紫外-可见分光光度计的工作原理是什么

 紫外 - 可见分光光度计（UV-Vis）的核心工作原理是利用物质对紫外线（200-400nm）和可见光（400-760nm）的选择性吸收特性，通过测量不同波长下的吸光度，实现物质的定性分析（判断 “是什么”）和定量分析（判断 “有多少”）。其本质是通过 “光的吸收指纹” 反向推导物质的关键信息，核心遵循朗伯 - 比尔定律。

一、核心逻辑：物质的 “光吸收指纹” 是基础

• 叶绿素分子会强烈吸收红光（~660nm）和蓝光（~450nm），几乎不吸收绿光，因此植物呈现绿色；
• 高锰酸钾溶液（紫色）会吸收绿色光（~525nm），透过紫色光，因此溶液显紫色。
   
  UV-Vis 正是通过捕捉这种 “吸收指纹”，判断样品的成分；再通过吸收强度，计算样品的浓度。

二、关键定律：朗伯 - 比尔定律（定量分析的核心）

• A：吸光度（表示光被样品吸收的程度，无单位，A 值越大，吸收越强）；
• ε：摩尔吸光系数（单位：L/(mol・cm)），是物质的固有属性，与物质种类、入射光波长有关，反映物质对特定波长光的吸收能力（ε 越大，物质越容易被检测，仪器灵敏度越高）；
• b：光程长度（单位：cm），即光穿过样品的路径长度（常用石英比色皿的厚度为 1cm、2cm）；
• c：样品的摩尔浓度（单位：mol/L）。

定律的核心意义：

三、完整工作流程：从 “光发射” 到 “结果输出”

1. 光源发射复合光

    

   仪器配备双光源，覆盖紫外和可见光范围：
   • 紫外区（200-400nm）：用氘灯（Deuterium Lamp），发射稳定的紫外光；
   • 可见光区（400-760nm）：用钨灯（Tungsten Lamp），发射类似太阳光的可见光；
      
     光源会根据测量波长自动切换，确保入射光的强度稳定。
2. 单色器将复合光分解为单色光

    

   光源发出的是 “复合光”（如白光包含所有可见光波长），需要通过单色器（核心部件是光栅或棱镜）将其分解为 “单色光”（单一波长的光）。单色器可按设定的波长范围（如 200-800nm）连续扫描，依次输出不同波长的单色光。
3. 光分为参比光和样品光

    

   单色光经分光镜分为两束强度相等的光：
   • 参比光：穿过 “空白样品池”（仅含溶剂，如蒸馏水、乙醇，不含待检测物质）；
   • 样品光：穿过 “样品池”（含待检测物质的溶液，用石英比色皿盛放 —— 石英不吸收紫外光，玻璃会吸收紫外光，因此紫外区必须用石英比色皿）。
4. 样品选择性吸收光

    

   样品池中的物质会吸收特定波长的单色光，未被吸收的光透过样品池；而参比池中的溶剂几乎不吸收光（或吸收可忽略），大部分光透过。
5. 检测器测量光强度

    

   检测器（常用光电倍增管、CCD 阵列）分别测量 “透过参比池的光强度（I₀）” 和 “透过样品池的光强度（I）”，并将光信号转化为电信号。

    

   吸光度 A 的计算逻辑：A = -log (I/I₀)（I₀是入射光强度，I 是透过光强度，I 越小，A 越大，说明样品吸收越强）。
6. 数据处理与结果输出

    

   仪器软件会自动记录不同波长下的吸光度（A），绘制 “吸收光谱图”（横坐标：波长 λ，纵坐标：吸光度 A）—— 这就是样品的 “光吸收指纹”。
   • 定性分析：将样品的吸收光谱图与标准物质的光谱图对比，若吸收峰的波长位置（λ_max，最大吸收波长）一致，则可初步判断为同一物质；
   • 定量分析：根据朗伯 - 比尔定律，结合标准曲线，计算未知样品的浓度，直接输出结果。

四、关键补充：为什么能同时实现定性和定量？

• 定性依据：物质的 “最大吸收波长（λ_max）” 是固有属性，如苯酚在 270nm 处有最大吸收峰，维生素 C 在 243nm 处有最大吸收峰，通过 λ_max 的匹配可判断成分；
• 定量依据：在 λ_max 处，物质的摩尔吸光系数 ε 最大，吸光度与浓度的线性关系最好，测量精度最高，因此定量分析通常选择在 λ_max 处进行。