紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)及其應(yīng)用

1、 科技論文寫作期末作業(yè) 西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院 11級(jí)生物技術(shù)（1）班 符朝方 學(xué)號(hào)：P112114841紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)及其應(yīng)用 李詩(shī)哲 西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院 蘭州 730100 摘要：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)于分析人員來(lái)說(shuō)是最有用的分析工具之一，幾乎每一個(gè)分析實(shí)驗(yàn)室都離不開(kāi)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。下面介紹了紫外分光光度計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，并介紹了它在生物領(lǐng)域的應(yīng)用及其他方面的應(yīng)用 1引言：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)是一類很重要的分析儀器，無(wú)論在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境科學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域，還是在化工、醫(yī)藥、環(huán)境檢測(cè)、冶金等現(xiàn)代生產(chǎn)與管理行業(yè)，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)都獲得了

2、日益廣泛的應(yīng)用。2原理：紫外可見(jiàn)分光光度法 紫外可見(jiàn)分光光度法【1】是根據(jù)物質(zhì)分子對(duì)波長(zhǎng)為200760nm的電磁波的吸收特性所建立起來(lái)的一種定性、定量和結(jié)構(gòu)分析方法。操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好。波長(zhǎng)長(zhǎng)的光線能量小，波長(zhǎng)短的光線能量大。分光光度測(cè)量是關(guān)于物質(zhì)分子對(duì)不同波長(zhǎng)和特定波長(zhǎng)處的輻射吸收程度的測(cè)量。物質(zhì)的吸收光譜本質(zhì)上就是物質(zhì)中的分子和原子吸收了人射光中的某些特定波長(zhǎng)的光能量，相應(yīng)地發(fā)生了分子振動(dòng)能級(jí)躍遷和電子能級(jí)躍遷的結(jié)果。由于各種物質(zhì)具有不同的分子、原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光能量的情況也就不會(huì)相同，因此，每種物質(zhì)就有其特有的、固定的吸收光譜曲線，可根據(jù)吸收光譜上的某些特征波長(zhǎng)

3、處的吸光度的高低判別或測(cè)定該物質(zhì)的含量，這是分光光度定性和定量分析的基礎(chǔ)。分光光度分析就是根據(jù)物質(zhì)的吸收光譜研究物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和物質(zhì)間相互作用的有效手段。2.1有機(jī)化合物的紫外可見(jiàn)吸收光譜【2】有機(jī)化合物的電子躍遷 與紫外可見(jiàn)吸收光譜有關(guān)的電子有三種4，即形成單鍵的電子、形成雙鍵的電子以及未參與成鍵的n電子。 躍遷類型有:*、n*，*、n四種。 飽合有機(jī)化合物的電子躍遷類型為*，n*躍遷，吸收峰一般出現(xiàn)在真空紫外區(qū)，吸收峰低于200nm，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大。不飽合機(jī)化合物的電子躍遷類型為n*，*躍遷，吸收峰一般大于200nm.2.2有機(jī)化合物的吸收帶 吸收帶(absorption band):

4、在紫外光譜中，吸收峰在光譜中的波帶位置。根據(jù)電子及分子軌道的種類，可將吸收帶分為四種類型。 (1)R吸收帶 (2)K吸收帶 (3)B吸收帶 (4)E吸收帶2.3無(wú)機(jī)化合物的紫外可見(jiàn)吸收光譜 無(wú)機(jī)化合物的UV-Vis光譜吸收光譜主要有:電荷遷移躍遷及配位場(chǎng)躍遷。 (1)電荷遷移光譜 某些分子既是電子給體，又是電子受體，當(dāng)電子受輻射能激發(fā)從給體外層軌道向受體躍遷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的吸收，這種光譜稱為電荷遷移光譜。如苯酚基取代物在光作用下的異構(gòu)反應(yīng)。 (2)配位躍遷光譜 在配體存在下過(guò)渡金屬元素5個(gè)能量相等的d軌道和斕系、婀系7個(gè)能量相等的f軌道裂分，吸收輻射后，低能態(tài)的d電子或f電子可以躍遷到高能態(tài)

