì)于各種物料當(dāng)中，進(jìn)行各種無(wú)效的分析，同時(shí)其可也可以對(duì)動(dòng)力學(xué)研究方面進(jìn)行反映，比如上面所提到的紫外可見光度計(jì)主要可以對(duì)反物質(zhì)具有的濃度進(jìn)行研究。還能夠在時(shí)間不斷的情況下，對(duì)相應(yīng)函數(shù)的關(guān)系作出分析。從定性和結(jié)構(gòu)分析方面來(lái)說，紫外可見分光光度計(jì)也會(huì)應(yīng)用到幾何異構(gòu)當(dāng)中等。

3.2紫外可見分光光度計(jì)的應(yīng)用實(shí)踐分析

在當(dāng)前時(shí)代背景之下，先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)材料也開始在不同的領(lǐng)域當(dāng)中有所應(yīng)用，紫外可見分光光度計(jì)，也在不斷的趨于完善，其一自身所具備獨(dú)特的特點(diǎn)和性質(zhì)作為基礎(chǔ)，為不同的行業(yè)提供了媒介基礎(chǔ)，而充滿智慧的人們也將紫外可見分光光度計(jì)應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域之中，所以，在當(dāng)今時(shí)代背景之下，其已經(jīng)成為了新時(shí)代一種主要的研究分析手段[6]。你得將紫外可見分光光度計(jì)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)社會(huì)的研究工作中，是一種符合客觀規(guī)律發(fā)展的行為，也能夠促進(jìn)相關(guān)行業(yè)完善，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

當(dāng)前階段，社會(huì)不斷完善，食品安全事件也在不斷的發(fā)生，為了有效地防止食品安全事件的惡化，升級(jí)和發(fā)展，有關(guān)部門采取了各種措施進(jìn)行檢測(cè)，但收到的效果甚微。到目前來(lái)說已經(jīng)存在著一些行業(yè)將紫外可見分光光度計(jì)應(yīng)用到了食品檢測(cè)之中，其能夠有效地對(duì)食品的成分和質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確保食品質(zhì)量安全提升，在某種程度上減少了食品安全事故的發(fā)生。因此從食品行業(yè)來(lái)說即是其發(fā)展道路上的一種重要的助推器。

首先分析光譜測(cè)量在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的應(yīng)用，在這里我們同樣以食品行業(yè)為例，現(xiàn)如今，一些食品當(dāng)中存在著添加有害添加劑成分的情況，這會(huì)使得其生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品會(huì)具有相應(yīng)的色澤，比如說果汁可樂，這樣通過采用紫外可見分光光度計(jì)的檢測(cè)能夠有效的區(qū)分食品物資的主要分子結(jié)構(gòu)，對(duì)其吸光值進(jìn)行全面的定位，可以得出綜合的結(jié)果，確保食品安全。同時(shí)，也可以利用紫外可見分光光度計(jì)對(duì)食品的色澤進(jìn)行定位，固有顏色進(jìn)行比較，分析其成品與固有顏色所存在的差異，為更好地使一些食品的色差滿足相關(guān)要求。因此，相對(duì)來(lái)說成分單一的產(chǎn)品，能夠借助紫外可見分光光度計(jì)，測(cè)量其吸收光度數(shù)值，進(jìn)而達(dá)到質(zhì)量滿足相關(guān)要求的目的。

其次分析紫外可見分光光度計(jì)的成分定性，從嚴(yán)格意義上來(lái)說，物質(zhì)吸收光譜，主要是物質(zhì)當(dāng)中的一些分子和原子在吸收和攝入某種特定波長(zhǎng)的光能量之后，在新基礎(chǔ)上發(fā)生的相對(duì)應(yīng)的分子振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生了能級(jí)躍遷，最后生成的一種結(jié)果[7]。因此可以將紫外可見分光光度計(jì)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)檢測(cè)當(dāng)中，即能夠準(zhǔn)確的定量出樣品當(dāng)中某種成分的含量，可以采用這種分析模式進(jìn)行定量測(cè)定，因此需要先通過對(duì)于一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液X值進(jìn)行測(cè)試，然后能夠讀出一系列與之相對(duì)應(yīng)的Y吸收光值，然后通過已知濃度X值和響應(yīng)值Y能夠求出線性方程：Y=Bx+a。然后通過儀器自動(dòng)計(jì)算，將線性方程的斜率，截距，等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最后通過該回歸方程求出未知樣品的

