紫外可見分光光度計及其應(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級生物技術(shù)（1）班 符朝方 學(xué)號：P112114841紫外可見分光光度計及其應(yīng)用 李詩哲 西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院 蘭州 730100 摘要：紫外可見分光光度計對于分析人員來說是最有用的分析工具之一，幾乎每一個分析實驗室都離不開紫外可見分光光度計。下面介紹了紫外分光光度計的原理、結(jié)構(gòu)及其特點，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：紫外可見分光光度計是一類很重要的分析儀器，無論在物理學(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、冶金等現(xiàn)代生產(chǎn)與管理行業(yè)，紫外可見分光光度計都獲得了

2、日益廣泛的應(yīng)用。2原理：紫外可見分光光度法 紫外可見分光光度法【1】是根據(jù)物質(zhì)分子對波長為200760nm的電磁波的吸收特性所建立起來的一種定性、定量和結(jié)構(gòu)分析方法。操作簡單、準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好。波長長的光線能量小，波長短的光線能量大。分光光度測量是關(guān)于物質(zhì)分子對不同波長和特定波長處的輻射吸收程度的測量。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的光能量，相應(yīng)地發(fā)生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結(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

3、處的吸光度的高低判別或測定該物質(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有機化合物的紫外可見吸收光譜【2】有機化合物的電子躍遷 與紫外可見吸收光譜有關(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，實際應(yīng)用價值不大。不飽合機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無機化合物的紫外可見吸收光譜 無機化合物的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，就會產(chǎn)生較強的吸收，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 在配體存在下過渡金屬元素5個能量相等的d軌道和斕系、婀系7個能量相等的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)過渡金屬離子都具有未充滿的d軌道，按照晶體場理論，當(dāng)它們在溶液中與水或其他配體生成配合物時，受配體配位場的影響，原來能量相同的d軌道發(fā)生能級分裂，產(chǎn)生d-d電子躍遷。必須在配體的配位場作用下才可能產(chǎn)生，所以稱為配位場躍遷;配體配位場越強，d軌道分裂能越大，吸收波長越短。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紫外分光光度計的結(jié)構(gòu)、特點、用途、應(yīng)用范圍3.1紫外可見分光光度計的結(jié)構(gòu)【3】紫外可見分光光度計主要由輻射源、單色器、試樣容器、檢測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。供盛放試液進行吸光度測量之用，分為石英池和玻璃池兩種，前者適用于紫外到可見區(qū)，后者只適用于可見區(qū)。容器的光程一般為0.5一10厘米。 檢測器: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，特別適用于檢測較弱的輻射。近年來還使用光導(dǎo)攝像管或光電二極管矩陣作檢測器，具有快速掃描的特點。顯

7、示裝置:這部分裝置發(fā)展較快。較高級的光度計，常備有微處理機、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。3.2主要特點:3.2.1應(yīng)用廣泛 在國際上發(fā)表的有關(guān)分析的論文中，光度法約占28% 。由于各種各樣的無機物和有機物在紫外一可見區(qū)域都有吸收，因此均可借此方法加以測定。在食品行業(yè)，紫外可見分光光度計被廣泛應(yīng)用于食品檢測之中，得到越來越多的重視。3.2.2儀器價格相對低廉且分析成本低 紫外可見分光光度計價格相對低廉，分析成本低，在使用過程中儀器幾乎沒有什么耗損。食品企業(yè)大多屬于中小企業(yè)，規(guī)模不大且利潤薄，降低食品檢測費用尤為重要，用紫外可見分光光度計作為主要檢測儀器可以大大減輕企

8、業(yè)檢測成本 紫外可見分光光度計具有靈敏度高、選擇性好、準(zhǔn)確度高、使用濃度范圍廣、分析成本低、操作簡便、快速、應(yīng)用廣泛等特點。3.23儀器類型: 紫外可見分光光度計主要分為單波長單光束直讀式分光光度計、單波長雙光束自動記錄式分光光度計和雙波長雙光束分光光度計三種類型。3.2.4應(yīng)用范圍: 紫外可見分光光度計主要應(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、超微量和常量的無機和有機物質(zhì)的測定。 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)、氫鍵的強度、互變異構(gòu)、幾何異構(gòu)現(xiàn)象等。反應(yīng)動力學(xué)研究:研究反應(yīng)物濃度隨時間而變化的函數(shù)關(guān)系，

9、測定反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)，探討反應(yīng)機理。 研究溶液平衡:如測定絡(luò)合物的組成、穩(wěn)定常3.2.5操作簡便、快速【4】 對一些保質(zhì)期較短的食品檢測要求操作簡便、快速，比如鮮牛奶的保質(zhì)期短(僅1天時間)，對它的檢測必須要求簡便、快速，用紫外可見分光光度計就可以很好滿足此要求。3.2.6準(zhǔn)確度高 對于一般的分光光度法來說，濃度測量的相對誤差在1 %-3%范圍內(nèi)，如采用示差分光光度法測量，則誤差往往可減少到千分之幾。4紫外分光光度計在生物領(lǐng)域的應(yīng)用4.1光度測量【5】在食品生產(chǎn)中為了保證有顏色的飲料(如可樂、果汁及茶飲料)產(chǎn)品的顏色一致，可以在可見光區(qū)用紫外可見分光光度計來測定其吸光度值，使色差符合產(chǎn)品要求