5、的d或f軌道上去。 絕大多數(shù)過(guò)渡金屬離子都具有未充滿的d軌道，按照晶體場(chǎng)理論，當(dāng)它們?cè)谌芤褐信c水或其他配體生成配合物時(shí)，受配體配位場(chǎng)的影響，原來(lái)能量相同的d軌道發(fā)生能級(jí)分裂，產(chǎn)生d-d電子躍遷。必須在配體的配位場(chǎng)作用下才可能產(chǎn)生，所以稱為配位場(chǎng)躍遷;配體配位場(chǎng)越強(qiáng)，d軌道分裂能越大，吸收波長(zhǎng)越短。吸收系數(shù)。max較小(102)，很少用于定量分析;多用于研究配合物結(jié)構(gòu)及其鍵合理論。3紫外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、用途、應(yīng)用范圍3.1紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)【3】紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)主要由輻射源、單色器、試樣容器、檢測(cè)器和顯示裝置等部分組成。 輻射源:必須具有穩(wěn)定的、有足夠輸出功率的、能提供儀器使用波

6、段的連續(xù)光譜，如鎢燈、鹵鎢燈(波長(zhǎng)范圍3502500納米)，氖燈或氫燈(180460納米)，或可調(diào)諧染料激光光源等。單色器:它由人射、出射狹縫、透鏡系統(tǒng)和色散元件(棱鏡或光柵)組成，是用以產(chǎn)生高純度單色光束的裝置。其功能包括將光源產(chǎn)生的復(fù)合光分解為單色光和分出所需的單色光束。 試樣容器:又稱吸收池。供盛放試液進(jìn)行吸光度測(cè)量之用，分為石英池和玻璃池兩種，前者適用于紫外到可見(jiàn)區(qū)，后者只適用于可見(jiàn)區(qū)。容器的光程一般為0.5一10厘米。 檢測(cè)器:又稱光電轉(zhuǎn)換器。常用的有光電管或光電倍增管，后者較前者更靈敏，特別適用于檢測(cè)較弱的輻射。近年來(lái)還使用光導(dǎo)攝像管或光電二極管矩陣作檢測(cè)器，具有快速掃描的特點(diǎn)。顯

7、示裝置:這部分裝置發(fā)展較快。較高級(jí)的光度計(jì)，常備有微處理機(jī)、熒光屏顯示和記錄儀等，可將圖譜、數(shù)據(jù)和操作條件都顯示出來(lái)。3.2主要特點(diǎn):3.2.1應(yīng)用廣泛 在國(guó)際上發(fā)表的有關(guān)分析的論文中，光度法約占28% 。由于各種各樣的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物在紫外一可見(jiàn)區(qū)域都有吸收，因此均可借此方法加以測(cè)定。在食品行業(yè)，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)被廣泛應(yīng)用于食品檢測(cè)之中，得到越來(lái)越多的重視。3.2.2儀器價(jià)格相對(duì)低廉且分析成本低 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)價(jià)格相對(duì)低廉，分析成本低，在使用過(guò)程中儀器幾乎沒(méi)有什么耗損。食品企業(yè)大多屬于中小企業(yè)，規(guī)模不大且利潤(rùn)薄，降低食品檢測(cè)費(fèi)用尤為重要，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)作為主要檢測(cè)儀器可以大大減輕企

8、業(yè)檢測(cè)成本 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)具有靈敏度高、選擇性好、準(zhǔn)確度高、使用濃度范圍廣、分析成本低、操作簡(jiǎn)便、快速、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。3.23儀器類型: 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)主要分為單波長(zhǎng)單光束直讀式分光光度計(jì)、單波長(zhǎng)雙光束自動(dòng)記錄式分光光度計(jì)和雙波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)三種類型。3.2.4應(yīng)用范圍: 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)主要應(yīng)用范圍有:定量分析、定性和結(jié)構(gòu)分析、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究、研究溶液平衡等。 定量分析:廣泛用于各種物料中微量、超微量和常量的無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的測(cè)定。 定性和結(jié)構(gòu)分析:紫外吸收光譜還可用于推斷空間阻礙效應(yīng)、氫鍵的強(qiáng)度、互變異構(gòu)、幾何異構(gòu)現(xiàn)象等。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究:研究反應(yīng)物濃度隨時(shí)間而變化的函數(shù)關(guān)系，

