紫外-可见分光光度法是在190~800nm
波长范围内测定物质的
吸光度,用于鉴别、杂质检查和定量测定的方法。当光穿过被测物质溶液时,物质对
光的吸收程度随光的波长不同而变化。因此,通过测定物质在不同波长处的吸光度,并绘制其吸光度与波长的关系图即得被测物质的吸收光谱。从
吸收光谱中,可以确定
最大吸收波长λ
max和最小吸收波长λmin。物质的吸收光谱具有与其结构相关的特征性。因此,可以通过特定波长范围内样品的光谱与对照光谱或
对照品光谱的比较,或通过确定最大吸收波长,或通过测量两个特定波长处的吸收比值而鉴别物质。用于定量时,在最大吸收波长处测量一定浓度样品溶液的吸光度,并与一定浓度的
对照溶液的吸光度进行比较或采用吸收
系数法求算出样品溶液的浓度。
原理或术语
光谱法(
spectrometry)是基于物质与
电磁辐射作用时,测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或
散射辐射的波长和强度进行分析的方法。光谱法可分为发射光谱法、
吸收光谱法、散射光谱法;或分为
原子光谱法和分子光谱法;或分为能级谱,电子、振动、
转动光谱,
电子自旋及核自旋谱等。
分光光度法是光谱法的重要组成部分,是通过测定被测物质在特定波长处或一定
波长范围内的
吸光度或
发光强度,对该物质进行定性和定量分析的方法。常用的技术包括紫外-可见分光光度法、
红外分光光度法、
荧光分光光度法和
原子吸收分光光度法等。
紫外-可见分光光度法是在190~800nm波长范围内测定物质的吸光度,用于鉴别、杂质检查和定量测定的方法。
原理如下:
单色
光辐射穿过被测物质溶液时,在一定的浓度范围内被该物质吸收的量与该物质的浓度和液层的厚度(光路长度)成正比,其关系可以用
朗伯-比尔定律表述如下:
式中
A为吸光度;
E为
吸收系数,常用的表示方法 ,其
物理意义为当
溶液浓度为1%(g/ml),液层厚度为1cm时的吸光度数值;
c为100ml溶液中所含物质的重量(按干燥品或
无水物计算),g;
l(L)为液层厚度,cm。
上述公式中吸收系数也可以
摩尔吸收系数ε来表示,其物理意义为溶液浓度c为1
mol/L和液层厚度为1cm时的吸光度数值。在
最大吸收波长处摩尔吸收系数表示为ε
max。
物质对光的
选择性吸收波长,以及相应的吸收系数是该物质的
物理常数。在一定条件下,物质的吸收系数是恒定的,且与入射光的强度、
吸收池厚度及样品浓度无关。当已知某
纯物质在一定条件下的吸收系数后,可用同样条件将该
供试品配成溶液,测定其吸光度,即可由上式计算出供试品中该物质的含量。在
可见光区,除某些物质对光有吸收外,很多物质本身并没有吸收,但可在一定条件下加入显色试剂或经过处理使其显色后再测定,故又称之为
比色分析。
分光光度计
紫外-可见分光光度计由5个部件组成:①
辐射源。必须具有稳定的、有足够
输出功率的、能提供仪器使用波段的
连续光谱,如钨灯、
卤钨灯(
波长范围350~2500纳米),氘灯或
氢灯(180~460纳米),或可调谐染料激光光源等。②
单色器。它由
入射、出射
狭缝、透镜系统和
色散元件(棱镜或光栅)组成,是用以产生高纯度单色光束的装置,其功能包括将光源产生的
复合光分解为单色光和分出所需的单色光束。③试样容器,又称
吸收池。供盛放
试液进行吸光度测量之用,分为石英池和玻璃池两种,前者适用于紫外到可见区,后者只适用于可见区。容器的
光程一般为0.5~10厘米。④
检测器,又称
光电转换器。常用的有
光电管或
光电倍增管,后者较前者更灵敏,特别适用于检测较弱的辐射。近年来还使用
光导摄像管或
光电二极管矩阵作检测器,具有快速扫描的特点。⑤
显示装置。这部分装置发展较快。较高级的光度计,常备有微处理机、
荧光屏显示和
记录仪等,可将图谱、数据和
操作条件都显示出来。
仪器类型则有:单波长单光束直读式
分光光度计,单波长双光束自动记录式分光光度计和双波长
双光束分光光度计。
应用范围包括:①定量分析,广泛用于各种物料中微量、超微量和常量的无机和
有机物质的测定。②定性和
结构分析,紫外
吸收光谱还可用于推断
空间阻碍效应、氢键的强度、
互变异构、
几何异构现象等。③
反应动力学研究,即研究
反应物浓度随时间而变化的
函数关系,测定
反应速度和
反应级数,探讨
反应机理。④研究溶液平衡,如测定
络合物的组成,
稳定常数、酸碱
离解常数等。
仪器校正检定
1. 波长
由于
环境因素对机械部分的影响,仪器的波长经常会略有变动,因此除应定期对所用的仪器进行全面校正检定外,还应于测定前校正测定波长。常用
汞灯中的较强
谱线237.83nm,253.65nm,275.28nm,296.73nm,313.16nm,334.15nm,365.02nm,404.66nm,435.83nm,546.07nm与576.96nm;或用仪器中氘灯的486.02nm与656.10nm谱线进行校正;