10、。在發(fā)酵業(yè)中也可通過測定吸光度值來確定產(chǎn)品的發(fā)酵完成程度。對于一些成分比較單一的產(chǎn)品也可通過測定吸光度值來確定產(chǎn)品合格與否。比如，判定營養(yǎng)增強劑維生素B1的質(zhì)量就可以在400 nm下測定其吸光度值，當(dāng)其值不超過0.020時，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的光能量，相應(yīng)發(fā)生了分子振動能級躍遷和電子能級躍遷的結(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處的最大吸收峰(峰值)和波形圖來判斷某種物質(zhì)是

11、否存在。在食品生產(chǎn)中會使用一些食品添加劑，為了確定食品添加劑的質(zhì)量，可以用紫外可見分光光度計對其進行光譜掃描。例如，對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分光光度計進行一個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】 對于食品衛(wèi)生安全檢測中一些含量需要嚴(yán)格控制的成分項目可以用紫外可見分光光度計來準(zhǔn)確檢測。食品中常用紫外可見分光光度計測定。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、核苷酸及核酸對紫外光有強烈的吸收，在吸收波長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，該共扼雙鍵對紫外光有吸收(其中最大吸收Tyr在吸收波長274 nm; Phe在吸收波長257 nm; Trp在吸收波長280 nm)，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)對紫外光有吸收。肽鍵對紫外光的最大吸收在吸收波長238 nm。利用這個特性可以準(zhǔn)確、可靠地測定乳制品中蛋白質(zhì)含量。二、紫外可見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、外可見分光光度計，測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在200nm- 300nm的吸光度，繪制出樣品在不同濃度時的吸光度曲線，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，為對實驗結(jié)果進行檢驗和校正，采用惠普8452A二極管陣列分光光度計測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)給出了用紫外可見分光光度計快速測定樣品中共扼亞油酸含量的經(jīng)驗公式。4.4核酸分

14、析工作中的應(yīng)用【8】紫外可見分光光度計在氨基酸分析中的應(yīng)用, 主要是用來對氨基酸的定量檢測。因為氨基酸對紫外光的主要吸收波長為230nm, 所以, 我們只要采用光度測量模式, 將紫外可見分光光度計儀器的波長GOTO 到氨基酸的最大吸收峰230nm 上, 就可測試其吸光度大小, 從而計算出氨基酸的含量。但是, 因為氨基酸分析時, 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, 在用紫外可見分光光度計對氨基酸分析檢測時, 要注意防止干擾的問題。此外, 還需注意: 只有少數(shù)氨基酸有紫外吸收, 多數(shù)氨基酸無紫外吸收或很弱, 測定時要衍生化后再測。 4.5糖類分析測試工作中的

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

16、常廣泛。其中, 使用紫外可見分光光度計分析最多的藥物有: 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采、加工過程中, 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穩(wěn)定的, 所測得標(biāo)準(zhǔn)油品的吸收峰, 都在221225nm 和251255nm 處。石油的兩個特征吸收峰(225nm 和254nm) 是測定煉油廠污水中的含油量時要選用的吸收波

17、長。另外, 輕油組分( 初餾約180) 幾乎無明顯紫外特征吸收, 而中油( 180250) 和重油(250280) , 以及蒽油( 280) 等組分在225nm 處吸收較強。它代表了石油成分的主峰, 在254nm 處吸收較弱, 有時顯示出某種重質(zhì)油品的特性。這些分析工作, 都用紫外可見分光光度計來進行。還有, 在煉油過程中, 石油在320nm 附近有一個芳烴雜質(zhì), 也是必須要用紫外可見分光光度計來檢測的。因此, 紫外可見分光光度計是石油工業(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【9】環(huán)境( 包括空氣、水、土壤) 中許多的對人有毒有害物質(zhì)的檢測, 都用到紫外可見分光光度計, 如檢測自

18、來水中的木素磺酸、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人體有毒害的物質(zhì)。有些自來水中, 含有氨氮、亞硝酸鹽、總酚、總苯胺、硝基酚類等對人體有毒害的物質(zhì), 一般也是用紫外可見分光光度計來檢測。我國與水有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)中, 規(guī)定水中的許多物質(zhì)都要用紫外可見分光光度計來檢測。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)常用紫外可見分光光度計來檢測( 但通常用原子吸收分光光度計測定微量元素為宜, 用比色法測定目前已比較少了

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定, 基本上都可用紫外可見分光光度計來進行。5.5農(nóng)藥及其殘留物分析施加的農(nóng)藥進入土壤中, 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, 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。殺蟲脒的代謝物的毒性, 比原藥大10 倍。許多農(nóng)藥對人體的危害非常大, 如六六六和滴滴涕對人的肝臟組織和肝功能的損害很大, 會引起血液細胞染色體突變, 有機氯農(nóng)藥能透過胎盤進入胎兒體內(nèi), 危害胎兒。有機磷農(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、精神錯亂、語言失常等病癥。5.6水產(chǎn)品質(zhì)量控制 紫外可見分光光度計在海水、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)量控制紫外可見分光光度計在