9、測(cè)定反應(yīng)速度和反應(yīng)級(jí)數(shù)，探討反應(yīng)機(jī)理。 研究溶液平衡:如測(cè)定絡(luò)合物的組成、穩(wěn)定常3.2.5操作簡(jiǎn)便、快速【4】 對(duì)一些保質(zhì)期較短的食品檢測(cè)要求操作簡(jiǎn)便、快速，比如鮮牛奶的保質(zhì)期短(僅1天時(shí)間)，對(duì)它的檢測(cè)必須要求簡(jiǎn)便、快速，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)就可以很好滿足此要求。3.2.6準(zhǔn)確度高 對(duì)于一般的分光光度法來(lái)說(shuō)，濃度測(cè)量的相對(duì)誤差在1 %-3%范圍內(nèi)，如采用示差分光光度法測(cè)量，則誤差往往可減少到千分之幾。4紫外分光光度計(jì)在生物領(lǐng)域的應(yīng)用4.1光度測(cè)量【5】在食品生產(chǎn)中為了保證有顏色的飲料(如可樂(lè)、果汁及茶飲料)產(chǎn)品的顏色一致，可以在可見(jiàn)光區(qū)用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)測(cè)定其吸光度值，使色差符合產(chǎn)品要求

10、。在發(fā)酵業(yè)中也可通過(guò)測(cè)定吸光度值來(lái)確定產(chǎn)品的發(fā)酵完成程度。對(duì)于一些成分比較單一的產(chǎn)品也可通過(guò)測(cè)定吸光度值來(lái)確定產(chǎn)品合格與否。比如，判定營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)劑維生素B1的質(zhì)量就可以在400 nm下測(cè)定其吸光度值，當(dāng)其值不超過(guò)0.020時(shí)，即可確定為合格品。.2成分的定性分析物質(zhì)的吸收光譜本質(zhì)上就是物質(zhì)中的分子和原子吸收了人射光中的某些特定波長(zhǎng)的光能量，相應(yīng)發(fā)生了分子振動(dòng)能級(jí)躍遷和電子能級(jí)躍遷的結(jié)果。由于各種物質(zhì)具有各自不同的分子原子和不同的分子空間結(jié)構(gòu)，其吸收光熊量的情況也就不會(huì)相同，因此，每種物質(zhì)就有其特有的、固定的吸收光譜曲線，可根據(jù)吸收光譜上的某些特性波長(zhǎng)處的最大吸收峰(峰值)和波形圖來(lái)判斷某種物質(zhì)是

11、否存在。在食品生產(chǎn)中會(huì)使用一些食品添加劑，為了確定食品添加劑的質(zhì)量，可以用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)其進(jìn)行光譜掃描。例如，對(duì)食品中涉及的一些復(fù)合甜味劑、復(fù)合防腐劑和復(fù)合鮮味劑等就可以用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行一個(gè)全面掃描以排除違禁添加劑的使用。另外，此方法還可以在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方面作為紅外光譜(IR)、核磁共振(NMR)、質(zhì)譜(MS)等方法的輔助手段。4.2成分的定量分析【6】 對(duì)于食品衛(wèi)生安全檢測(cè)中一些含量需要嚴(yán)格控制的成分項(xiàng)目可以用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)準(zhǔn)確檢測(cè)。食品中常用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定。4.3 DNA/蛋白分析 DNA/蛋白質(zhì)為生物大分子，所產(chǎn)生的紫外光吸收往往是其分子內(nèi)的小基團(tuán)所引起的，例

12、如嘌呤堿、嘧啶堿、酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和肽鍵等。嘌呤堿、嘧啶堿以及由它們參與組成的核昔、核苷酸及核酸對(duì)紫外光有強(qiáng)烈的吸收，在吸收波長(zhǎng)260 nm處有最大吸收值。在蛋白質(zhì)分子中，酪氨酸(TYR)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)殘基的苯環(huán)含有共扼雙鍵，該共扼雙鍵對(duì)紫外光有吸收(其中最大吸收Tyr在吸收波長(zhǎng)274 nm; Phe在吸收波長(zhǎng)257 nm; Trp在吸收波長(zhǎng)280 nm)，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)對(duì)紫外光有吸收。肽鍵對(duì)紫外光的最大吸收在吸收波長(zhǎng)238 nm。利用這個(gè)特性可以準(zhǔn)確、可靠地測(cè)定乳制品中蛋白質(zhì)含量。二、紫外可見(jiàn)分光光度法在共轆亞油酸定量分析中的應(yīng)用【7】采用UV- 9100型紫

