紫外(wai)光(guang)譜(pu)的(de)原(yuan)理(li)及其(qi)應(ying)用(yong)

紫外(wai)光(guang)譜(pu)是(shi)紫外(wai)分(fen)光光度(du)計(ji)等(deng)分(fen)析(xi)化學(xue)中(zhong)的(de)重要(yao)工具。UV（紫(zi)外(wai)線）光(guang)譜(pu)的(de)另(ling)壹個名稱是電子光(guang)譜(pu)，因(yin)為(wei)它涉及(ji)將電子(zi)從基(ji)態提(ti)升(sheng)到更高的(de)能量(liang)或激(ji)發態(tai)。在(zai)本(ben)文中(zhong)，我將解(jie)釋紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)、工作(zuo)原(yuan)理(li)和所(suo)有應(ying)用(yong)。

壹、紫外(wai)光(guang)譜(pu)簡介(jie)
紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)是(shi)壹種吸(xi)收光(guang)譜(pu)，其(qi)中紫外(wai)線區域（200-400 nm）的(de)光被(bei)分(fen)子吸收(shou)。紫外(wai)輻射(she)的(de)吸收(shou)導致(zhi)電子(zi)從基(ji)態激(ji)發到更高能(neng)態。被吸(xi)收(shou)的(de)紫外(wai)線輻射(she)的(de)能量(liang)等(deng)於(yu)基(ji)態和(he)高能(neng)態之間(jian)的(de)能量(liang)差（deltaE = hf）。
   通(tong)常，有(you)利的(de)躍遷(qian)是(shi)從MAX占(zhan)據(ju)分(fen)子(zi)軌道 (HOMO) 到LOW未占(zhan)據(ju)分(fen)子(zi)軌道 (LUMO)。對(dui)於(yu)大(da)多(duo)數(shu)分(fen)子來說(shuo)，LOW能量(liang)占(zhan)據(ju)的(de)分子(zi)軌(gui)道是s 軌(gui)道，對(dui)應(ying)於(yu) sigma 鍵(jian)。p 軌(gui)道處於(yu)較高的(de)能級(ji)，具有(you)未共(gong)享電(dian)子對(dui)的(de)軌道（非鍵(jian)軌(gui)道）位於(yu)較高的(de)能級(ji)。未占(zhan)軌(gui)道或反(fan)鍵軌(gui)道（pie *和sigma *）是(shi)能(neng)量(liang)High的(de)占據(ju)軌(gui)道。
在(zai)所有(you)化(hua)合(he)物(wu)（除了(le)烷烴）中，電子都會經歷(li)各(ge)種(zhong)躍(yue)遷(qian)。壹(yi)些(xie)隨著(zhe)能(neng)量(liang)增(zeng)加的(de)重要(yao)轉(zhuan)變(bian)是(shi)：非鍵(jian)到派*，非鍵(jian)到 sigma *，派到派*, sigma 到 pie *和 sigma 到 sigma *。

二、紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)學(xue)原(yuan)理(li)

紫外(wai)光(guang)譜(pu)遵(zun)循比爾-朗(lang)伯定律(lv)，該定律(lv)指出(chu)：當壹(yi)束(shu)單色(se)光(guang)通(tong)過(guo)吸(xi)收(shou)物(wu)質的(de)溶液(ye)時(shi)，輻射(she)強度(du)隨吸(xi)收(shou)溶(rong)液厚(hou)度(du)的(de)下降(jiang)率與(yu)入射(she)輻射(she)成正比：以及(ji)溶液的(de)濃度(du)。
Beer-Lambert 定律(lv)的(de)表達(da)式為(wei) - A = log (I 0 /I) = Ecl
其中(zhong)，A = 吸光(guang)度(du) ，I 0 = 入射(she)到樣品池，

目(mu)的(de)光強(qiang)度(du) I = 離開樣品池的(de)光強(qiang)度(du)C = 溶質L
目(mu) 的(de)摩(mo)爾濃度(du)= 樣品池長(chang)度(du) (cm.)  ，E = 摩(mo)爾吸光率
從(cong)比爾-朗(lang)伯定律(lv)可以(yi)清楚地看出(chu)，能夠吸(xi)收(shou)給定波長(chang)的(de)光的(de)分子(zi)數(shu)量(liang)越(yue)多，光(guang)吸(xi)收(shou)的(de)程(cheng)度(du)就越(yue)大(da)。這(zhe)是紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)。

