紫外-可見光譜在水質分析中的應用

董蕾

摘要：紫外-可見吸收光譜是電子光譜，研究分子中電子能級的躍遷。本文介紹了紫外-可見吸收光譜的原理，紫外光譜儀的結構及主要類別，并詳細論述了其在水質中的應用。

關鍵詞：紫外-可見吸收光譜水質分析應用

1 紫外-可見光譜

1.1 概述 紫外-可見光譜[1]（是電子光譜，研究分子中電子能級的躍遷。無外界干擾時，分子處于基態的零位振動能級的幾率最大。分子吸收紫外線后，其價電子會躍遷到激發態。由電子的基態到激發態的許多振動(或轉動)能級都可發生電子能級躍遷，產生一系列波長間隔對應于振動(或轉動)能級間隔的譜線。

紫外光譜包括有幾個譜帶系，不同譜帶相當于不同電子能級躍遷。①遠紫外帶：烷烴化合物吸收帶，如C-C， C-H基團中，為σ→σ* 躍遷，最大吸收波長小于200nm，范圍在10～200nm。②尾端吸收帶：飽和鹵代烴，胺或含雜原子的單鍵化合物的吸收帶，產生n→σ* 躍遷，范圍從遠紫外區末端到近紫外區，在200nm附近。③R帶（Radikal-基團）：共軛分子所含雜原子基團的吸收帶，如C=O，N=O，NO2，N=N等基團，由n-π﹡躍遷產生，為弱吸收帶，ε<100 L·mol-1·cm-1。④K帶（Konjugation共扼）：共軛非封閉體系的π-π*躍遷產生的吸收帶。K帶吸收強度很高，一般ε>10000 L·mol-1·cm-1 。⑤B帶：芳香和雜環化合物π-π*特征吸收帶，ε約300～3000 L·mol-1·cm-1。苯的B帶在230～270nm間，并出現多重峰或精細結構寬吸收帶，但取代芳烴B帶精細結構消失，極性溶劑也使精細結構消失。用來辨認芳香族化合物。芳烴和生色基連接時，就會產生B和K吸收帶，有時還有R吸收帶三者同時存在時則R帶波長更長。⑥E帶：也是芳香結構特征吸收帶，由環共軛的三乙烯鍵的苯型體系中π-π*躍遷產生，分為E1、E2帶。E帶屬強吸收，ε>10000 L·mol-1·cm-1。助色團取代，E波長紅移。生色團取代，E與K吸收帶疊加，產生深色效應，吸收強度增加[2][3]。

紫外光譜一般較簡單，多數化合物只有一兩個吸收帶，易解析，但確定化合物的結構需要經驗計算或查閱標準圖譜。紫外光譜可提供識別未知物分子中可能具有的生色團，助色團和估計共扼程度的信息，對有機化合物結構推斷和鑒別很有用。

1.2 紫外-可見分光光度計 紫外-可見分光光度計就其基本結構來說，是由光源產生的連續輻射，經單色器后獲得單色光，該單色光通過液槽中的待測溶液后，一部分被待測溶液所吸收，未被吸收的光到達光檢測器，由光信號轉變成電信號并加以放大，最后將信號數據顯示并記錄得到譜圖[4]。紫外-可見分光光度計的結構分為光源、單色器、樣品池和檢測器。

1.3 紫外-可見光譜的應用 紫外-可見光區一般用波長（nm）表示。其研究對象大多在200-380nm的近紫外光區和/或380-780nm的可見光區有吸收。紫外-可見吸收測定的靈敏度取決于產生光吸收分子的摩爾吸光系數。該法儀器設備簡單，應用十分廣泛。如醫院的常規化驗中，95%的定量分析都用紫外-可見分光光度法。

2 紫外-可見光譜在水質分析中的應用

紫外分光光度法的基礎是物質對紫外光的選擇性吸收，基于分子里價電子在能級之間的躍遷所產生的吸收，是通過建立紫外光譜數據和水質參數的數學模型，同時在此基礎上，將待測的水樣的紫外光譜數據與其比較，得出相應的水質參數。該法具有分析速度快、重復性好、無污染等特點，近幾年來，在水質分析方面得到了很好的應用。紫外分析的精度主要取決于建立的光譜模型的預測性能，因此提高紫外光譜水質模型的預測精度成為了此種方法的研究重點。紫外吸收法除了與可見吸收光譜一樣，可以進行定量分析，可以測定物質的物理化學常數之外，還可以對物質進行定性的分析以及結構的分析。近年來，紫外可見分光光度法已應用到水質分析的多個參數測定中。以水中總氮的測定為例，可采用過硫酸鉀氧化，使有機氮和無機氮化合物轉化為硝酸鹽后，再用紫外分光光度法分別于波長220nm與275nm處測定其吸光度，從而計算總氮的含量。該方法快速，簡單，已在水質分析中得到了廣泛的應用。

3 展望

除以上介紹的應用以外，還可以將動力學運用到紫外-可見光譜中，利用反應速度參數測定待測物型體原始濃度。動力學分光光度法的特點是靈敏度高(10-6-10-9g/

ml，有的可達10-12g/ml)，可以有效地彌補常規紫外分光光度法的靈敏度相對較低的缺陷。

除此之外，光聲光譜法也是一個很有效的方法。普通的紫外-可見吸收光譜法由于散射及反射的影響，不能得到固體、半固體狀態的生物組織或渾濁液體樣品的理想紫外-可見吸收光譜譜圖。而1970年以后發展起來的光聲光譜法是對樣品反射、散射無響應，可用于含蛋白質和各種膠體物質等高散射特性物質的測定。其靈敏度比普通分光光度法高2-3個數量級，可用于下不透明固體、液體以及氣體的痕量分析，可在紫外可見及紅外區獲得光譜信息，可用于絕緣體、半導體、金屬、半固體狀態的生物組織、粉末、凝膠狀試樣分析。

普通的紫外光譜法靈敏度相對較低，且易受干擾，以上這些技術在紫外光譜中的應用，彌補了其缺陷，將使其在水質分析中的應用更加廣泛。

參考文獻：

[1]朱明華.儀器分析[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]黃量，于德泉.紫外光譜在有機化學中的應用[M].北京：科學出版社，1988.

[3]寧用成.有機化合物結構鑒定與有機波譜學[M].北京：科學出版社，2000.