水雉

[拼音]：ziwai-kejian fenguang guangdufa

[外文]：ultraviolet-visible absorption spectroscopy

根據被測量物質分子對紫外－可見波段範圍(150～800奈米)單色輻射的吸收或反射強度來進行物質的定性、定量或結構分析的一種方法。分光光度測量是關於物質分子對不同波長和特定波長處的輻射吸收程度的測量。

描述物質分子對輻射吸收的程度隨波長而改變的函式關係的曲線（即將吸光度對波長作圖而得到的曲線），叫吸收光譜或吸收曲線（圖1）。

紫外－可見吸收光譜通常由一個或幾個寬吸收譜帶組成，最大吸收波長(vλmax)表示物質對輻射的特徵吸收或選擇吸收，它與分子中外層電子或價電子的結構(或成鍵、非鍵和反鍵電子) 有關。一般地說，結合比較牢固的電子，如σ 電子需要吸收較高能量的輻射(短波)才能激發；結合鬆弛的電子，如π 電子則用波長較長的輻射即可激發。例如，甲烷分子只含σ 鍵，產生σ →σ*躍遷，相應的最大吸收出現在125奈米處。而不飽和烴乙烯雙鍵上的π電子產生π→π*躍遷，其最大吸收出現在165奈米處。

輻射吸收定律

物質對輻射的吸收遵循布給-朗伯-比爾定律。1729年法國P.布給首先發表，1768年德意志J.H.朗伯重新提出輻射的吸收與吸收層厚度的關係。他們提出：當單色輻射通過物質時，隨著吸收介質厚度的增加，透過的輻射強度以指數形式減少。這個定律通常稱為布給定律或朗伯定律。1852年德意志A.比爾又發表了輻射的吸收和吸收物質濃度的關係：當單色輻射通過一定厚度吸收層的物質時，吸光度與物質的濃度成正比，稱為比爾定律。將以上兩個定律合併，稱為布給-朗伯-比爾定律或朗伯-比爾定律，用下式表示：

A＝lg(I0/I)＝εbc

式中A表示吸光度；I0表示進入吸收層的入射輻射強度；I表示透過吸收層的輻射強度；b表示吸收層的厚度;c表示吸收物質的濃度；ε表示摩爾吸光係數。ε的物理意義是物質濃度為1摩爾／升和吸收層厚度為1釐米時溶液的吸光度，其數值大小與波長和吸收物質的性質有關，它表示物質分子對特定波長輻射吸收的能力。ε值愈大，分光光度測定的靈敏度愈高；當波長一定時 (一般是在最大吸收波長處)，ε由分子吸收截面a和躍遷機率P決定。ε＝0.87×1020升／（摩爾·釐米）時，a一般為10埃2。P＝1（P值最大為1）時，ε的最大值約為105。像水溶性卟啉一類的大環化合物，與金屬離子形成的絡合物分子截面幾乎達到100埃2，此時ε可能的極限值為8.7×105。水溶性卟啉和銅、鉛等金屬形成的有色絡合物的 ε值一般在5×105左右。

透光率T與A、I0、I有以下關係:T＝I0/I，-lgT＝A。

朗伯－比爾定律是分光光度法和比色法的基礎，適用於能量不同的各種電磁輻射，也適用於稀溶液、氣體和均質固體。但是，它只是在入射輻射為單色輻射時才能成立，否則會發生偏離。

儀器部件

紫外－可見分光光度計（見彩圖）由五部分組成。

輻射源

必須具有穩定的、有足夠輸出功率的、能提供儀器使用波段的連續光譜。鎢燈是可見－近紅外區常用的光源，適用波長範圍為350～2500奈米。較新的儀器採用滷鎢燈代替鎢燈，它具有較高的發光效率和較長的使用壽命。紫外區（180～460奈米）則用氘燈或氫燈。光聲分光光度計採用可調諧染料鐳射光源，它具有強度大和單色性好的優點。

單色器

它是產生高純度單色光束的一種裝置，其功能包括將光源產生的複合光分解為單色光和分出所需的單色光束。單色器由入射、出射狹縫，透鏡系統和色散元件組成，色散元件為稜鏡或衍射光柵。狹縫愈窄，獲得的單色光愈純，但進入單色器的光源強度愈弱，檢測愈困難。

試樣容器

又稱吸收池。作液體的吸光度測量的樣品容器有石英池和玻璃池兩種，前者適用於紫外到可見區，後者只適用於可見區。容器的光程為 0.5～10釐米，還有體積小、光程長的微型池。

檢測器

又稱光電轉換器。常用光電管或光電倍增管，後者比前者有更高的靈敏度，特別適合於弱輻射的檢測。最新的分光光度計有用光導攝像管或光電二級管矩陣作檢測器的，此類儀器具有快速掃描的特點。

