吸收光譜
描述物質分子對輻射吸收的程度随波長而變的函數關系曲線,稱為吸收光譜或吸收曲線。紫外-可見吸收光譜通常由一個或幾個寬吸收譜帶組成。最大吸收波長(λmax)表示物質對輻射的特征吸收或選擇吸收,它與分子中外層電子或價電子的結構(或成鍵、非鍵和反鍵電子)有關。
朗伯-比爾定律是分光光度法和比色法的基礎。這個定律表示:當一束具有I0強度的單色輻射照射到吸收層厚度為b,濃度為c的吸光物質時,輻射能的吸收依賴于該物質的濃度與吸收層的厚度。其數學表達式為:A=lg(I0/I)=lg(1/T)=εbc式中的A叫做吸光度;I0為入射輻射強度;I為透過吸收層的輻射強度;(I/I0)稱為透射率T;ε是一個常數,叫做摩爾吸光系數,ε值愈大,分光光度法測定的靈敏度愈高。
組成
由5個部件組成:
①輻射源。必須具有穩定的、有足夠輸出功率的、能提供儀器使用波段的連續光譜,如鎢燈、鹵鎢燈(波長範圍350~2500納米),氘燈或氫燈(180~460納米),或可調諧染料激光光源等。
②單色器。它由入射、出射狹縫、透鏡系統和色散元件(棱鏡或光栅)組成,是用以産生高純度單色光束的裝置,其功能包括将光源産生的複合光分解為單色光和分出所需的單色光束。
③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,前者适用于紫外到可見區,後者隻适用于可見區。容器的光程一般為0.5~10厘米。
④檢測器,又稱光電轉換器。常用的有光電管或光電倍增管,後者較前者更靈敏,特别适用于檢測較弱的輻射。近年來還使用光導攝像管或光電二極管矩陣作檢測器,具有快速掃描的特點。
⑤顯示裝置。這部分裝置發展較快。較高級的光度計,常備有微處理機、熒光屏顯示和記錄儀等,可将圖譜、數據和操作條件都顯示出來。
儀器類型則有: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。
應用範圍包括:①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的測定。②定性和結構分析,紫外吸收光譜還可用于推斷空間阻礙效應、氫鍵的強度、互變異構、幾何異構現象等。③反應動力學研究,即研究反應物濃度随時間而變化的函數關系,測定反應速度和反應級數,探讨反應機理。④研究溶液平衡,如測定絡合物的組成,穩定常數、酸堿離解常數等。
使用方法
《中華人民共和國藥典》2005年版第一部附錄VA(P附錄28):
儀器的校正和檢定
(1)波長由于環境因素對機械部分的影響,儀器的波長經常會略有變動,因此除應定期對所用的儀器進行全面校正檢定外,還應于測定前校正測定波長。常用汞燈中的較強譜線237.83nm、253.65nm、275.28nm、296.73nm、313.16nm、334.15nm、365.02nm、404.66nm、435.83nm、546.07nm與576.96nm,或用儀器中氘燈的486.02nm與656.10nm譜線進行校正,钬玻璃在279.4nm、287.5nm、333.7nm、360.9nm、418.5nm、460.0nm、484.5nm、536.2nm與637.5nm波長處有尖銳吸收峰,也可作波長校正用,但因來源不同或随着時間的推移會有微小的差别,使用時應注意。
(2)吸光度的準确度可用重鉻酸鉀的硫酸溶液檢定。取在120℃幹燥至恒重的基準重鉻酸鉀約60mg,精密稱定,用0.005mol/L硫酸溶液溶解并稀釋至1000ml,在規定的波長處測定并計算其吸收系數,并與規定的吸收系數比較,應符合表中的規定。
(3)雜散光的檢查可按下頁表的試劑和濃度,配制成水溶液,置1cm石英吸收池中,在規定的波長處測定透光率,應符合表中的規定。
對溶劑的要求
含有雜原子的有機溶劑,通常均具有很強的末端吸收。因此,當作溶劑使用時,它們的使用範圍均不能小于截止使用波長。例如甲醇、乙醇的截止使用波長為205nm。另外,當溶劑不純時,也可能增加幹擾吸收。因此,在測定供試品前,應先檢查所用的溶劑在供試品所用的波長附近是否符合要求,即将溶劑置1cm石英吸收池中,以空氣為空白(即空白光路中不置任何物質)測定其吸收度。溶劑和吸收池的吸光度,在220~240nm範圍内不得超過0.40,在241~250nm範圍内不得超過0.20,在251~300nm範圍内不得超過0.10,在300nm以上時不得超過0.05。
測定法
測定時,除另有規定外,應以配制供試品溶液的同批溶劑為空白對照,采用1cm的石英吸收池,在規定的吸收峰波長±2nm以内測試幾個點的吸收度,或由儀器在規定波長附近自動掃描測定,以核對供試品的吸收峰波長位置是否正确,除另有規定外,吸收峰波長應在該品種項下規定的波長±2nm以内,并以吸光度最大的波長作為測定波長。一般供試品溶液的吸收度讀數,以在0.3~0.7之間的誤差較小。
儀器的狹縫波帶寬度應小于供試品吸收帶的半寬度,否則測得的吸收度會偏低;狹縫寬度的選擇,應以減小狹縫寬度時供試品的吸收度不再增大為準,由于吸收池和溶劑本身可能有空白吸收,因此測定供試品的吸光度後應減去空白讀數,或由儀器自動扣除空白讀數後再計算含量。當溶液的pH值對測定結果有影響時,應将供試品溶液和對照品溶液的pH值調成一緻。
(1)鑒别和檢查分别按各品種項下的方法進行。
(2)含量測定一般有以下幾種。
對照品比較法
按各品種項下的方法,分别配制供試品溶液和對照品溶液,對照品溶液中所含被測成分的量應為供試品溶液中被測成分規定量的100%±10%,所用溶劑也應完全一緻,在規定的波長測定供試品溶液和對照品溶液的吸光度後,按下式計算供試品中被測溶液的濃度∶
CX=(AX/AR)CR
式中CX為供試品溶液的濃度;
AX為供試品溶液的吸光度;
CR為對照品溶液的濃度;
AR為對照品溶液的吸光度。
吸收系數法
按各品種項下的方法配制供試品溶液,在規定的波長處測定其吸光度,再以該品種在規定條件下的吸收系數計算含量。用本法測定時,吸收系數通常應大于100,并注意儀器的校正和檢定。
比色法
供試品溶液加入适量顯色劑後測定吸光度以測定其含量的方法為比色法。
用比色法測定時,應取數份梯度量的對照品溶液,用溶劑補充至同一體積,顯色後,以相應試劑為空白,在各品種規定的波長處測定各份溶液的吸光度,以吸光度為縱坐标,濃度為橫坐标繪制标準曲線,再根據供試品的吸光度在标準曲線上查得其相應的濃度,并求出其含量。
也可取對照品溶液與供試品溶液同時操作,顯色後,以相應的試劑為空白,在各品種規定的波長處測定對照品和供試品溶液的吸光度,按上述(1)法計算供試品溶液的濃度。
除另有規定外,比色法所用空白系指用同體積溶劑代替對照品或供試品溶液,然後依次加入等量的相應試劑,并用同樣方法處理制得。