紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用

一般地，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)主要由光源系統(tǒng)、單色器系統(tǒng)、樣品室、檢測(cè)系統(tǒng)組成，如圖1所示。光源發(fā)出的復(fù)合光通過(guò)單色器被分解成單色光，當(dāng)單色光通過(guò)樣品室時(shí)，一部分被樣品吸收，其余未被吸收的光到達(dá)檢測(cè)器，被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)電子電路的放大和數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)顯示系統(tǒng)給出測(cè)量結(jié)果。

圖一： 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)

分光光度計(jì)的主要部件如下：

光源：發(fā)出所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強(qiáng)度，穩(wěn)定。可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈，碘鎢燈(320～2500nm)紫外區(qū)：氫燈，氘燈(180～375nm)；氙燈：紫外、可見(jiàn)光區(qū)均可用作光源。

單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。

棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)折射率不同。

光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400條/mm)。利用光通過(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。

吸收池：用于盛待測(cè)及參比溶液。可見(jiàn)光區(qū)：光學(xué)玻璃池；紫外區(qū)：石英池。

檢測(cè)器：利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成電流訊號(hào)。光電池，光電管，光電倍增管。

檢流計(jì)（指示器）：刻度顯示或數(shù)字顯示、自動(dòng)掃描記錄。

紫外分光光度計(jì)的原理

物質(zhì)的吸收光譜本質(zhì)上就是物質(zhì)中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波長(zhǎng)的光能量，相應(yīng)地發(fā)生了分子振動(dòng)能級(jí)躍遷和電子能級(jí)躍遷的結(jié)果。由于各種物質(zhì)具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光能量的情況也就不會(huì)相同，因此，每種物質(zhì)就有其*的、固定的吸收光譜曲線，可根據(jù)吸收光譜上的某些特征波長(zhǎng)處的吸光度的高低判別或測(cè)定該物質(zhì)的含量，這就是分光光度定性和定量分析的基礎(chǔ)。

分光光度分析就是根據(jù)物質(zhì)的吸收光譜研究物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)間相互作用的有效手段。紫外可見(jiàn)分光光度法的定量分析基礎(chǔ)是朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律。即物質(zhì)在一定濃度的吸光度與它的吸收介質(zhì)的厚度呈正比，其數(shù)學(xué)表示式如下

A=abc

A—吸光度；a—摩爾吸光系數(shù)；b—吸收介質(zhì)的厚度；c—吸光物質(zhì)的濃度。

光學(xué)系統(tǒng)原理

由光源鎢燈和氘燈發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)由步進(jìn)電機(jī)控制帶動(dòng)反光鏡M1，反射通過(guò)入射狹縫，并進(jìn)入單色器中，光柵衍射出的單色光經(jīng)準(zhǔn)直鏡M2調(diào)焦，會(huì)聚通過(guò)出射狹縫，光束到達(dá)斬光器時(shí)，一段時(shí)間內(nèi)的光射成為參比光路，另一段時(shí)間內(nèi)的光透射成為樣品光路。后兩光交替地照射在檢測(cè)器(光電倍增管)，如圖2所示。

圖2光學(xué)系統(tǒng)原理圖

電器系統(tǒng)原理

光電倍增管檢測(cè)出的信號(hào)經(jīng)由前置放大器，驅(qū)動(dòng)卡傳遞給微機(jī)控制器，由微機(jī)控制器推動(dòng)驅(qū)動(dòng)卡居中協(xié)調(diào)各部分，如圖3所示。

圖3 電氣原理圖

分光光度法對(duì)于分析人員來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是常用和有效的工具之一。幾乎每一個(gè)分析實(shí)驗(yàn)室都離不開(kāi)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的應(yīng)用

1.檢定物質(zhì)

根據(jù)吸收光譜圖上的一些特征吸收，特別是大吸收波長(zhǎng)λ max和摩爾吸收系數(shù)ε，是檢定物質(zhì)的常用物理參數(shù)。

2.與標(biāo)準(zhǔn)物及標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照

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(jiàn)吸收光譜。若兩者是同一物質(zhì)，則兩者的光譜圖應(yīng)*一致。如果沒(méi)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。

3.比較大吸收波長(zhǎng)吸收系數(shù)的一致性

由于紫外吸收光譜只含有2～3個(gè)較寬的吸收帶，而紫外光譜主要是分子內(nèi)的發(fā)色團(tuán)在紫外區(qū)產(chǎn)生的吸收，與分子和其它部分關(guān)系不大。具有相同發(fā)色團(tuán)的不同分子結(jié)構(gòu)，在較大分子中不影響發(fā)色團(tuán)的紫外吸收光譜，不同的分子結(jié)構(gòu)有可能有相同的紫外吸收光譜，但它們的吸收系數(shù)是有差別的。如果分析樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的吸收波長(zhǎng)相同，吸收系數(shù)也相同，則可認(rèn)為分析樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品為同一物質(zhì)。

4.反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究

借助于分光光度法可以得出一些化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，并從兩個(gè)或兩個(gè)以上溫度條件下得到的速度數(shù)據(jù)，得出反應(yīng)活化能。

5.純度檢驗(yàn)

紫外吸收光譜能測(cè)定化合物中含有微量的具有紫外吸收的雜質(zhì)。如果化合物的紫外可見(jiàn)光區(qū)沒(méi)有明顯的吸收峰，而它的雜質(zhì)在紫外區(qū)內(nèi)有較強(qiáng)的吸收峰，就可以檢測(cè)出化合物中的雜質(zhì)。

6.氫鍵強(qiáng)度的測(cè)定

不同的極性溶劑產(chǎn)生氫鍵的強(qiáng)度也不同，這可以利用紫外光譜來(lái)判斷化合物在不同溶劑中氫鍵強(qiáng)度，以確定選擇哪一種溶劑。

7.絡(luò)合物組成及穩(wěn)定常數(shù)的測(cè)定

金屬離子常與有機(jī)物形成絡(luò)合物，多數(shù)絡(luò)合物在紫外可見(jiàn)區(qū)是有吸收的，我們可以利用分光光度法來(lái)研究其組成。