摘要 本文介紹了紫外可見分光光度法的發展、原理、特點及應用，并列舉多項實例說紫外可見分光光度法在各個領域中的應用。
關鍵詞 有機分析吸收光譜 紫外可見分光光度法
1.發展
人們在實踐中早已總結出不同顏色的物質具有不同的物理和化學性質。根據物質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，根據物質的顏色深淺程度來對物質的含量進行估計，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不斷改進，又出現自動記錄、自動打印、數字顯示、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展，尤其是在相關學科發展的基礎上，促使分光光度計儀器的不斷創新，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業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。
2.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，每種物質就有其特有的、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。
物質的顏色和它的電子結構有密切的關系，當輻射(光子)引起電子躍遷使分子(或離子)從基態上升到激發態時，分子(或離子)就會在可見區或紫外呈現吸光，顏色的發生或變化是和分子的正常電子結構的變形聯系的。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(除少數放射性元素和惰性元素之外)均可采用此法 。在國際上發表的有關分析的論文總數中，光度法約占28%，我國約占所發表論文總數的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由原來的幾萬提高到數十萬。
(3)選擇性好
目前已有些元素只要利用控制適當的顯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，如采用示差分光光度法進行測量，則誤差可減少到更低。
(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點，因此目前仍廣泛地應用于化工、冶金、地質、醫學、食品、制藥等部門及環境監測系統。單在水質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
根據吸收光譜圖上的一些特征吸收，特別是最大吸收波長和摩爾吸收系數是檢定物質的常用物理參數。這在藥物分析上就有著很廣泛的應用。在國內外的藥典中，已將眾多的藥物紫外吸收光譜的最大吸收波長和摩爾吸收系數載入其中，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，則兩者的光譜圖應完全一致。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。
4.3 比較最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。
4.4 純度檢驗
例1 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。
例2 檢測乙醇樣品含有的苯的雜質。苯的最大吸收波長在256nm，而乙醇在此波長處沒有吸收。在紫外吸收光譜上就能很明顯地看出來。
如果化合物在紫外可見有吸收，可用吸收系數檢測其純度。
例3 還可以用差示法來檢測樣品的純度。取相同濃度的純品在同一溶劑中測定作空白對照，樣品與純品之間的差示光譜就是樣品中含有雜質的光譜。
4.5 推測化合物的分子結構
(1) 推測化合物的共軛體系和部分骨架
如果一個化合物在紫外區是透明的，沒有吸收峰，則說明不存在共軛體系 (指不存在多個相間雙鍵)。它可能是脂肪族碳氫化合物、胺、腈、醇等不含雙鍵或環狀結構的化合物。
如果在210-250nm有強吸收，則可能有兩個雙鍵共軛系統(如共軛二烯或幔-不飽和酮)。
如果在250-300nm有強吸收，則可能具有3-5個不飽和共軛系統。
如果在260-300nm有中強吸收(吸收系數=200-1000)，則可能有苯環。
如果在250-300nm有弱吸收，則可能存在羰基基團
(2) 區分化合物的構型和構象
例4 化合物二苯乙烯有順式和反式兩種構型，它們的最大吸收波長和吸收強度都不同，由于反式構型沒有空間障礙，偶極矩大，而順式構型有空間障礙，因此反式的吸收波長和強度都比順式的來得大。為此就很容易區分順式和反式構型了。
(3)互變異構體的鑒別。
在有機化學中，會有異構體的互變現象，通過紫外光譜也可鑒別。
4.6 氫鍵強度的測定
實驗證明，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。
4.7 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。
4.8 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。在丙酮的溴化反應的動力學研究中就是一個成功的例子。
4.9 在有機分析中的應用
有機分析是一門研究有機化合物的分離、鑒別及組成結構測定的科學，它是在有機化學和分析化學的基礎上發展起來的綜合性學科。在國民經濟的許多領域都用有機分析。
波長在190-800nm的電磁光譜對于判斷有機分子中是否存在共軛體系、芳環結構及C=C、C=O 、N=N之類的發色團是一個很好的手段，具有強烈的吸收，其摩爾吸光系數可達104-105(而紅外吸收光譜的摩爾吸光系數一般均小于103)，因而檢測靈敏度很高。對于一些特列類型的結構，可通過簡單的數學運算確定最大吸收。如果發色團之間不以共軛鍵相連的話，其紫外吸收具有可加性，即總的吸收等于各單獨發色團的吸收之和。用此性質曾成功地推導出利血平及氯霉素的部分結構。一個復雜分子的結構，往往可以由比較化合物的紫外光譜性質而推斷其含有何種發色團，有時還能提供一些立體結構及分子量的一些信息，為未知物的剖析提供有用的線索。以下通過實例說明分光光度法在有機分析中的應用。
例5 氯霉素分子中的硝基首先是由它的紫外光譜而確定的，在紫外光譜中298nm和278nm處出現芳香硝基的特征吸收。
例6 五圓環酮和羧酸酯的紅外特征吸收都在1740cm-1附近，難以區別。但在紫外光譜中只有前者在210nm以上有吸收，從而得以區別。
利用紫外分光光度法進行定量分析時，可將待測試樣的純品配制成一系列標準溶液，事先繪制標準曲線，由待測未知樣品吸光度對照標準曲線，就可得到其含量。當未知物樣品為幾種組分，且這組分的最大吸收峰值互不重疊，則可用聯立方程解之。
結語 紫外可見分光光度法儀器價格低廉適用性廣泛，尤其是采用微機控制以來，該技術得到了突飛猛進的發展。近年來我國儀器制造廠可以生產出與國外等同水平的紫外分光光度計，成為分析者的最佳選擇。