钬玻璃在波长279.4nm,287.5nm,333.7nm,360.9nm,418.5nm,460.0nm,484.5nm,536.2nm与637.5nm处有尖锐
吸收峰,也可作波长校正用,但因来源不同或随着时间的推移会有微小的变化,使用时应注意;近年来,常使用
高氯酸钬溶液校正双光束仪器,以10%高氯酸溶液为溶剂,配制含
氧化钬(Ho203)4%的溶液,该溶液的吸收峰波长为241.13nm,278.10nm,287.18nm,333.44nm,345.47nm,361.31nm,416.28nm,451.30nm,485.29nm,536.64nm 和640.52nm。
仪器波长的
允许误差为:
紫外光区±1nm,500nm附近±2nm。
可用
重铬酸钾的
硫酸溶液检定。取在120℃干燥至恒重的基准重铬酸钾约60mg,精密称定,用0.005
mol/L硫酸溶液溶解并稀释至1000ml,在规定的波长处测定并计算其
吸收系数,并与规定的吸收系数比较,应符合表中的规定。中未显示公式吸收系数 。
可按下表所列的试剂和浓度,配制成水溶液,置1cm石英吸收池中,在规定的波长处测定
透光率,应符合表中的规定。
对溶剂要求
含有杂原子的
有机溶剂,通常均具有很强的
末端吸收。因此,当作溶剂使用时,它们的使用范围均不能小于截止使用波长。例如
甲醇、
乙醇的截止使用波长为205nm 。另外,当溶剂不纯时,也可能增加干扰吸收。因此,在测定
供试品前,应先检查所用的溶剂在供试品所用的波长附近是否符合要求,即将溶剂置1cm石英吸收池中,以空气为空白(即空白光路中不置任何物质)测定其吸光度。溶剂和吸收池的吸光度,在220~240nm 范围内不得超过0.40,在241~250nm范围内不得超过0.20,在251~300nm范围内不得超过0.10,在300nm以上时不得超过0.05。
测定法
测定时,
除另有规定外,应以配制
供试品溶液的同批溶剂为
空白对照,采用1cm的石英吸收池,在规定的吸收峰波长±2nm以内测试几个点的吸光度,或由仪器在规定波长附近
自动扫描测定,以核对供试品的吸收峰波长位置是否正确,除另有规定外,吸收峰波长应在该品种项下规定的波长±2nm以内,并以吸光度最大的波长作为测定波长。一般供试品溶液的
吸收度读数,以在0.3~0.7之间为宜。仪器的
狭缝波带宽度宜小于供试品
吸收带的半宽度的十分之一,否则测得的吸光度会偏低;狭缝宽度的选择,应以减小狭缝宽度时供试品的吸收度不再增大为准,由于吸收池和溶剂本身可能有空白吸收,因此测定供试品的吸光度后应减去
空白读数,或由仪器自动扣除空白读数后再计算含量。
当溶液的pH值对测定结果有影响时,应将供试品溶液的pH值和
对照品溶液的pH值调成一致。
1. 鉴别和检查 分别按各品种项下规定的方法进行。
2. 含量测定 一般有以下几种方法。
(1)对照品比较法
按各品种项下的方法,分别配制供试品溶液和对照品溶液,对照品溶液中所含被测成分的量应为供试品溶液中被测成分规定量的100%±10%,所用溶剂也应完全一致,在规定的波长测定供试品溶液和对照品溶液的吸光度后,按下式计算供试品中被测溶液的浓度∶
cx=(Ax/Ar)cr
式中 cx为供试品溶液的浓度;
Ax为供试品溶液的吸光度;
cr为对照品溶液的浓度;
Ar为对照品溶液的吸光度。
(2)吸收系数法
按各品种项下的方法配制供试品溶液,在规定的波长处测定其吸光度,再以该品种在
规定条件下的吸收系数计算含量。用本法测定时,吸收系数通常应大于100,并注意仪器的校正和检定。
计算分光光度法有多种,使用时应按各品种项下规定的方法进行。当吸光度处在
吸收曲线的陡然上升或下降的部位测定时,波长的微小变化可能对测定结果造成显著影响,故对照品和供试品的测试条件应尽可能一致。计算分光光度法一般不宜用作含量测定。
供试品本身在紫外-可见光区没有强吸收,或在紫外光区虽有吸收但为了避免干扰或提高灵敏度,可加入适当的
显色剂,使反应产物的最大吸收移至可见光区,这种测定方法称为比色法。
用比色法测定时,应取数份梯度量的对照品溶液,用溶剂补充至同一体积,显色后,以相应试剂为空白,在各品种规定的波长处测定各份溶液的吸光度,以吸光度为
纵坐标,浓度为
横坐标绘制
标准曲线,再根据供试品的吸光度在标准曲线上查得其相应的浓度,并求出其含量。
也可取对照品溶液与供试品溶液同时操作,显色后,以相应的试剂为空白,在各品种规定的波长处测定对照品和供试品溶液的吸光度,按上述(1)法计算供试品溶液的浓度。
除另有规定外,
比色法所用空白系指用同体积溶剂代替对照品或供试品溶液,然后依次加入等量的相应试剂,并用同样方法处理制得。