(整理)紫外可见分光光度计及其应用

科技论文写作期末作业西北民族大学生命科学与工程学院

11级生物技术（1）班

符朝方

学号：P112114841

紫外可见分光光度计及其应用

李诗哲

西北民族大学生命科学与工程学院兰州730100

摘要：紫外可见分光光度计对于分析人员来说是最有用的分析工具之一，几乎每一个分析实验室都离不开紫外可见分光光度计。下面介绍了紫外分光光度计的原理、结构及其特点，并介绍了它在生物领域的应用及其他方面的应用

1引言：紫外可见分光光度计是一类很重要的分析仪器，无论在物理学、化学、生物学、医学、材料学、环境科学等科学研究领域，还是在化工、医药、环境检测、冶金等现代生产与管理行业，紫外可见分光光度计都获得了日益广泛的应用。

2原理：紫外可见分光光度法

紫外可见分光光度法【1】是根据物质分子对波长为200~760nm 的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。操作简单、准确度高、重现性好。波长长的光线能量小，波长短的光线能量大。分光光度测量是关于物质分子对不同波长和特定波长处的辐射吸收程度的测量。物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了人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，每种物质就有其特有的、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。

2.1有机化合物的紫外可见吸收光谱【2】

有机化合物的电子跃迁

与紫外可见吸收光谱有关的电子有三种[[4]，即形成单键的σ电子、形成双键的π电子以及未参与成键的n电子。

跃迁类型有:σ→σ*、n→σ*，π→π*、n→π四种。

饱合有机化合物的电子跃迁类型为σ→σ*，n→σ*跃迁，吸收峰一般出现在真空紫外区，吸收峰低于200nm，实际应用价值不大。不饱合机化合物的电子跃迁类型为n→π*，π→π*跃迁，吸收峰一般大于200nm.

2.2有机化合物的吸收带

吸收带(absorption band):在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位置。根据电子及分子轨道的种类，可将吸收带分为四种类型。

(1)R吸收带

(2)K吸收带

(3)B吸收带

(4)E吸收带

2.3无机化合物的紫外可见吸收光谱

无机化合物的UV-Vis光谱吸收光谱主要有:电荷迁移跃迁及配位场跃迁。

(1)电荷迁移光谱

某些分子既是电子给体，又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。如苯酚基取代物在光作用下的异构反应。

(2)配位跃迁光谱

在配体存在下过渡金属元素5个能量相等的d轨道和斓系、婀系7个能量相等的f轨道裂分，吸收辐射后，低能态的d电子或f 电子可以跃迁到高能态的d或f轨道上去。

绝大多数过渡金属离子都具有未充满的d轨道，按照晶体场理论，当它们在溶液中与水或其他配体生成配合物时，受配体配位场的影响，原来能量相同的d轨道发生能级分裂，产生d-d电子跃迁。必须在配体的配位场作用下才可能产生，所以称为配位场跃迁;配体配位场越强，d轨道分裂能越大，吸收波长越短。吸收系数。max较小(102)，很少用于定量分析;多用于研究配合物结构及其键合理论。

3紫外分光光度计的结构、特点、用途、应用范围

3.1紫外可见分光光度计的结构【3】

紫外可见分光光度计主要由辐射源、单色器、试样容器、检测器和显示装置等部分组成。

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)，氖灯或氢灯(180~460纳米)，或可调谐染料激光光源等。单色器:它由人射、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。

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0.5一10厘米。

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。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。

3.2主要特点:

3.2.1应用广泛

在国际上发表的有关分析的论文中，光度法约占28% 。由于各种各样的无机物和有机物在紫外一可见区域都有吸收，因此均可借此方法加以测定。在食品行业，紫外可见分光光度计被广泛应用于食品检测之中，得到越来越多的重视。

3.2.2仪器价格相对低廉且分析成本低

紫外可见分光光度计价格相对低廉，分析成本低，在使用过程中仪器几乎没有什么耗损。食品企业大多属于中小企业，规模不大且利润薄，降低食品检测费用尤为重要，用紫外可见分光光度计作为主要检测仪器可以大大减轻企业检测成本紫外可见分光光度计具有灵敏度高、选择性好、准确度高、使用浓度范围广、分析成本低、操

作简便、快速、应用广泛等特点。

3.23仪器类型:

紫外可见分光光度计主要分为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三种类型。

3.2.4应用范围:

紫外可见分光光度计主要应用范围有:定量分析、定性和结构分析、反应动力学研究、研究溶液平衡等。

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。

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。反应动力学研究: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。研究溶液平衡:如测定络合物的组成、稳定常