13、外可見(jiàn)分光光度計(jì)，測(cè)定了由植物油脂制得的共扼亞油酸共扼亞油酸甲酯、共扼亞油酸三甘酯在不同濃度時(shí)在200nm- 300nm的吸光度，繪制出樣品在不同濃度時(shí)的吸光度曲線，找出適宜的濃度范圍，用Microcal Software Origin Version 4. 0做回歸分析，由線性回歸給出樣品濃度和吸光度的線性關(guān)系，為對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，采用惠普8452A二極管陣列分光光度計(jì)測(cè)定了同一批樣品在不同濃度范圍內(nèi)的吸光度，利用PEAutosystem XL- TurloMass測(cè)得樣品中共扼亞油酸準(zhǔn)確濃度，結(jié)合回歸系數(shù)給出了用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)快速測(cè)定樣品中共扼亞油酸含量的經(jīng)驗(yàn)公式。4.4核酸分

14、析工作中的應(yīng)用【8】紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在氨基酸分析中的應(yīng)用, 主要是用來(lái)對(duì)氨基酸的定量檢測(cè)。因?yàn)榘被釋?duì)紫外光的主要吸收波長(zhǎng)為230nm, 所以, 我們只要采用光度測(cè)量模式, 將紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)儀器的波長(zhǎng)GOTO 到氨基酸的最大吸收峰230nm 上, 就可測(cè)試其吸光度大小, 從而計(jì)算出氨基酸的含量。但是, 因?yàn)榘被岱治鰰r(shí), 一般是將它溶解在水中, 而水在230 nm 附近有很多干擾吸收線, 所以, 在用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)氨基酸分析檢測(cè)時(shí), 要注意防止干擾的問(wèn)題。此外, 還需注意: 只有少數(shù)氨基酸有紫外吸收, 多數(shù)氨基酸無(wú)紫外吸收或很弱, 測(cè)定時(shí)要衍生化后再測(cè)。 4.5糖類分析測(cè)試工作中的

15、應(yīng)用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在糖的分析中, 主要是作定量檢測(cè)。因?yàn)樘菍?duì)紫外光的主要吸收波長(zhǎng)為218nm, 所以, 對(duì)糖類進(jìn)行分析時(shí), 只要采用光度測(cè)量模式, 將紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)儀器的波長(zhǎng)GOTO 到氨基酸的最大吸收峰218 nm上, 就可測(cè)試其吸光度大小, 從而計(jì)算出糖的含量。5紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 5.1藥品分析中的應(yīng)用我國(guó)和世界上許多國(guó)家的藥典都明確規(guī)定, 許多藥品都要求用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)作質(zhì)量控制。因此, 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)已是制藥行業(yè)和藥檢行業(yè)必備的分析儀器。且規(guī)定, 用于藥品質(zhì)控的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì), 光譜帶寬要求在2nm 以下。紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在藥品檢測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)非

16、常廣泛。其中, 使用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)分析最多的藥物有: 維生素、抗生素、解熱藥、去痛藥、降血壓藥、安定藥、鎮(zhèn)咳藥、滴眼藥、磺胺類藥、利尿藥、某些婦科藥、痢疾藥、腹瀉藥、抗腫瘤藥、抗結(jié)核藥等。5.2石油油品分析在石油開(kāi)采、加工過(guò)程中, 石油有可能造成污染。在石油工業(yè)生產(chǎn)污水中,一般將排水中石油含量規(guī)定為10mg/ L。而在地面水中, 最高允許石油含量為0. 10. 3mg/ L。一般石油煉油廠中, 石油所含的芳烴組成是相對(duì)穩(wěn)定的, 所測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)油品的吸收峰, 都在221225nm 和251255nm 處。石油的兩個(gè)特征吸收峰(225nm 和254nm) 是測(cè)定煉油廠污水中的含油量時(shí)要選用的吸收波