顯示裝置

早期的單光束分光光度計採用電流表指示，雙光束儀器用記錄器掃描；20世紀70年代，改用數字顯示、打字機和記錄儀。80年代以來，有些高精度分光光度計採用陰極射線管熒光屏顯示和打字機，可將圖譜、資料和操作條件都顯示出來。

儀器型別

單波長單光束直讀式分光光度計

光路結構最簡單（圖2），其特點是經過單色器單色化的光束，通過參比溶液和樣品溶液後進入光路。這種儀器一般都是手控操作，費時較長。它要求光源和檢測器的供電電壓有較高的穩定性。這類儀器適用於固定波長的吸光度測量。

單波長雙光束自動記錄式分光光度計

圖3為此型別儀器的光路圖。為提高解析度和降低雜散光，儀器採用稜鏡－光柵組成的雙單色系統；以一定速度旋轉的半圓形反射鏡（或斬波器）使單色器射出的單色光束交替通過參比吸收池和樣品吸收池，測得的是透過樣品溶液和參比溶液的光強度訊號之比。這種儀器克服了單光束儀器由於光源不穩而引起的誤差，不僅能直接讀數，而且可以對待測組分在整個波段範圍內做連續掃描，在幾分鐘內就能獲得精細的吸收光譜，特別適合於作化合物的定性分析和反應動力學研究。

雙波長雙光束分光光度計

圖4

為雙波長分光光度計的光路圖。用光束分裂器將光源發出的光分為兩束，進入各自的單色器，獲得兩束波長可以任意調節的單色光，用斬光器使兩束波長不同的單色光交替通過同一吸收池，經過檢測器和電子控制系統，測得在兩個波長處的吸光度差。雙波長分光光度計克服了單波長分光光度計中由於參比溶液和樣品溶液組成不一致和兩個吸收池不匹配而引起的誤差，可進行混濁樣品和混合組分分析，以及導數光譜（見有機官能團定量分析）測定。

應用

定量分析

廣泛應用於金屬、合金、鋼鐵、化工產品、生物材料、食品、臨床、環境樣品和藥物中微量、超微量和常量的無機物和有機物的測定。

有色的金屬離子或化合物可以直接進行測定，例如，釹(Ⅲ)水溶液呈紫紅色，可在高氯酸介質中於575奈米處測定。在紫外－可見區無吸收或吸收很弱的元素或化合物，可通過適當的化學反應形成二元或多元有色絡合物再行測定。例如測定鐵，可用鹽酸羥胺將Fe(Ⅲ)還原為Fe(Ⅱ)，在pH2～9時加入鄰菲羅啉，生成紅色絡合物，在508 奈米處進行測定。一些有機化合物可在紫外區進行測定，如測定阿司匹林製劑中少量的水楊酸，可在氯仿介質中於308奈米處測定。

一般分光光度法用於高含量組分測定時，誤差較大。為了提高準確度，採用差示分光光度法。這種方法用一個比被測試劑濃度稍低的標準溶液作參比，以代替一般分光光度法所用的參比溶液。設作參比的標準溶液濃度為cS，被測試液濃度為cX，而且cX＞cS，則根據朗伯－比爾定律可得：

ΔA＝AX-AS＝εb(cX-cS)＝εbΔc

由此看出，用已知濃度的標準溶液作參比，調節透光率為100％後，則所測被測試液與參比溶液的吸光度差值與兩溶液的濃度差成正比。

分光光度法也可用於多組分的同時測定。當各組分吸收光譜互相重疊，但能遵守比爾定律時，如有n個組分，則可選擇在n個不同的波長處測定吸光度，再求解n個線性方程組來計算各組分的濃度。在吸收光譜相互重疊的雙組分體系中，用雙波長分光光度法做二組分的同時測定是非常有效的。此法在測定第一組分時把第二組分當作干擾組分；反之，在測定第二組分時把第一組分當作干擾組分。選擇vλ1(參比波長)和vλ2(測定波長)時，必須使干擾組分在vλ1和vλ2處有相同的吸光度，待測組分在vλ1和vλ2處有較大的吸光度差。由此測得的在兩波長處的吸光度差只與待測組分的濃度成正比，與干擾組分無關。

定性和結構分析

將未知化合物的吸收光譜的形狀、吸收峰的峰數和位置，以及相應的摩爾吸光係數，與純化合物的吸收光譜圖進行比較，如二者非常一致，可認為二者具有相同的髮色團；再與紅外光譜、質譜法、核磁共振譜以及分子量測定、元素分析等結果相配合。即可進一步推斷有機化合物的結構。紫外吸收光譜還可用於推斷空間阻礙效應、氫鍵的強度、互變異構、幾何異構現象等。