紫外可見吸收光度計工作原理

一、紫外可見吸收光譜的產生

紫外可見吸收光度計是基于紫外可見吸收光譜而進行分析的，因此，有必要首先了解紫外可見吸收光譜的產生。

紫外可見吸收光譜是由分子的外層價電子躍遷產生的，屬分子吸收光譜，也稱電子光譜。它與原子光譜的窄吸收帶不同。由于每種電子能級的躍遷會伴隨若干振動和轉動能級的躍遷，使分子光譜呈現比原子光譜復雜得多的寬帶吸收。

物質對光的吸收是物質與輻射能相互作用的一種形式。射入物質的光子能量與物質的基態和激發態能量差相等時才會被吸收。由于吸光物質的分子(或離子)只有有限數量的、量子化的能級，物質對光的吸收在波長上具有選擇性。能被某種物質吸收的波長，稱之為該物質的特征吸收波長。在日常生活中看到各種溶液呈現不同的顏色，就是它們對可見光的波長選擇性吸收的結果。

如果逐漸改變射入物質的波長并同時記錄下該物質對每種波長光的吸收程度或透射程度，以波長為橫坐標，以吸光度(即指吸收程度)或透射率(指透射程度)為縱坐標描出連續的吸光度-波長(或透射率-波長)曲線，就是該物質在實驗波長范圍內的吸收光譜圖(吸收曲線)。

物質分子由于對紫外可見區的光有選擇性吸收而使分子內電子躍遷產生波長位于紫外-可見區的吸收光譜。在紫外和可見光區范圍內，有機化合物的吸收帶主要由。δ→δ*、π→π*、n一δ*、n→π*及電荷遷移產生。無機化合物的吸收帶主要由電荷遷移和配位場躍遷產生。

基態有機化合物的價電子包括成鍵δ電子、成鍵π電子和非鍵電子(以n表示)。分子的空軌道包括反鍵δ*。軌道和反鍵π*軌道，因此，可能產生的躍遷有δ→δ*、π→π*、n一δ*、n→π*等。

由于電子躍遷的類型不同，實現躍遷需要的能量不同，因而吸收的波長范圍也不相同。除電子躍遷外，電荷遷移躍遷也可產生紫外可見吸收光譜。電荷遷移吸收光譜是指用電磁輻射照射化合物時，電子從給予體向與接受體相聯系的軌道上躍遷，而產生相應的吸收光譜。例如，某些取代芳烴可產生分子內電荷遷移躍遷吸收帶。電荷遷移吸收帶的譜帶較寬，但一般吸收強度較大。

產生無機化合物電子光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場躍遷。電荷遷移吸收光譜譜帶最大的特點是摩爾吸收系數較大。許多“顯色反應”是應用這類譜帶進行定量分析，以提高檢測靈敏度。配位場躍遷光譜一般位于可見光區，吸收譜帶的摩爾吸收系數小，一般不用于定量分析。

二、定性原理

由于不同的物質對不同波長光有不同的吸收度，其吸收曲線形狀和最大吸收波長λmax不同；但同一種物質即使濃度不同，其吸收曲線形狀仍相似、λmax不變。因此，根據光譜圖上吸收光譜的形狀等特征就可以進行定性分析，吸收曲線是物質定性的基礎。

但由于溶劑對電子光譜有較大的影響，且影響較為復雜。改變溶劑的極性，會引起吸收帶形狀的變化。例如，當溶劑的極性由非極性改變到極性時，大多數化合物的紫外可見吸收光譜精細結構消失，吸收帶變得更為平滑。改變溶劑的極性，還會使吸收帶的最大吸收波長λmax發生變化。因此，在采用紫外可見吸收光譜進行定性分析時，應注意考慮溶劑等條件。此外，由于相當數量化合物的紫外可見吸收光譜本身的特征性不明顯，紫外可見分光光度計一般不單獨用于對未知化合物定性，而作為一種輔助的定性手段。

三、定量原理

Botlguer和Lambet先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度A與吸收層厚度b成正比：A∝6；1852年Beer提出了光的吸收程度A與吸收物濃度c成正比：A∝C；二者的結合稱為朗伯-比耳定律，其數學表達式為：

A=一lgT=lg(Io／It)=εbc

式中A——吸光度，表示溶液對光的吸收程度；

b——液層厚度(光程長度)，cm；

c——溶液的物質的量濃度，mol／L；

ε——摩爾吸光系數，L／(mol·cm)；

T——透光率，%；

Io—入射光的強度；

It——入射光通過溶液光的強度。

ε表示物質在一定波長和溶劑條件下的特征常數；與入射光波長、溶液的性質有關，與濃度無關，可作為定性鑒定的參數。ε表示物質對某一特定波長光的吸收能力，愈大表示吸收能力愈強，測定的靈敏度就愈大，在最大吸收波長λmax。處的摩爾吸光系數，常以εmax表示，εmax表明了該吸收物質最大限度的吸光能力，因此，為了提高測定的靈敏度，必須選擇ε大的有色化合物、選擇具有εmax；的波長的光作入射光。

朗伯-比耳定律是吸光光度法定量測定的理論基礎，應用于各種光度法的吸收測量。嚴格地說，該定律只適用于稀溶液和只適用于單色光。在一定的高濃度和采用過寬入射波長時，可能導致吸光度和濃度間的線性關系偏離朗伯-比耳定律。