紫外-可见分光光度计基础知识(一)
2017-11-08
紫外-可见分光光度计基础知识(一)
紫外可见分光光度计
紫外-可见分光光度计(UV)引用新型技术,其功能强大,采用单色器技术,波长范围190-1100nm,是各种涉及水和废水分析领域的通用仪器,应用范围包括市政和工业废水,饮用水,加工过程用水,地表水,冷却水和锅炉补给水等。
在水和废水监测中的应用,对于一个水系的监测分析和综合评价,一般包括水相(溶液本身)、固相(悬浮物、底质)、生物相(水生生物)。在水质的常规监测中,紫外可见分光光度法占有较大的比重。由于水和废水的成分复杂多变,待测物的浓度和干扰物的浓度差别很大,在具体分析时必须选择好分析方法。
在农产品和食品分析中可用于检测的组分或成分有蛋白质、赖氨酸、葡萄糖、维生素C、硝酸盐、亚硝酸盐、砷、汞等;
在植物生化分析中可用于检测叶绿素、全氮和酶的活力等;
在饲料分析中可用于检测烟酸、棉酚、磷化氢和甲酯等。
紫外可见吸收光谱主要产生于分子价电子在能级间的跃迁。利用一定频率的紫外--可见光照射被分析的物质,引起分子中价电子的跃迁,它将有选择地被吸收。吸收光谱可以反映出物质的特征。它对物质进行定性分析、定量分析及结构分析, 所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。
按所吸收光的波长区域不同,分为紫外分光光度法和可见分光光度法,合称为紫外-可见分光光度法。
溶液对光的作用示意图:
溶液对光吸收示意图:
光吸收遵循朗伯-比尔定律:
I0--入射光辐射强度、I-- 透射光辐射强度、T --透射比、a--吸光系数、ε--摩尔吸光系数。
组成:光源、单色器,狭缝、样品池、检测器
1.光源:
①能提供连续的辐射;②光强度足够大;③在整个光谱区内光谱强度不随波长有明显变化;④光谱范围宽;⑤使用寿命长,价格低。 钨灯——可见光区 320~2500nm
氢灯或氘灯——紫外光区 195-375nm
2.单色器:包括狭缝、准直镜、色散元件
单色器是分光光度计的心脏部分,它的作用是把来自光源的混合光分解为单色光并能随意改变波长。它的主要组成部件和作用是:
①入射狭缝——限制杂散光进入。
②色散元件——即棱镜或光栅,是核心部件,可将混合光分解为单色光。 ③准直镜——把来自入射狭缝的光束转化为平等光,并把来自色散元件的平等光聚焦于出射狭缝上。
④出射狭缝——只让特定波长的光射出单色器。
3. 吸收池
玻璃—由于吸收紫外UV光,仅适用于可见光区;石英—适用于紫外和可见光区。
4 检测器
检测器的作用是检测光信号,并将光信号转变为电信号。现今使用的分光光度计大多采用光电管或光电倍增管作为检测器。
5.记录装置:常用的信号显示装置有直读检流计,电位调节指零装置,以及自动记录和数字显示装置等。
按其光学系统可分为单波长分光光度计和双波长分光光度计。
单波长单光束分光光度计:
特点:使用时来回拉动吸收池、对光源要求高、比色池配对
单波长双光束分光光度计:
特点:不用拉动吸收池、可以减小移动误差、对光源要求不高、
可以自动扫描吸收光谱。
双波长分光光度计:
特点:
利用吸光度差值定量、消除干扰和吸收池不匹配引起的误差。
一、 仪器测量条件的选择
1.适宜的吸光度范围
由朗伯-比尔定律可知:
A=lg1/T=εcl
微分后得:
dlgT=0.4343dT/T= -εldc
或 0.4343ΔT/T= -εlΔc
代入朗伯-比尔定律有:
Δc/c=0.4343ΔT/TlgT
要使测定的相对误差Δc/c最小,求导取极小得出:
lgT=-0.4343=A
即当A=0.4343时,吸光度测量误差最小。
最适宜的测量范围为0.2~0.8之间。
二、入射光波长的选择
通常是根据被测组分的吸收光谱,选择最强吸收带的最大吸收波长为入射波长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时,往往选用吸收稍低,峰形稍平坦的次强峰或肩峰进行测定。
三、狭缝宽度的选择
为了选择合适的狭缝宽度,应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增加为准。一般来说,狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之一。
四、显色反应条件的选择
对多种物质进行测定,常利用显色反应将被测组分转变为在一定波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位反应、氧化还原反应等。这些显色反应,必须满足以下条件:
1.反应的生成物必须在紫外-可见光区有较强的吸光能力,即摩尔吸光系数较大;
2.反应有较高的选择性,即被测组分生成的化合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的差别;
3. 反应生成的产物有足够的稳定性,以保证测量过程中溶液的吸光度不变;
4.反应生成物的组成恒定。
五、参比溶液的选择
测定试样溶液的吸光度,需先用参比溶液调节透光度(吸光度为0)为100%,以消除其它成分及吸光池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测定误差。参比溶液的选择视分析体系而定,具体有:
1.溶剂参比:试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱,只考虑消除溶剂与吸收池等因素
2.试样参比:如果试样基体溶液在测定波长有吸收,而显色剂不与试样基体显色时,可按与显色反应相同的条件处理试样,只是不加入显色剂。
3.试剂参比:如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收,按显色反应相同的条件,不加入试样,同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。
4. 平行操作参比:用不含被测组分的试样,在相同的条件下与被测试样同时进行处理,由此得到平行操作参比溶液。
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