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紫外可见分光光度计的结构原理和应用
  • 发布日期:2018-08-29      浏览次数:4624
    • 紫外可见分光光度计的结构原理和应用

       

      一般地,紫外可见分光光度计主要由光源系统、单色器系统、样品室、检测系统组成,如图1所示。光源发出的复合光通过单色器被分解成单色光,当单色光通过样品室时,一部分被样品吸收,其余未被吸收的光到达检测器,被转变为电信号,经电子电路的放大和数据处理后,通过显示系统给出测量结果。

      紫外可见分光光度计

      图一: 紫外可见分光光度计结构

      分光光度计的主要部件如下:

      光源:发出所需波长范围内的连续光谱,有足够的光强度,稳定。可见光区:钨灯,碘钨灯(320~2500nm)紫外区:氢灯,氘灯(180~375nm);氙灯:紫外、可见光区均可用作光源。

      单色器:将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。

      棱镜:依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。

      光栅:在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。

      吸收池:用于盛待测及参比溶液。可见光区:光学玻璃池;紫外区:石英池。

      检测器:利用光电效应,将光能转换成电流讯号。光电池,光电管,光电倍增管。

      检流计(指示器):刻度显示或数字显示、自动扫描记录。

      紫外分光光度计的原理

      物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量,相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构,其吸收光能量的情况也就不会相同,因此,每种物质就有其*的、固定的吸收光谱曲线,可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量,这就是分光光度定性和定量分析的基础。

      分光光度分析就是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。紫外可见分光光度法的定量分析基础是朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。即物质在一定浓度的吸光度与它的吸收介质的厚度呈正比,其数学表示式如下

      A=abc

      A—吸光度;a—摩尔吸光系数;b—吸收介质的厚度;c—吸光物质的浓度。

      光学系统原理

      由光源钨灯和氘灯发出的复合光经由步进电机控制带动反光镜M1,反射通过入射狭缝,并进入单色器中,光栅衍射出的单色光经准直镜M2调焦,会聚通过出射狭缝,光束到达斩光器时,一段时间内的光射成为参比光路,另一段时间内的光透射成为样品光路。后两光交替地照射在检测器(光电倍增管),如图2所示。

      紫外分光光度计原理

      图2光学系统原理图

      电器系统原理

      光电倍增管检测出的信号经由前置放大器,驱动卡传递给微机控制器,由微机控制器推动驱动卡居中协调各部分,如图3所示。

      分光光度计

      图3 电气原理图

      分光光度法对于分析人员来说,可以说是常用和有效的工具之一。几乎每一个分析实验室都离不开紫外可见分光光度计。

      紫外可见分光光度计的应用

      1.检定物质

      根据吸收光谱图上的一些特征吸收,特别是大吸收波长λ max和摩尔吸收系数ε,是检定物质的常用物理参数。

      2.与标准物及标准图谱对照

      将分析样品和标准样品以相同浓度配制在同一溶剂中,在同一条件下分别测定紫外可见吸收光谱。若两者是同一物质,则两者的光谱图应*一致。如果没有标样,也可以和现成的标准谱图对照进行比较。这种方法要求仪器准确,精密度高,且测定条件要相同。

      3.比较大吸收波长吸收系数的一致性

      由于紫外吸收光谱只含有2~3个较宽的吸收带,而紫外光谱主要是分子内的发色团在紫外区产生的吸收,与分子和其它部分关系不大。具有相同发色团的不同分子结构,在较大分子中不影响发色团的紫外吸收光谱,不同的分子结构有可能有相同的紫外吸收光谱,但它们的吸收系数是有差别的。如果分析样品和标准样品的吸收波长相同,吸收系数也相同,则可认为分析样品与标准样品为同一物质。

      4.反应动力学研究

      借助于分光光度法可以得出一些化学反应速度常数,并从两个或两个以上温度条件下得到的速度数据,得出反应活化能。

      5.纯度检验

      紫外吸收光谱能测定化合物中含有微量的具有紫外吸收的杂质。如果化合物的紫外可见光区没有明显的吸收峰,而它的杂质在紫外区内有较强的吸收峰,就可以检测出化合物中的杂质。

      6.氢键强度的测定

      不同的极性溶剂产生氢键的强度也不同,这可以利用紫外光谱来判断化合物在不同溶剂中氢键强度,以确定选择哪一种溶剂。

      7.络合物组成及稳定常数的测定

      金属离子常与有机物形成络合物,多数络合物在紫外可见区是有吸收的,我们可以利用分光光度法来研究其组成。