紫外可見(jiàn)光分光光度計原理構造及維護

UV的原理

紫外-可見(jiàn)分光光度法是利用某些物質(zhì)的分子吸收200--800nm光譜區的輻射來(lái)進(jìn)行分析測定的方法，這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價(jià)電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷。

1、分子吸收光譜的形成

電子由于受到光、熱、電等的激發(fā)從一個(gè)能級轉移到另外一個(gè)能級，稱(chēng)為躍遷。

2、為啥紫外光譜是帶狀的呢？

由分子內部電子能級的躍遷而產(chǎn)生的光譜位于紫外-可見(jiàn)光區內。由上圖可以看出在發(fā)生電子能級之間躍遷的同時(shí)，必然也要發(fā)生振動(dòng)能級之間的躍遷，得到的是一系列的譜線(xiàn)，當發(fā)生電子能力和振動(dòng)能級之間的月錢(qián)是，必然也要發(fā)生轉動(dòng)能級之間的躍遷，這些譜線(xiàn)連在一起，呈現帶狀，成為帶狀光譜。

3、有機化合物的紫外-可見(jiàn)光譜

有機化合物的紫外-可見(jiàn)光譜決定于分子的結構以及分子軌道上電子的性質(zhì)。有機化合物分子對紫外或可見(jiàn)光的特征吸收，可以用Z大吸收處的波長(cháng)，λmax表示，λmax取決于分子的激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差。從化學(xué)鍵的性質(zhì)來(lái)看，與紫外-可見(jiàn)光譜有關(guān)的電子主要有三種，即形成單鍵的σ電子，形成雙鍵或三鍵的π電子以及未參與成鍵的n電子（孤對電子）。

電子躍遷類(lèi)型

σ→σ*躍遷（飽和有機化合物）：吸收能量較高，一般發(fā)生在真空紫外區。飽和烴中的C-C和C-H屬于這種躍遷類(lèi)型。如乙烷λmax為135nm。（注：由于一般紫外可見(jiàn)分光光度計只能提供190～850nm范圍的單色光，因此無(wú)法檢測σ→σ*躍遷。利用這一點(diǎn)，飽和有機化合物可以作為實(shí)驗的良好溶劑，無(wú)紫外背景干擾。

π→π*躍遷（不飽和有機化合物）：有π電子的基團，如C=C，C≡C，C=O等，會(huì )發(fā)生π→π*躍遷，一般位于近紫外區，在200 nm左右，εmax≥104L·mol-1·cm-1，為強吸收帶，有共軛雙鍵的化合物，隨著(zhù)共軛體系的延長(cháng)，π→π*躍遷的吸收帶將明顯向長(cháng)波方向移動(dòng)，吸收強度也隨之增強。

n→σ*躍遷：含有O、N、S等雜原子的基團，如-NH2、-OH-、-SH等可能產(chǎn)生n→σ*躍遷，在近紫外區，吸收弱，摩爾吸光系數較小。

K帶：共軛體系的π→π*躍遷又叫K帶，與共軛體系的數目、位置和取代基的類(lèi)型有關(guān)。

B帶：芳香族化合物的π→π*躍遷而產(chǎn)生的精細結構吸收帶叫做B帶。

E帶：E帶是苯環(huán)上三個(gè)雙鍵共軛體系中的π電子向π*反鍵軌道躍遷的結果，可分為E1和E2帶（K帶）。苯的B帶和E帶如下圖所示。

n→π*躍遷：含有雜原子的不飽和基團：如C=O，C=S，-N=N-等基團會(huì )發(fā)生n→π*。發(fā)生這種躍遷能量較小，吸收發(fā)生在近紫外或者可見(jiàn)光區。特點(diǎn)是強度弱，摩爾吸光系數小，產(chǎn)生的吸收帶也叫R帶。

以上各吸收帶相對的波長(cháng)位置由大到小的次序為：R、B、K、E2、 E1 ，但一般K和E帶常合并成一個(gè)吸收帶。

4、無(wú)機物中的電子躍遷

無(wú)機化合物的紫外可見(jiàn)吸收主要是由電荷轉移躍遷和配位場(chǎng)躍遷產(chǎn)生。

電荷轉移吸收光譜出現的波長(cháng)位置，取決于電子給體和電子受體相應電子軌道的能量差。一般，中心離子的氧化能力越強，或配體的還原能力越強（相反，若中心離子的還原能力越強，或配體的氧化能力越強），則發(fā)生電荷轉移躍遷時(shí)所需能量越小，吸收光譜波長(cháng)紅移。

配位場(chǎng)躍遷：元素周期表中第4和第5周期過(guò)渡元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別有4f和5f軌道。這些軌道能量通常是簡(jiǎn)并（相等）的，但是在絡(luò )合物中，由于配體的影響分裂成了幾組能量不等的軌道。若軌道是未充滿(mǎn)的，當吸收光后，電子會(huì )發(fā)生躍遷，分別稱(chēng)為d-d躍遷和f-f躍遷。

UV常見(jiàn)問(wèn)題

1、故障：氘燈不亮

原因一：氘燈壽命到期(此種原因幾率Z高)。

檢查：燈絲電壓、陽(yáng)極電壓均有，燈絲也可能未斷(可看到燈絲發(fā)紅)。

處置：更換氘燈。

原因二：氘燈起輝電路故障。

檢查：氘燈在起輝的過(guò)程中，一般是燈絲先要預熱數秒鐘，然后燈的陽(yáng)極與陰極間才可起輝放電，如果燈在起輝的開(kāi)始瞬間燈內閃動(dòng)一下或連續閃動(dòng)，并且更換新的氘燈后依然如此，有可能是起輝電路有故障，燈電流調整用的大功率晶體管損壞的幾率Z大。

