紫外-可见光谱在水质分析中的应用

董蕾

摘要：紫外-可见吸收光谱是电子光谱，研究分子中电子能级的跃迁。本文介绍了紫外-可见吸收光谱的原理，紫外光谱仪的结构及主要类别，并详细论述了其在水质中的应用。

关键词：紫外-可见吸收光谱水质分析应用

1 紫外-可见光谱

1.1 概述 紫外-可见光谱[1]（是电子光谱，研究分子中电子能级的跃迁。无外界干扰时，分子处于基态的零位振动能级的几率最大。分子吸收紫外线后，其价电子会跃迁到激发态。由电子的基态到激发态的许多振动(或转动)能级都可发生电子能级跃迁，产生一系列波长间隔对应于振动(或转动)能级间隔的谱线。

紫外光谱包括有几个谱带系，不同谱带相当于不同电子能级跃迁。①远紫外带：烷烃化合物吸收带，如C-C， C-H基团中，为σ→σ* 跃迁，最大吸收波长小于200nm，范围在10～200nm。②尾端吸收带：饱和卤代烃，胺或含杂原子的单键化合物的吸收带，产生n→σ* 跃迁，范围从远紫外区末端到近紫外区，在200nm附近。③R带（Radikal-基团）：共轭分子所含杂原子基团的吸收带，如C=O，N=O，NO2，N=N等基团，由n-π﹡跃迁产生，为弱吸收带，ε<100 L·mol-1·cm-1。④K带（Konjugation共扼）：共轭非封闭体系的π-π*跃迁产生的吸收带。K带吸收强度很高，一般ε>10000 L·mol-1·cm-1 。⑤B带：芳香和杂环化合物π-π*特征吸收带，ε约300～3000 L·mol-1·cm-1。苯的B带在230～270nm间，并出现多重峰或精细结构宽吸收带，但取代芳烃B带精细结构消失，极性溶剂也使精细结构消失。用来辨认芳香族化合物。芳烃和生色基连接时，就会产生B和K吸收带，有时还有R吸收带三者同时存在时则R带波长更长。⑥E带：也是芳香结构特征吸收带，由环共轭的三乙烯键的苯型体系中π-π*跃迁产生，分为E1、E2带。E带属强吸收，ε>10000 L·mol-1·cm-1。助色团取代，E波长红移。生色团取代，E与K吸收带叠加，产生深色效应，吸收强度增加[2][3]。

紫外光谱一般较简单，多数化合物只有一两个吸收带，易解析，但确定化合物的结构需要经验计算或查阅标准图谱。紫外光谱可提供识别未知物分子中可能具有的生色团，助色团和估计共扼程度的信息，对有机化合物结构推断和鉴别很有用。

1.2 紫外-可见分光光度计 紫外-可见分光光度计就其基本结构来说，是由光源产生的连续辐射，经单色器后获得单色光，该单色光通过液槽中的待测溶液后，一部分被待测溶液所吸收，未被吸收的光到达光检测器，由光信号转变成电信号并加以放大，最后将信号数据显示并记录得到谱图[4]。紫外-可见分光光度计的结构分为光源、单色器、样品池和检测器。

1.3 紫外-可见光谱的应用 紫外-可见光区一般用波长（nm）表示。其研究对象大多在200-380nm的近紫外光区和/或380-780nm的可见光区有吸收。紫外-可见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。该法仪器设备简单，应用十分广泛。如医院的常规化验中，95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。

2 紫外-可见光谱在水质分析中的应用

紫外分光光度法的基础是物质对紫外光的选择性吸收，基于分子里价电子在能级之间的跃迁所产生的吸收，是通过建立紫外光谱数据和水质参数的数学模型，同时在此基础上，将待测的水样的紫外光谱数据与其比较，得出相应的水质参数。该法具有分析速度快、重复性好、无污染等特点，近几年来，在水质分析方面得到了很好的应用。紫外分析的精度主要取决于建立的光谱模型的预测性能，因此提高紫外光谱水质模型的预测精度成为了此种方法的研究重点。紫外吸收法除了与可见吸收光谱一样，可以进行定量分析，可以测定物质的物理化学常数之外，还可以对物质进行定性的分析以及结构的分析。近年来，紫外可见分光光度法已应用到水质分析的多个参数测定中。以水中总氮的测定为例，可采用过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮化合物转化为硝酸盐后，再用紫外分光光度法分别于波长220nm与275nm处测定其吸光度，从而计算总氮的含量。该方法快速，简单，已在水质分析中得到了广泛的应用。

3 展望

除以上介绍的应用以外，还可以将动力学运用到紫外-可见光谱中，利用反应速度参数测定待测物型体原始浓度。动力学分光光度法的特点是灵敏度高(10-6-10-9g/

ml，有的可达10-12g/ml)，可以有效地弥补常规紫外分光光度法的灵敏度相对较低的缺陷。

除此之外，光声光谱法也是一个很有效的方法。普通的紫外-可见吸收光谱法由于散射及反射的影响，不能得到固体、半固体状态的生物组织或浑浊液体样品的理想紫外-可见吸收光谱谱图。而1970年以后发展起来的光声光谱法是对样品反射、散射无响应，可用于含蛋白质和各种胶体物质等高散射特性物质的测定。其灵敏度比普通分光光度法高2-3个数量级，可用于下不透明固体、液体以及气体的痕量分析，可在紫外可见及红外区获得光谱信息，可用于绝缘体、半导体、金属、半固体状态的生物组织、粉末、凝胶状试样分析。

普通的紫外光谱法灵敏度相对较低，且易受干扰，以上这些技术在紫外光谱中的应用，弥补了其缺陷，将使其在水质分析中的应用更加广泛。

参考文献：

[1]朱明华.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]黄量，于德泉.紫外光谱在有机化学中的应用[M].北京：科学出版社，1988.

[3]宁用成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学[M].北京：科学出版社，2000.