17、長(zhǎng)。另外, 輕油組分( 初餾約180) 幾乎無(wú)明顯紫外特征吸收, 而中油( 180250) 和重油(250280) , 以及蒽油( 280) 等組分在225nm 處吸收較強(qiáng)。它代表了石油成分的主峰, 在254nm 處吸收較弱, 有時(shí)顯示出某種重質(zhì)油品的特性。這些分析工作, 都用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)進(jìn)行。還有, 在煉油過(guò)程中, 石油在320nm 附近有一個(gè)芳烴雜質(zhì), 也是必須要用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)的。因此, 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)是石油工業(yè)中非常重要的質(zhì)量控制儀器。5.3環(huán)境中有害物質(zhì)檢測(cè)【9】環(huán)境( 包括空氣、水、土壤) 中許多的對(duì)人有毒有害物質(zhì)的檢測(cè), 都用到紫外可見(jiàn)分光光度計(jì), 如檢測(cè)自

18、來(lái)水中的木素磺酸、木質(zhì)素、單寧、表面活性劑、黃腐酸、酚類、苯胺類、硝基酚類化合物等對(duì)人體有毒害的物質(zhì)。有些自來(lái)水中, 含有氨氮、亞硝酸鹽、總酚、總苯胺、硝基酚類等對(duì)人體有毒害的物質(zhì), 一般也是用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)。我國(guó)與水有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中, 規(guī)定水中的許多物質(zhì)都要用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)。5.4飼料工業(yè)中的應(yīng)用飼料的原料、添加劑、混合飼料等中的維生素A、維生素C、維生素E、維生素K、山梨酸、苯甲酸、棉酸、甲酯、乙酸酯、胡蘿卜素、煙酸、總氨基酸等微量元素鉀、鐵、硒、碘、銅、磷、錳等都經(jīng)常用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)( 但通常用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定微量元素為宜, 用比色法測(cè)定目前已比較少了

19、)。還有, 飼料添加劑中的皮蠅磷、磺胺類藥物、灰黃霉素、二甲硝咪唑, 以及普魯卡因等的測(cè)定, 基本上都可用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)進(jìn)行。5.5農(nóng)藥及其殘留物分析施加的農(nóng)藥進(jìn)入土壤中, 一部分被農(nóng)作物吸收( 如六六六可被胡蘿卜、花生等吸收)、一部分進(jìn)入大氣、一部分流入水中。農(nóng)藥殘留包括農(nóng)藥原體、農(nóng)藥的有毒代謝物、農(nóng)藥的降解物和雜質(zhì)。人們往往只把農(nóng)藥原體看成農(nóng)藥殘留量, 忽略了農(nóng)藥原體的代謝物、降解物和雜質(zhì)。其實(shí), 代謝物、降解物的毒性與原藥一樣或更嚴(yán)重。例如, 滴滴涕的代謝物為滴滴依, 工業(yè)六六六的代謝物為乙體六六六, 農(nóng)藥1605 的代謝物為1601 , 這些代謝物的毒性都比原體更強(qiáng)。殺蟲脒的代謝物的毒性, 比原藥大10 倍。許多農(nóng)藥對(duì)人體的危害非常大, 如六六六和滴滴涕對(duì)人的肝臟組織和肝功能的損害很大, 會(huì)引起血液細(xì)胞染色體突變, 有機(jī)氯農(nóng)藥能透過(guò)胎盤進(jìn)入胎兒體內(nèi), 危害胎兒。有機(jī)磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥等是神經(jīng)毒物, 它抑制血液和組織中的乙酰膽堿酯酶的活性, 引起神經(jīng)功能混亂、出汗、精神錯(cuò)亂、語(yǔ)言失常等病癥。5.6水產(chǎn)品質(zhì)量控制 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在海水、淡水魚類、貝類、蝦類、海蜇類等的質(zhì)量控制中已得到非常廣泛的應(yīng)用。如苯、總?cè)u甲烷、甲苯基三唑、多氯聯(lián)苯、氟、汞等( 八) 水產(chǎn)品質(zhì)量控制紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在