紫外可見分光光度計的結構原理和應用

一般地，紫外可見分光光度計主要由光源系統、單色器系統、樣品室、檢測系統組成，如圖1所示。光源發出的復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，被轉變為電信號，經電子電路的放大和數據處理后，通過顯示系統給出測量結果。

圖一： 紫外可見分光光度計結構

分光光度計的主要部件如下：

光源：發出所需波長范圍內的連續光譜，有足夠的光強度，穩定。可見光區：鎢燈，碘鎢燈(320～2500nm)紫外區：氫燈，氘燈(180～375nm)；氙燈：紫外、可見光區均可用作光源。

單色器：將光源發出的連續光譜分解為單色光的裝置。

棱鏡：依據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生衍射和干涉現象而分光。

吸收池：用于盛待測及參比溶液。可見光區：光學玻璃池；紫外區：石英池。

檢測器：利用光電效應，將光能轉換成電流訊號。光電池，光電管，光電倍增管。

檢流計（指示器）：刻度顯示或數字顯示、自動掃描記錄。

紫外分光光度計的原理

物質的吸收光譜本質上就是物質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，相應地發生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結果。由于各種物質具有各自不同的分子、原子和不同的分子空間結構，其吸收光能量的情況也就不會相同，因此，每種物質就有其*的、固定的吸收光譜曲線，可根據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物質的吸收光譜研究物質的成分、結構和物質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。即物質在一定濃度的吸光度與它的吸收介質的厚度呈正比，其數學表示式如下

A=abc

A—吸光度；a—摩爾吸光系數；b—吸收介質的厚度；c—吸光物質的濃度。

光學系統原理

由光源鎢燈和氘燈發出的復合光經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準直鏡M2調焦，會聚通過出射狹縫，光束到達斬光器時，一段時間內的光射成為參比光路，另一段時間內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光學系統原理圖

電器系統原理

光電倍增管檢測出的信號經由前置放大器，驅動卡傳遞給微機控制器，由微機控制器推動驅動卡居中協調各部分，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用

1.檢定物質

根據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ε，是檢定物質的常用物理參數。

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，則兩者的光譜圖應*一致。如果沒有標樣，也可以和現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的發色團在紫外區產生的吸收，與分子和其它部分關系不大。具有相同發色團的不同分子結構，在較大分子中不影響發色團的紫外吸收光譜，不同的分子結構有可能有相同的紫外吸收光譜，但它們的吸收系數是有差別的。如果分析樣品和標準樣品的吸收波長相同，吸收系數也相同，則可認為分析樣品與標準樣品為同一物質。

4.反應動力學研究

借助于分光光度法可以得出一些化學反應速度常數，并從兩個或兩個以上溫度條件下得到的速度數據，得出反應活化能。

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。如果化合物的紫外可見光區沒有明顯的吸收峰，而它的雜質在紫外區內有較強的吸收峰，就可以檢測出化合物中的雜質。

6.氫鍵強度的測定

不同的極性溶劑產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.絡合物組成及穩定常數的測定

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