紫外可見分光光度計的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用

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

圖一： 紫外可見分光光度計結(jié)構(gòu)

分光光度計的主要部件如下：

光源：發(fā)出所需波長范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強度，穩(wěn)定?？梢姽鈪^(qū)：鎢燈，碘鎢燈(320～2500nm)紫外區(qū)：氫燈，氘燈(180～375nm)；氙燈：紫外、可見光區(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)不同波長光通過棱鏡時折射率不同。

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)。利用光通過光柵時發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。

吸收池：用于盛待測及參比溶液?？梢姽鈪^(qū)：光學(xué)玻璃池；紫外區(qū)：石英池。

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

檢流計（指示器）：刻度顯示或數(shù)字顯示、自動掃描記錄。

紫外分光光度計的原理

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的光能量，相應(yīng)地發(fā)生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結(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處的吸光度的高低判別或測定該物質(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)由步進電機控制帶動反光鏡M1，反射通過入射狹縫，并進入單色器中，光柵衍射出的單色光經(jīng)準直鏡M2調(diào)焦，會聚通過出射狹縫，光束到達斬光器時，一段時間內(nèi)的光射成為參比光路，另一段時間內(nèi)的光透射成為樣品光路。后兩光交替地照射在檢測器(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

光電倍增管檢測出的信號經(jīng)由前置放大器，驅(qū)動卡傳遞給微機控制器，由微機控制器推動驅(qū)動卡居中協(xié)調(diào)各部分，如圖3所示。

圖3 電氣原理圖

分光光度法對于分析人員來說，可以說是常用和有效的工具之一。幾乎每一個分析實驗室都離不開紫外可見分光光度計。

紫外可見分光光度計的應(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.與標準物及標準圖譜對照

將分析樣品和標準樣品以相同濃度配制在同一溶劑中，在同一條件下分別測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)*一致。如果沒有標樣，也可以和現(xiàn)成的標準譜圖對照進行比較。這種方法要求儀器準確，精密度高，且測定條件要相同。

3.比較大吸收波長吸收系數(shù)的一致性

由于紫外吸收光譜只含有2～3個較寬的吸收帶，而紫外光譜主要是分子內(nèi)的發(fā)色團在紫外區(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)色團的不同分子結(jié)構(gòu)，在較大分子中不影響發(fā)色團的紫外吸收光譜，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。如果分析樣品和標準樣品的吸收波長相同，吸收系數(shù)也相同，則可認為分析樣品與標準樣品為同一物質(zhì)。

4.反應(yīng)動力學(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)，并從兩個或兩個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

紫外吸收光譜能測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光區(qū)沒有明顯的吸收峰，而它的雜質(zhì)在紫外區(qū)內(nèi)有較強的吸收峰，就可以檢測出化合物中的雜質(zhì)。

6.氫鍵強度的測定

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

7.絡(luò)合物組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定

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