来源:弗吉尼亚大学 B. 茉莉·文顿博士实验室

紫外-可见(UV-Vis)光谱法是最常用的分析技术之一,因为它具有高度的通用性,几乎能够检测所有分子。在紫外-可见光谱法中,紫外-可见光穿过样品,测量样品对光的透射率。根据透射率(T),可计算吸光度 A = -log(T)。由此获得的吸光度光谱显示了化合物在不同波长下的吸光度。在任一波长处的吸光度大小取决于分子的化学结构。

紫外-可见光谱(UV-Vis)可用于定性分析,通过比对吸收光谱来鉴定官能团或确认化合物的身份。它也可用于定量分析,因为待测物的浓度与吸光度之间遵循朗伯-比尔定律(Beer's Law)。紫外-可见光谱法常用于测定样品中DNA或蛋白质的含量、水质分析,并作为多种色谱技术的检测手段。通过在一段时间内连续进行紫外-可见光谱测量,还可用于测定化学反应的动力学过程。紫外-可见光谱测量通常使用分光光度计完成。此外,由于紫外-可见光谱能够检测多种化合物,因此它也是其他分析技术(如色谱法)中广泛使用的检测器。

通常,紫外-可见光谱法并非最灵敏的光谱技术,因为在较短的光程下吸收的光量较少。其他光谱技术(如荧光光谱法)具有更高的灵敏度,但其适用性不如紫外-可见光谱法广泛,因为大多数分子并不具有荧光特性。紫外-可见光谱法的灵敏度与其他吸光度测量方法(如红外光谱法)相似。

紫外-可见光谱法(UV-Vis)是实验室中最常用的分析技术之一。

在紫外-可见光谱法中,将特定波长的紫外光或可见光照射通过样品。如果样品吸收部分光线,则并非所有光都能通过或被透射。透射率是指透射光强度与入射光强度的比值,其与吸光度相关。吸光度可定量地用于测定样品的浓度,也可定性地通过将测量得到的一定波长范围内的吸光度(即吸光度光谱)与已发表的数据进行比对,从而鉴定化合物。本视频将介绍紫外-可见光谱法,并演示其在实验室中用于测定样品浓度和反应动力学的应用。

当一个光子撞击分子并被吸收时,该分子会从基态跃迁至更高的能级。这两个能级之间的能量差即为带隙。只有当光子的能量恰好与带隙相匹配时,光子才能被吸收。化学结构决定了带隙的大小;因此,每种分子都具有独特的吸收光谱。

吸光度遵循比尔定律,该定律指出吸光度等于摩尔衰减系数乘以光程长度和浓度。摩尔衰减系数与特定化合物对某一特定波长光的吸收能力有关。光程长度是指光通过样品所经过的距离,标准比色皿通常为 1 cm。如果已知吸光系数,可利用比尔定律计算样品浓度,也可使用标准曲线法。

紫外-可见光谱法常被称为一种通用技术,因为大多数分子都能在紫外-可见光波长范围内吸收光。紫外光范围为100–400 nm,可见光谱范围为400–700 nm。然而,大多数分光光度计并不在100–200 nm的远紫外区工作,因为该范围内的光源成本较高。大多数紫外-可见分光光度计在紫外区使用氘灯,其发光范围为170–375 nm;在可见光区使用钨丝灯,其发光范围为350–2,500 nm。

由于光源通常为具有宽波长范围的灯,因此需使用滤光片或单色器来选择特定的吸收波长。单色器是一种将光的波长在空间上分离的装置,然后在所需波长的光位置处设置出口狭缝。通过扫描单色器的波长范围,可以获得完整的吸收光谱。这使得该技术在定量和鉴定多种分子方面具有广泛应用。

在概述了紫外-可见光谱法的基本原理后,让我们来看一下实验室中一个简单的紫外-可见光谱实验。

开始测量前,先打开分光光度计,并让光源预热适当时间以使其稳定。

使用干净的比色皿加入样品溶剂制备空白样,然后用无绒纸擦拭外壁以去除任何指纹。

确保比色皿的磨砂面避开光路,并将其正确对齐后插入分光光度计中。盖紧盖子,防止环境光进入系统。

测量空白样品在单一波长或波长范围内的吸光度。记录或保存该吸光度值,因其必须从样品的吸光度中扣除。

接下来,弃去空白样,用待测样品冲洗比色皿两次。然后,向比色皿中加入约 ? 满的样品。再次擦拭比色皿外壁,确保其清洁且无指纹残留。

将比色皿以正确的方向放入分光光度计中,并盖好盖子。

在与空白样品相同的波长或波长范围内采集吸光度测量值或光谱。如果仪器未自动执行此操作,则减去空白光谱或测量值。

根据采集的吸收光谱,确定最大吸收值,即 ?max。

为了定量样品中分析物的含量,需使用一系列已知浓度的分析物建立标准曲线。有关如何