三、紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)的(de)儀(yi)器(qi)和(he)工作(zuo)

可以(yi)同時研究(jiu)紫外(wai)光(guang)譜(pu)儀(yi)的(de)儀(yi)器(qi)和(he)工作(zuo)。大(da)多(duo)數(shu)現代(dai)紫外(wai)光(guang)譜(pu)儀(yi)由(you)以下部(bu)分組(zu)成(cheng) ：
光(guang)源(yuan)：鎢絲(si)燈(deng)和氫氘(dao)燈(deng)是廣(guang)泛使用(yong)的(de)光源(yuan)，因為(wei)它們(men)覆(fu)蓋(gai)了(le)整(zheng)個紫外(wai)區域。鎢(wu)絲(si)燈(deng)富含紅色(se)輻射(she)；具體地說(shuo)，它們(men)發(fa)出(chu) 375 nm 的(de)輻射(she)，而氫氘(dao)燈(deng)的(de)強度(du)低(di)於(yu) 375 nm。
單(dan)色(se)器(qi)：單(dan)色(se)器(qi)通(tong)常由(you)棱(leng)鏡(jing)和(he)狹(xia)縫(feng)組成。大(da)多(duo)數(shu)分(fen)光光度(du)計(ji)是雙(shuang)光束(shu)分光(guang)光度(du)計(ji). 從主(zhu)光(guang)源(yuan)發出(chu)的(de)輻射(she)在(zai)旋轉(zhuan)棱(leng)鏡(jing)的(de)幫(bang)助下被分(fen)散(san)。由(you)棱(leng)鏡(jing)分(fen)離(li)的(de)光源(yuan)的(de)各(ge)種(zhong)波長(chang)然後由(you)狹縫選(xuan)擇(ze)，這(zhe)樣棱(leng)鏡(jing)的(de)旋轉(zhuan)導致(zhi)壹系(xi)列(lie)連(lian)續增(zeng)加的(de)波長(chang)通(tong)過狹縫用(yong)於(yu)記(ji)錄(lu)目(mu)的(de)。狹縫(feng)選(xuan)擇(ze)的(de)光束(shu)是單(dan)色(se)的(de)，並在(zai)另(ling)壹個棱(leng)鏡(jing)的(de)幫(bang)助下進壹(yi)步(bu)分(fen)成兩(liang)束(shu)。
樣品和參比池：兩(liang)個分開的(de)光束(shu)中的(de)壹個(ge)穿過樣品溶液(ye)，第(di)二個(ge)光(guang)束(shu)穿過參比溶液(ye)。樣品和參考溶液都包含(han)在(zai)細(xi)胞中(zhong)。這(zhe)些(xie)電池由(you)二氧化矽或石英制成(cheng)。玻璃(li)不(bu)能(neng)用(yong)於(yu)電(dian)池，因(yin)為(wei)它也(ye)會吸收紫外(wai)線區域的(de)光。
探(tan)測器(qi): 通(tong)常兩(liang)個光電池用(yong)作(zuo)紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)中(zhong)的(de)檢(jian)測器(qi)。其(qi)中壹(yi)個光電管接收來自樣品池的(de)光束(shu)，第(di)二個(ge)檢(jian)測器(qi)接(jie)收來(lai)自參考的(de)光束(shu)。來自(zi)參比池的(de)輻射(she)強度(du)比樣品池的(de)光束(shu)強。這(zhe)導致(zhi)在(zai)光電(dian)池中(zhong)產(chan)生(sheng)脈(mai)動(dong)或交(jiao)流(liu)電流。
放大(da)器(qi):光(guang)電管(guan)中產(chan)生(sheng)的(de)交(jiao)流(liu)電被傳(chuan)輸到放大(da)器(qi)。放大(da)器(qi)耦(ou)合到壹個(ge)小(xiao)型伺(si)服(fu)計(ji)。壹般(ban)來(lai)說(shuo)，光電(dian)管(guan)產(chan)生(sheng)的(de)電流(liu)強(qiang)度(du)很(hen)低(di)，放大(da)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)是將信號(hao)放大(da)多(duo)次，以便獲得清晰(xi)可記(ji)錄(lu)的(de)信號(hao)。
錄(lu)音設(she)備(bei):大(da)多(duo)數(shu)時(shi)間放大(da)器(qi)都連(lian)接(jie)到連(lian)接(jie)到計(ji)算機(ji)的(de)筆(bi)式記(ji)錄(lu)器(qi)。計(ji)算機(ji)存儲(chu)所(suo)有(you)生(sheng)成(cheng)的(de)數據(ju)並生(sheng)成(cheng)所(suo)需(xu)化合(he)物(wu)的(de)光譜(pu)。