3.2.5操作简便、快速【4】

对一些保质期较短的食品检测要求操作简便、快速，比如鲜牛奶的保质期短(仅1天时间)，对它的检测必须要求简便、快速，用紫外可见分光光度计就可以很好满足此要求。

3.2.6准确度高

对于一般的分光光度法来说，浓度测量的相对误差在

1 %-3%范围内，如采用示差分光光度法测量，则误差往往可减少到千分之几。

4紫外分光光度计在生物领域的应用

4.1光度测量【5】

在食品生产中为了保证有颜色的饮料(如可乐、果汁及茶饮料)产品的颜色一致，可以在可见光区用紫外可见分光光度计来测定其吸光度值，使色差符合产品要求。在发酵业中也可通过测定吸光度值来确定产品的发酵完成程度。对于一些成分比较单一的产品也可通过测定吸光度值来确定产品合格与否。比如，判定营养增强剂维生素B1的质量就可以在400 nm下测定其吸光度值，当其值不超过0.020时，即可确定为合格品。

.2成分的定性分析

物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了人射光中的某些特定波长的光能量，相应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，其吸收光熊量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特性波长处的最大吸收峰(峰值)和波形图来判断某种物质是否存在。在食品生产中会使用一些食品添加剂，为了确定食品添加剂的质量，可以用紫外可见分光光度计对其进行光谱扫描。例如，对食品中涉及的一些复合甜味剂、复合防腐剂和复合鲜味剂等就可以用紫外可见分光光度计进行一个全面扫描以排除违禁添加剂的使用。另外，此方法还可以在物质结构分析方面作为红外光谱(IR)、核磁共振((NMR)、质谱(MS)

等方法的辅助手段。

4.2成分的定量分析【6】

对于食品卫生安全检测中一些含量需要严格控制的成分项目可以用紫外可见分光光度计来准确检测。食品中常用紫外可见分光光度计测定。

4.3 DNA/蛋白分析

DNA/蛋白质为生物大分子，所产生的紫外光吸收往往是其分子内的小基团所引起的，例如嘌呤碱、嘧啶碱、酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和肽键等。嘌呤碱、嘧啶碱以及由它们参与组成的核昔、核苷酸及核酸对紫外光有强烈的吸收，在吸收波长260 nm处有最大吸收值。在蛋白质分子中，酪氨酸(TYR)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸((Trp)残基的苯环含有共扼双键，该共扼双键对紫外光有吸收(其中最大吸收Tyr在吸收波长274 nm; Phe在吸收波长257 nm; Trp在吸收波长280 nm)，从而导致蛋白质对紫外光有吸收。肽键对紫外光的最大吸收在吸收波长238 nm。利用这个特性可以准确、可靠地测定乳制品中蛋白质含量。

二、紫外可见分光光度法在共辘亚油酸定量分析中的应用【7】

采用UV- 9100型紫外可见分光光度计，测定了由植物油脂制得的共扼亚油酸共扼亚油酸甲酯、共扼亚油酸三甘酯在不同浓度时在200nm- 300nm的吸光度，绘制出样品在不同浓度时的吸光度曲线，找出适宜的浓度范围，用Microcal Software Origin Version 4. 0做回归分析，由线性回归给出样品浓度和吸光度的线性关系，为对实验结果进

行检验和校正，采用惠普8452A二极管阵列分光光度计测定了同一批样品在不同浓度范围内的吸光度，利用PEAutosystem XL- Turl>oMass 测得样品中共扼亚油酸准确浓度，结合回归系数给出了用紫外可见分光光度计快速测定样品中共扼亚油酸含量的经验公式。

4.4核酸分析工作中的应用【8】

紫外可见分光光度计在氨基酸分析中的应用, 主要是用来对氨基酸的定量检测。因为氨基酸对紫外光的主要吸收波长为230nm, 所以, 我们只要采用光度测量模式, 将紫外可见分光光度计仪器的波长GOTO 到氨基酸的最大吸收峰230nm 上, 就可测试其吸光度大小, 从而计算出氨基酸的含量。但是, 因为氨基酸分析时, 一般是将它溶解在水中, 而水在230 nm 附近有很多干扰吸收线, 所以, 在用紫外可见分光光度计对氨基酸分析检测时, 要注意防止干扰的问题。此外, 还需注意: 只有少数氨基酸有紫外吸收, 多数氨基酸无紫外吸收或很弱, 测定时要衍生化后再测。

4.5糖类分析测试工作中的应用

紫外可见分光光度计在糖的分析中, 主要是作定量检测。因为糖对紫外光的主要吸收波长为218nm, 所以, 对糖类进行分析时, 只要采用光度测量模式, 将紫外可见分光光度计仪器的波长GOTO 到氨基酸的最大吸收峰218 nm上, 就可测试其吸光度大小, 从而计算出糖的含量。

5紫外可见分光光度计在其他领域的应用

5.1药品分析中的应用

我国和世界上许多国家的药典都明确规定, 许多药品都要求用紫外可见分光光度计作质量控制。因此, 紫外可见分光光度计已是制药行业和药检行业必备的分析仪器。且规定, 用于药品质控的紫外可见分光光度计, 光谱带宽要求在2nm 以下。紫外可见分光光度计在药品检测中的应用已经非常广泛。其中, 使用紫外可见分光光度计分析最多的药物有: 维生素、抗生素、解热药、去痛药、降血压药、安定药、镇咳药、滴眼药、磺胺类药、利尿药、某些妇科药、痢疾药、腹泻药、抗肿瘤药、抗结核药等。

