紫外光谱在环境分析中的应用

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1、紫外光谱在环境分析中的应用环境科学与工程鲍海燕20132129摘要：随着现代技术的应用发展，紫外光谱得到进一步的发展和完善，尤其在环境分析中的应用越来越普遍。本文主要介绍紫外光谱在环境分析中的应用，并介绍其基本原理和仪器结构，概述了紫外光谱法的特点以及注意事项。最终得到该方法是一种具有广谱适用性的分析方法。关键词：紫外光谱法，原理，应用一、引言随着全球各类污染事件的频繁发生，环境污染越来越受到社会各界的关注，无论是水体污染，还是大气污染，都需要借助于有效的监测手段和先进的监测仪器来对环境中污染物的种类及浓度进

2、行精确的分析和评价。紫外光谱法就是其中一种最基本的分析仪器之一，在环境分析化学等领域中得到了极为广泛地应用。二、紫外光谱的基本原理我们知道，物质内部存在多种形式的微观运动，每种运动都有许多可能的状态，不同状态能量不同，即属于不同的能级。分子的能级有三种：电子能级、振动能级和转动能级。同一电子能级中有若干个振动能级，在同一振动能级中又有若干个转动能级。相邻两个电子能级之间的能量差ΔEe一般在1～20eV，所对应电磁波的波长为1000-50nm，处于紫外可见光区域，换言之，用紫外或可见光照射物质可以引起分子内部电

3、子能级的跃迁。其跃迁类型取决于分子中价电子的分布和结合的情况。我们知道，组成有机物分子共价键的价电子有：σ电子、π电子和n电子。分子中外层价电子的能级主要由5种分子轨道对应的能级组成，有低能级到高能级排列依次为σ<π

4、吸收带的波长在200nm附近，受杂原子性质的影响较大。吸收强度相对较小。π→π*跃迁所需能量较小，吸收峰波长较大。孤立双键π→π*跃迁产生的吸收带位于160～180nm的远紫外区；但共轭双键体系中，吸收带向长波方向移动进入近紫外区。共轭体系越大，吸收带波长越长。σ→σ*跃迁需要能量较高，相应的吸收光波长较短，在150～160nm的远紫外光区域，超出了一般紫外分光光度计检测范围，不予讨论。紫外光谱实际上就是紫外光与分子中电子能级相互作用产生的吸收光谱，所以又被称为电子光谱。紫外吸收法是基于物质对不同波长的紫外光

5、的吸收来测定物质成分和含量的方法[1]。水体中的有机污染物特别是不饱和有机物以及部分无机离子对紫外光存在吸收[2]，所以可以通过测量水体紫外吸收光谱并结合相关算法来得到相应水质的监测数据。水体中的污染物弟特定波长紫外光的吸收遵循朗伯比尔定律，如（1）所示，当一束平行单色光通过均匀、非散射的稀溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度吸收层厚度的乘积成正比。A=lgI0/I=KcL(1)式中：A为吸光度；I0为入射光强度；I为透射光强度；K为摩尔吸收系数（L.(mol.cm)-1）；c为吸光物质的摩尔浓度（mol/

6、L）；L为吸收层厚度（cm）。实际测量过程中，式（1）中K和L皆为常数，吸光度A与浓度c成正比，且吸光度具有加和特点，即溶液对某一波长的吸收等于溶液中各个成分对该波长光的吸收之和，如（2）所示A=A1+A2+A3+...+An(2)所以，只要共存物质不互相影响性质，即不因共存物而改变本身的吸光系数，则总吸光度是各共存物吸光度的和，而各组分的吸光度由各自的浓度与吸光系数所决定。吸光度的这种加和性质是计算分光光度法测定混合组分的依据。三、紫外光谱的仪器组成一般紫外分光光度计的波长范围为200~400nm，仪器主要

7、有光源、单色器、吸收池、检测器四部分组成。1、光源：目的是提供足够强而且稳定的光源。2、单色器：将连续光色散成单色光。由入射狭缝、准直镜（产生平行光的准直系统）、光栅或棱镜（色散器件）、成像物镜、出射狭缝（成像系统）组成。3、吸收池：紫外光必须用石英玻璃的吸收池。一般有参比池和样品池，应选择参数尽量一致的吸收池。4、检测器：将光信号转化为电信号并放大。随着紫外分光光度计的发展，检测器逐渐向光电管、光电倍增器和硅二极管阵列检测器发展。四、紫外光谱的特点1、应用十分广泛由于多种无机物或有机物在紫外可见区域均有吸收

8、，因而可以利用此法进行测定。化学元素周期表上几乎所有元素都能够应用此法进行测定。2、具有较高的灵敏性随着新型显色剂的纷纷问世及应用，紫外分光光度计在测定元素方面的灵敏性也有了大幅度提高。3、具有较好的选择性有些元素只需控制显色条件即可采用紫外分光光度计法进行测定，例如，对于镍、铜、铁、钴、银、铀等多种元素已经存在系统的方法进行测定。4、具有较高的准确性普通的紫外分光光度计法，其相对误差已经控制在1%