處置：需要專(zhuān)業(yè)人士修理。

2、故障：鎢燈不亮

原因一：鎢燈燈絲燒斷(此種原因幾率Z高)。

檢查：鎢燈兩端有工作電壓，但燈不亮；取下鎢燈用萬(wàn)用表電阻檔檢測。

處置：更換新鎢燈。

原因二：沒(méi)有點(diǎn)燈電壓。

檢查：保險絲被熔斷。

處置：更換保險絲，(如更換后再次燒斷則要檢查供電電路)。

3、故障：吸光值結果出現負值(Z常見(jiàn))

原因：沒(méi)做空白記憶、樣品的吸光值小于空白參比液。

檢查：將參比液與樣品液調換位置便知。

處置：做空白記憶、調換參比液或用參比液配置樣品溶液。

4、故障：基線(xiàn)噪聲大

具體表示：樣品室內無(wú)任何物品的情況下，全波長(cháng)范圍內基線(xiàn)噪聲大

原因：光源鏡位置不正確、石英窗表面被濺射上樣品。

檢查：觀(guān)察光源是否照射到入射狹縫的中央？石英窗上有無(wú)污染物？

處置：重新調整光源鏡的位置，用乙醇清洗石英窗。

5、故障：信號的分辨率不夠

具體表現是：本應疊加在某一大峰上的小峰無(wú)法觀(guān)察到；

原因：狹縫設置過(guò)窄而掃描速度過(guò)快，造成檢測器響應速度跟不上，從而失去應測到的信號；按常理，一定的狹縫寬度要對應一定范圍的掃描速度；或者狹縫設置得過(guò)寬，使儀器的分辨率下降，將小峰融合在大峰里了。

檢查：放慢掃描速度看一看或將狹縫設窄；

處置：將掃描速度、狹縫寬窄、時(shí)間常數三者擬合成一個(gè)Z優(yōu)化的條件。

6、故障：紫外區的基線(xiàn)噪聲大

具體表現：樣品室內無(wú)任何物品的情況下，僅僅是紫外區的基線(xiàn)噪聲大。

原因：氘燈老化、光學(xué)系統的反光鏡表面劣化、濾光片出現結晶物。

檢查：可見(jiàn)區的基線(xiàn)較為平坦，斷電后打開(kāi)儀器的單色器及上蓋，肉眼可以觀(guān)察到光柵、反光鏡表面有一層白色霧狀物覆蓋在上面；如果光學(xué)系統正常，Z大的可能是氘燈老化，可以通過(guò)能量檢查或更換新燈方法加以判斷。

處置：更換氘燈、用火棉膠粘取鏡面上的污物或用研磨膏研磨濾光片(注意：此種技巧需要有一定維修經(jīng)驗者來(lái)實(shí)施)；清洗比色皿，更換空白溶液。

7、故障：樣品出峰位置不對

原因：波長(cháng)傳動(dòng)機構產(chǎn)生位移。

檢查：通過(guò)氘燈的656.1nm的特征譜線(xiàn)來(lái)判斷波長(cháng)是否準確。

處置：對于高檔儀器而言處理手段相對簡(jiǎn)單，使用儀器固有的自動(dòng)校正功能即可；而對于相對簡(jiǎn)單的儀器，這種調整則需要專(zhuān)業(yè)人員來(lái)進(jìn)行了。

8、故障：樣品信號重現性不良

原因：排除儀器本身的原因外，Z大的可能是樣品溶液不均勻所致；在簡(jiǎn)易的單光束儀器中，樣品池架一般為推拉式的，有時(shí)重復推拉不在同一個(gè)位置上。

檢查：更換一種的試樣判定。

處置：采取正確的試樣配置手段；修理推拉式樣品架的定位碰珠。

9、故障：沒(méi)有任何檢測信號輸出

原因：沒(méi)有任何光束照射到樣品室內。

檢查：將波長(cháng)設定為530nm，狹縫盡量開(kāi)到Z寬檔位，在黑暗的環(huán)境下用一張白紙放在樣品室光窗出口處，觀(guān)察白紙上有無(wú)綠光斑影像。

處置：檢查光源鏡是否轉到位，雙光束儀器的切光電機是否轉動(dòng)了(耳朵可以聽(tīng)見(jiàn)電機轉動(dòng)的聲音)。

10、故障：長(cháng)時(shí)間段的負值或滿(mǎn)屏大噪聲

具體表現：做基線(xiàn)掃描或樣品掃描時(shí)，基線(xiàn)或信號有一個(gè)長(cháng)時(shí)間段的負值或滿(mǎn)屏大噪聲

原因：濾光片飼服電機“失步”，造成檔位錯位，國產(chǎn)電機尤甚。

檢查：重新開(kāi)機有可能回復，或打開(kāi)單色器對照波長(cháng)與濾光片的相對位置來(lái)檢查(注意：打開(kāi)單色器時(shí)要保護檢測器不被強光刺激)。

處置：更換飼服電機。

11、故障：吸光值信號上下擺動(dòng)

具體表現：當儀器波長(cháng)固定在某個(gè)波長(cháng)下時(shí)，吸光值信號上下擺動(dòng)，特別是測量模式轉換為按鍵開(kāi)關(guān)式的簡(jiǎn)易儀器。

原因：開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)因長(cháng)期氧化所致造成接觸不良。

檢查：用手加重力量按琴鍵時(shí)，吸光值隨之變化。

處置：用金屬活化劑清洗按鍵觸點(diǎn)即可。