5.2石油油品分析

在石油开采、加工过程中, 石油有可能造成污染。在石油工业生产污水中,一般将排水中石油含量规定为10mg/ L。而在地面水中, 最高允许石油含量为0. 1～0. 3mg/ L。一般石油炼油厂中, 石油所含的芳烃组成是相对稳定的, 所测得标准油品的吸收峰, 都在221～225nm 和251～255nm 处。石油的两个特征吸收峰(225nm 和254nm) 是测定炼油厂污水中的含油量时要选用的吸收波长。另外, 轻油组分( 初馏约180℃) 几乎无明显紫外特征吸收, 而中油( 180～250℃) 和重油(250～280℃) , 以及蒽油( > 280℃) 等组分在225nm 处吸收较强。它代表了石油成分的主峰, 在254nm 处吸收较弱, 有时显示出某种重质油品的特性。这些分析工作, 都用紫外可见分光光度计来进行。还有, 在炼油过程中, 石油在320nm 附近有一个芳烃杂质, 也是必须要用紫外可见分光光度计来检测的。因此, 紫外可见分光光度计是石油工业中非常重要的质量控制仪器。

5.3环境中有害物质检测【9】

环境( 包括空气、水、土壤) 中许多的对人有毒有害物质的检测, 都用到紫外可见分光光度计, 如检测自来水中的木素磺酸、木质素、单宁、表面活性剂、黄腐酸、酚类、苯胺类、硝基酚类化合物等对人体有毒害的物质。有些自来水中, 含有氨氮、亚硝酸盐、总酚、总苯胺、硝基酚类等对人体有毒害的物质, 一般也是用紫外可见分光光度计来检测。我国与水有关的国家标准中, 规定水中的许多物质都要用紫外可见分光光度计来检测。

5.4饲料工业中的应用

饲料的原料、添加剂、混合饲料等中的维生素A、维生素C、维生素E、维生素K、山梨酸、苯甲酸、棉酸、甲酯、乙酸酯、胡萝卜素、烟酸、总氨基酸等微量元素钾、铁、硒、碘、铜、磷、锰等都经常用紫外可见分光光度计来检测( 但通常用原子吸收分光光度计测

定微量元素为宜, 用比色法测定目前已比较少了)。还有, 饲料添加剂中的皮蝇磷、磺胺类药物、灰黄霉素、二甲硝咪唑, 以及普鲁卡因等的测定, 基本上都可用紫外可见分光光度计来进行。

5.5农药及其残留物分析

施加的农药进入土壤中, 一部分被农作物吸收( 如六六六可被

胡萝卜、花生等吸收)、一部分进入大气、一部分流入水中。农药残留包括农药原体、农药的有毒代谢物、农药的降解物和杂质。人们往往只把农药原体看成农药残留量, 忽略了农药原体的代谢物、降解物和杂质。其实, 代谢物、降解物的毒性与原药一样或更严重。例如,

滴滴涕的代谢物为滴滴依, 工业六六六的代谢物为乙体六六六, 农

药1605 的代谢物为1601 , 这些代谢物的毒性都比原体更强。杀虫脒的代谢物的毒性, 比原药大10 倍。许多农药对人体的危害非常大, 如六六六和滴滴涕对人的肝脏组织和肝功能的损害很大, 会引起血

液细胞染色体突变, 有机氯农药能透过胎盘进入胎儿体内, 危害胎儿。有机磷农药、氨基甲酸酯类农药等是神经毒物, 它抑制血液和组织中的乙酰胆碱酯酶的活性, 引起神经功能混乱、出汗、精神错乱、语言失常等病症。

5.6水产品质量控制

紫外可见分光光度计在海水、淡水鱼类、贝类、虾类、海蜇类等的质量控制中已得到非常广泛的应用。如苯、总三卤甲烷、甲苯基三唑、多氯联苯、氟、汞等( 八) 水产品质量控制紫外可见分光光度计在海水、淡水鱼类、贝类、虾类、海蜇类等的质量控制中已得到非常广泛的应用。如苯、总三卤甲烷、甲苯基三唑、多氯联苯、氟、汞等, 目前都采用紫外可见分光光度计作质量控制。人们最可怕的是食物链的富集,

6.发展

分光光度法在分析领域中的应用已经有数十年的历史，至今仍是应用最广泛的分析方法之一。随着分光元器件及分光技术、检测器件与检测技术、大规模集成制造技术等的发展[f}-Al，以及单片机、微处理器、计算机和DSP技术的广泛应用，分光光度计的性能指标不

断提高。紫外可见分光光度计的光、机、电、算等任何一方面的新技术都可能再推动紫外可见分光光度计整体性能的进步。在追求准确、快速、可靠的同时，并向自动化、智能化、高速化和小型化等方向发

展。

参考文献

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【7】倪一、黄梅珍、袁波等.紫外可见分光光度计的发展与现状[J]，现代科学仪器，2004

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