1.概述

人們在實踐中早已總結(jié)出不同顏色的物質(zhì)具有不同的物理和化學性質(zhì)。根據(jù)物質(zhì)的這些特性可對它進行有效的分析和判別。由于顏色本就惹人注意，根據(jù)物質(zhì)的顏色深淺程度來對物質(zhì)的含量進行估計，可追溯到古代及中世紀。1852年，比爾(Beer)參考了布給爾(Bouguer)1729年和朗伯(Lambert)在1760年所發(fā)表的文章，提出了分光光度的基本定律，即液層厚度相等時，顏色的強度與呈色溶液的濃度成比例，從而奠定了分光光度法的理論基礎，這就是著名的比爾朗伯定律。1854年，杜包斯克(Duboscq)和奈斯勒(Nessler)等人將此理論應用于定量分析化學領域，并且設計了第一臺比色計。到1918年，美國國家標準局制成了第一臺紫外可見分光光度計。此后，紫外可見分光光度計經(jīng)不斷改進，又出現(xiàn)自動記錄、自動打印、數(shù)字顯示、微機控制等各種類型的儀器，使光度法的靈敏度和準確度也不斷 提高，其應用范圍也不斷擴大。

紫外可見分光光度法從問世以來，在應用方面有了很大的發(fā)展，尤其是在相關學科發(fā)展的基礎上，促使分光光度計儀器的不斷創(chuàng)新，功能更加齊全，使得光度法的應用更拓寬了范圍。目前，分光光度法已為工農(nóng)業(yè)各個部門和科學研究的各個領域所廣泛采用，成為人們從事生產(chǎn)和科研的有力測試手段。我國在分析化學領域有著堅實的基礎，在分光光度分析方法和儀 器的制造方面國際上都已達到一定的水平［1］［2］

2.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)就有其特有的、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。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)學表示式如下：

A= 錬c

式中：A—吸光度(又稱光密度、消光值)，

?—摩爾吸光系數(shù)(其物理意義為：當吸光物質(zhì)濃度為1摩爾/升，吸收池厚為1厘米，以一定波長原光通過時，所引起的吸光值A)，b—吸收介質(zhì)的厚度(厘米)，c—吸光物質(zhì)的 濃度(摩爾/升)。

物質(zhì)的顏色和它的電子結(jié)構(gòu)有密切的關系，當輻射(光子)引起電子躍遷使分子(或離子)從基態(tài)上升到激發(fā)態(tài)時，分子(或離子)就會在可見區(qū)或紫外呈現(xiàn)吸光，顏色的發(fā)生或變化是和分子的正常電子結(jié)構(gòu)的變形聯(lián)系的。當分子中含有一個或更多的生色基因(即具有不飽和鍵的原子基團)，輻射就會引起分子中電子能量的改變。常見的生色團有：

CO， -N=N-， -N=O，-C N，CS

如果兩個生色團之間隔一個碳原子，則形成共軛基團，會使吸收帶移向較長的波長處(即紅移)，且吸收帶的強度顯著增加。當分子中含有助色基團(有未共用電子對的基團)時，也會 產(chǎn)生紅移效應。常見的助色基團有：-OH -NH2，-SH， -Cl, -Br, -I

3.特點

分光光度法對于分析人員來說，可以說是最有用的工具之一。幾乎每一個分析實驗室都離不開紫外可見分光光度計。分光光度法的主要特點為：

(1)應用廣泛

由于各種各樣的無機物和有機物在紫外可見區(qū)都有吸收，因此均可借此法加以測定。到目前為止，幾乎化學元素周期表上的所有元素(除少數(shù)放射性元素和惰性元素之外)均可采用此法。在國際上發(fā)表的有關分析的論文總數(shù)中，光度法約占28%，我國約占所發(fā)表論文總數(shù)的33% 。

(2)靈敏度高

由于新的顯色劑的大量合成，并在應用研究方面取得了可喜的進展，使得對元素測定的靈敏度有所推進，特別是有關多元絡合物和各種表面活性劑的應用研究，使許多元素的摩爾吸光 系數(shù)由原來的幾萬提高到數(shù)十萬。

(3)選擇性好

目前已有些元素只要利用控制適當?shù)娘@色條件就可直接進行光度法測定，如鈷、鈾、鎳、銅、銀、鐵等元素的測定，已有比較滿意的方法了。

(4)準確度高

對于一般的分光光度法，其濃度測量的相對誤差在1～3%范圍內(nèi)，如采用示差分光光度法進行測量，則誤差可減少到0.X%。

(5) 適用濃度范圍廣

可從常量(1%～50%)(尤其使用示差法)到痕量(10-8～10-6%)(經(jīng)預富集后)。

(6) 分析成本低、操作簡便、快速

由于分光光度法具有以上優(yōu)點，因此目前仍廣泛地應用于化工、冶金、地質(zhì)、醫(yī)學、食品、制藥等部門及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。單在水質(zhì)分析中的應用就很廣，目前能有直接法和間接法測定 的金屬和非金屬元素就有70多種。

4 應用

4.1 檢定物質(zhì)

根據(jù)吸收光譜圖上的一些特征吸收，特別是最大吸收波長雖ax和摩爾吸收系數(shù)澹是檢定物質(zhì)的常用物理參數(shù)。這在藥物分析上就有著很廣泛的應用。在國內(nèi)外的藥典中，已將眾多的藥物紫外吸收光譜的最大吸收波長和吸收系數(shù)載入其中，為藥物分析提供了很好的 手段。

4.2 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)，則兩者的光譜圖應完全一致。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。

4.3 比較最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)。

例1 己二烯-1，5(CH2=CHCH2CH2=CH2)的最大吸收波長雖ax為178nm(摩爾吸收系數(shù)為26000)，而己烯-1(CH2=CHCH2CH2CH2CH3)的最大吸收波長為雖ax為177nm(摩爾吸收系數(shù)邐11800)。此兩個物質(zhì)有相同的發(fā)色團，雖ax值基本相同，但值不同，二烯的逯當鵲ハ┑拇?。震~得饔邢嗤牡舜瞬還查畹姆⑸牛湮詹ǔそ詠于單個發(fā)色團的值，但逯翟蛩嫦嗤⑸攀康腦黽傭黽?。染J屑父齜⑸瘧舜斯查，則吸收長向紅移動。象丁二烯-1，3(CH2=CHCH=CH2)與己二烯-1，5(CH2=CHCH2CH2CH=CH2)相比，同樣有兩個雙鍵，但丁二烯-1，3中為共軛體系，它的最大吸收長雖ax為210nm，而摩爾吸收系數(shù)逯翟蠐爰憾-1，5基本一樣。

4.4 純度檢驗

例2 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)。