四(si)、紫外(wai)光(guang)譜(pu)中(zhong)生(sheng)色(se)團(tuan)和(he)輔(fu)助色(se)素(su)的(de)概(gai)念
發(fa)色(se)團(tuan)：發(fa)色(se)團(tuan)定義為(wei)在(zai)紫外(wai)或可見(jian)光(guang)區域 (200-800 nm)中(zhong)顯(xian)示出(chu)特征(zheng)吸(xi)收(shou)的(de)任(ren)何(he)孤(gu)立(li)的(de)共(gong)價鍵合(he)基(ji)團。生(sheng)色(se)團(tuan)可分(fen)為(wei)兩組(zu)：
a) 生(sheng)色(se)團(tuan)，其(qi)包含(han) p 電(dian)子(zi)並經歷(li)餅對(dui)餅*躍遷(qian)。乙(yi)烯和(he)乙炔(que)是此(ci)類發(fa)色(se)團(tuan)的(de)例子(zi)。
b) 同(tong)時包含(han) p 和(he)非鍵(jian)合(he)電子的(de)發色(se)團(tuan)。他(ta)們(men)經歷(li)了(le)兩(liang)種類型(xing)的(de)轉變(bian)；pie to pie *和(he) nonbonding to pie *。羰基(ji)、腈(jing)、偶氮(dan)化(hua)合(he)物(wu)、硝(xiao)基(ji)化合(he)物(wu)等(deng)都是屬於(yu)此(ci)類(lei)發色(se)團(tuan)。
輔(fu)助色(se)素(su)- 助色(se)團(tuan)可以(yi)定義為(wei)任(ren)何(he)本(ben)身不(bu)充(chong)當(dang)發(fa)色(se)團(tuan)但其存(cun)在(zai)導致(zhi)吸收(shou)帶向(xiang)光譜(pu)的(de)較長(chang)波長(chang)移(yi)動(dong)的(de)基(ji)團。-OH、-OR、-NH 2、-NHR、-SH等(deng)屬(shu)於(yu)輔(fu)助變(bian)色(se)基(ji)團。

五(wu)、紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)中(zhong)的(de)吸收(shou)和(he)強度(du)變(bian)化(hua)

在(zai)紫外(wai)光(guang)譜(pu)中(zhong)觀察到四(si)種類型(xing)的(de)位移(yi)：
a) 紅移效應(ying):這(zhe)種類(lei)型的(de)位移(yi)也(ye)稱為(wei)紅移。紅移是(shi)壹種(zhong)效應(ying)，由於(yu)助色(se)劑(ji)的(de)存在(zai)或溶(rong)劑(ji)的(de)變(bian)化(hua)，吸收(shou)MAX值向(xiang)更長(chang)的(de)波長(chang)移(yi)動(dong)。羰基(ji)化合(he)物(wu)的(de)非鍵(jian)合(he)到派*轉(zhuan)變(bian)觀(guan)察到紅移或紅移。
b) 低(di)色(se)移(yi)——這(zhe)種效應(ying)也(ye)稱為(wei)藍移(yi)。深(shen)向(xiang)色(se)移(yi)是(shi)壹(yi)種(zhong)吸(xi)收max值向較短波長(chang)移(yi)動(dong)的(de)效應(ying)。通常(chang)它是由於(yu)去(qu)除(chu)共(gong)軛或改(gai)變(bian)溶(rong)劑的(de)極性引(yin)起的(de)。
c) 增(zeng)色(se)效果- 增(zeng)色(se)偏移(yi)是(shi)吸收(shou)max值增(zeng)加的(de)效果。在(zai)化合(he)物(wu)中引(yin)入輔(fu)助色(se)素(su)通常(chang)會(hui)導致(zhi)增(zeng)色(se)效果。
d) 減色(se)效應(ying)- 增(zeng)色(se)效應(ying)定義為(wei)吸收(shou)max值強(qiang)度(du)降(jiang)低(di)的(de)效果。由於(yu)引(yin)入(ru)了新基(ji)團，分(fen)子(zi)的(de)幾(ji)何(he)形(xing)狀(zhuang)發生(sheng)了(le)畸變(bian)，因(yin)此發(fa)生(sheng)了(le)增(zeng)色(se)效應(ying)。