濃度。其也能夠采用紫外分光光度計(jì)對(duì)核酸生物學(xué)進(jìn)行分析，比如相關(guān)DNA的濃度測(cè)試等[8]。同時(shí)也能夠?qū)?dòng)力學(xué)和時(shí)間進(jìn)行分析，比如說我們?cè)谘芯考?xì)胞的損傷時(shí)，可以通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)部的線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的測(cè)定進(jìn)行分析，以此來(lái)判斷線粒體受損后其膨脹程度，進(jìn)而能夠推測(cè)出細(xì)胞的損傷程度。在實(shí)際操作當(dāng)中，需要通過對(duì)線粒體在高唐溶液當(dāng)中透光率的改變的測(cè)定進(jìn)行分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。

最后是在成分定量方面的分析，因?yàn)榉肿拥淖贤饪梢娢展庾V主要是因?yàn)榉肿赢?dāng)中存在某種基因吸收了紫外可見光之后產(chǎn)生的電子能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的吸收光譜，紫外分光光度分析，主要是通過物質(zhì)吸收光譜研究物質(zhì)的成分[9]，也可以對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和其之間相互作用進(jìn)行分析，這是一種帶狀光譜，因此可以有效對(duì)分子當(dāng)中某些集團(tuán)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行顯示，通過Lambert-Beer定律我們可以得出光的吸收和吸收層厚度成正比，比爾定律說明光的吸收與溶液濃度成正比，所以同時(shí)對(duì)吸收層厚度和溶液濃度的吸收光率影響進(jìn)行考慮，那么可以得到朗伯比爾定律，即A=εbc(A為吸光度，ε為摩爾吸光系數(shù)，b為液池厚度，c為溶液濃度),就可以對(duì)溶液進(jìn)行定量分析。將分析樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品以相同濃度配制在同一溶劑中，在同一條件下分別測(cè)定紫外可見吸收光譜。若兩者是同一物質(zhì)，則兩者的光譜圖應(yīng)完全一致。如果沒有標(biāo)樣，也可以和現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照進(jìn)行比較。這種方法要求儀器準(zhǔn)確，精密度高，且測(cè)定條件要相同。

4　結(jié)　語(yǔ)

本研究主要就紫外可見分光光度計(jì)的相關(guān)原理和應(yīng)用進(jìn)行分析，中也涉及到了一些筆者自身的見解，因?yàn)樽贤饪梢姺止夤舛扔?jì)的應(yīng)用有著非常普遍而深遠(yuǎn)的意義，所以其所應(yīng)用的領(lǐng)域也非常廣泛，筆者相信，在新時(shí)期的背景下，很多領(lǐng)域都將會(huì)應(yīng)用到紫外可見分光光度計(jì)，因此需要促進(jìn)技術(shù)的成熟，使其在行業(yè)當(dāng)中得到更好的發(fā)展，也為經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展提供保障。

[1]陳田新,謝亮,牛琪,等.實(shí)驗(yàn)室用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)中常見問題解析[J].中國(guó)計(jì)量,2010(1):77-78.

[2]黎衛(wèi)強(qiáng).紫外可見分光光度計(jì)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2010(6):15-16.

[3]濮榮強(qiáng),張同華,黃文平,等.紫外可見雙路分光光度計(jì)系統(tǒng)研究[J].電子測(cè)量技術(shù),2010,33(5):119-121.

[4]茍?jiān)S雁,楊圣,王亞軍.紫外可見分光光度計(jì)的雙向?qū)?shù)光譜法[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào),2010,29(7):657-659.

[5]薛慧婷.紫外分光光度計(jì)在測(cè)定水中總氮含量的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2010,16(8):850-851.

[6]吳文銘.紫外可見分光光度計(jì)及其應(yīng)用[J].生命科學(xué)儀器,2009,7(4):61-63.

[7]孫向榮,孫丁績(jī).紫外可見分光光度法的應(yīng)用及新進(jìn)展[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2008(8):70.

[8]孔迪,彭觀良,楊建坤,等.紫外可見分光光度計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)及其檢定方法[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2007,20(4):1-6.

[9]胡文杰.紫外-可見分光光度計(jì)的應(yīng)用與維修[J].分析測(cè)試技術(shù)與儀器,2005,11(1):75-78.

Uv-vis Spectrophotometer and Its Application

WANG Gui

(The 2nd Corps for Non-ferrous Metals and Nuclear Industry GeologicalExplorationBureau,GuizhouLiupanshui553004,China)

In the current in the unceasing development of science and technology, all kinds of high and new technologies are constantly emerging, the laboratory will often use spectrophotometer, the use of spectrophotometer can effectively analyze the material. The spectrophotometer most often used in the laboratory is ultraviolet visible spectrophotometer, ultraviolet visible spectrophotometer absorption spectrum. The process of its use has been optimized and improved continuously, so far has become the indispensable one in the field of scientific research and production elements. Therefore, ultraviolet visible spectrophotometer was analyzed, and a brief description on application was studied, hoped the results obtained can provide feasible reference for the related areas.

ultraviolet visible spectrophotometer; structure; application

O657

A

1001-9677(2016)013-0052-03