六、紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)的(de)應(ying)用(yong)

1.官能團(tuan)的(de)檢(jian)測：紫(zi)外(wai)光(guang)譜(pu)用(yong)於(yu)檢(jian)測化(hua)合(he)物(wu)中發(fa)色(se)團(tuan)的(de)存在(zai)與否(fou)。該(gai)技(ji)術(shu)不(bu)適(shi)用(yong)於(yu)檢(jian)測復雜化合(he)物(wu)中的(de)發色(se)團(tuan)。特定波段的(de)波段缺(que)失(shi)可以(yi)被視為(wei)特定群(qun)體缺失(shi)的(de)證(zheng)據(ju)。如(ru)果化合(he)物(wu)的(de)光譜(pu)在(zai) 200 nm 以上(shang)是(shi)透(tou)明(ming)的(de)，則表明(ming)不(bu)存(cun)在(zai)。
2. 共(gong)軛程(cheng)度(du)的(de)檢(jian)測：可以(yi)借(jie)助紫外(wai)光(guang)譜(pu)檢(jian)測多(duo)烯(xi)中的(de)共(gong)軛程(cheng)度(du)。隨著(zhe)雙(shuang)鍵的(de)增(zeng)加，吸(xi)收(shou)向(xiang)更長(chang)的(de)波長(chang)移(yi)動(dong)。如(ru)果多烯(xi)中(zhong)的(de)雙(shuang)鍵增(zeng)加了(le) 8 個(ge)，那(na)麽當吸收進入(ru)可見(jian)區域時(shi)，人(ren)眼(yan)就可以(yi)看到多烯(xi)。
3. 未知(zhi)化(hua)合物(wu)的(de)鑒(jian)定：可以(yi)借(jie)助紫外(wai)光(guang)譜(pu)鑒(jian)定未知(zhi)化(hua)合物(wu)。將未知(zhi)化(hua)合物(wu)的(de)光譜(pu)與(yu)參考化合物(wu)的(de)光譜(pu)進(jin)行比較，如(ru)果兩個(ge)光(guang)譜(pu)壹(yi)致(zhi)，則確認未知(zhi)物(wu)質的(de)鑒(jian)定。
4. 幾(ji)何(he)異構體構型(xing)的(de)測定：觀察(cha)到順式烯(xi)烴的(de)吸收(shou)波長(chang)與(yu)反(fan)式烯(xi)烴不(bu)同(tong)。當(dang)其(qi)中(zhong)壹(yi)種異構體由於(yu)空(kong)間(jian)位阻而(er)具有(you)非共(gong)面結(jie)構時(shi)，這(zhe)兩種(zhong)異構體可以(yi)相互區分。與(yu)反(fan)式異構體相比，順式異構體遭(zao)受變(bian)形(xing)並在(zai)較低(di)波長(chang)處(chu)吸收。
5. 物(wu)質純(chun)度(du)的(de)測定：物(wu)質的(de)純(chun)度(du)也(ye)可以(yi)借(jie)助紫外(wai)光(guang)譜(pu)來(lai)測定。將樣品溶液(ye)的(de)吸收(shou)與(yu)參考溶液的(de)吸收(shou)進(jin)行比較。吸收強(qiang)度(du)可用(yong)於(yu)樣品物(wu)質純(chun)度(du)的(de)相對(dui)計(ji)算。

     蘇州(zhou)阿爾法(fa)生(sheng)物(wu)提供(gong)的(de)核酸(suan)提(ti)取(qu)儀(yi)、紫(zi)外(wai)分(fen)光光度(du)計(ji)、分光(guang)光度(du)計(ji)、均質機、冷(leng)凍(dong)離(li)心(xin)機(ji)、超速離心(xin)機(ji)等(deng)實(shi)驗(yan)室(shi)設(she)備(bei)。