紫外分光光度計(jì)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

鐘扎紅，徐海濤

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370；2.深圳市愛(ài)杰特醫(yī)藥科技有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)科技在迅速地發(fā)展，人類的生活也發(fā)生了翻天覆地的變化。在工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，生物所依賴的生態(tài)系統(tǒng)不可避免地受到了影響，環(huán)境遭到了一定的破壞，繼而影響到人類的生命健康，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展也受到了阻礙，因此，政府和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越重視，如何實(shí)施環(huán)境保護(hù)工作成為了各級(jí)政府的重要抓手。

環(huán)境中的污染源類型眾多，由多種因素共同造成，復(fù)雜難以分辨，紫外分光光度法可以用于對(duì)環(huán)境污染程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用該方法研究設(shè)計(jì)而成的紫外分光光度計(jì)，可以方便地對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析、檢測(cè)，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量的計(jì)算，對(duì)比與分析，最終得到所需要的結(jié)果。紫外分光光度計(jì)操作簡(jiǎn)便、監(jiān)測(cè)速度快且精度高，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較明顯[1]。

紫外分光光度計(jì)測(cè)量的波長(zhǎng)范圍為200～760 nm，科研人員對(duì)該儀器的研究與應(yīng)用時(shí)間比較長(zhǎng)，技術(shù)也已相對(duì)成熟?，F(xiàn)在市面上的紫外分光光度計(jì)也越來(lái)越智能化，甚至有紫外分光光度計(jì)測(cè)量的波長(zhǎng)范圍能達(dá)到190～1 100 nm；并且監(jiān)測(cè)速度快、精度高，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中還可以對(duì)多波長(zhǎng)進(jìn)行多組分分析，能為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)很大的幫助。紫外的光區(qū)范圍十分大，可以對(duì)絕大多數(shù)的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等進(jìn)行測(cè)定吸收。與其他的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，紫外分光光度計(jì)的選擇性好、精準(zhǔn)度高、測(cè)定限低、操作難度低、測(cè)定速度快，因而目前在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用[2]。

1 紫外分光光度計(jì)的特性

1.1 紫外分光光度法的原理

紫外吸收光譜法是基于物質(zhì)對(duì)紫外區(qū)域的光選擇性吸收的原理，紫外吸收光譜法和可見(jiàn)分光光度法同屬于電子光譜，是由分子中外層電子躍遷產(chǎn)生的，紫外光譜法可用于在紫外光區(qū)域有吸收的有機(jī)化合物的鑒定和結(jié)構(gòu)分析[3-4]。

紫外分光光度法即是利用了光的這一特點(diǎn)，基于朗伯-比爾定律可知，被測(cè)物質(zhì)光的吸光強(qiáng)度與被測(cè)物質(zhì)的濃度和吸收波長(zhǎng)有關(guān)，在物質(zhì)的特征波長(zhǎng)處測(cè)得吸光強(qiáng)度，即可知被測(cè)物質(zhì)的濃度。由此，可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量或定性分析，朗伯-比爾定律可用式（1）表示:

式（1）中:A——吸光度；

k——摩爾吸光系數(shù)，單位為L(zhǎng)/（mol·cm）；

b——光程，即液層厚度，單位為cm；

c——物質(zhì)的量濃度，單位為mol/L。

1.2 紫外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)

紫外分光光度法所用的儀器是紫外分光光度計(jì)，由輻射光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器、記錄器和顯示系統(tǒng)組成。

a）輻射光源

主要為鎢燈和氘燈，能夠發(fā)射足夠強(qiáng)度的連續(xù)光譜，穩(wěn)定性好，輻射能量隨波長(zhǎng)無(wú)明顯的變化，使用壽命長(zhǎng)。

b）單色器

主要由入射狹縫、反射鏡、色散元件和出射狹縫等組成，作用是將光源發(fā)射出的連續(xù)的光譜分離出所需的一定波段的光束。

c）吸收池

用于盛放被測(cè)量的溶液，常用石英吸收池。

d）檢測(cè)器

用于檢測(cè)光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

e）記錄器和顯示系統(tǒng)

光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后，經(jīng)過(guò)放大器適當(dāng)?shù)胤糯螅糜涗泝x記錄或數(shù)字顯示器顯示結(jié)果。

1.3 紫外分光光度計(jì)的特點(diǎn)

紫外分光光度計(jì)擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，且具有很強(qiáng)的靈敏度和分辨度，可用于各個(gè)行業(yè)對(duì)于物質(zhì)的分析鑒定。在紫外線的可見(jiàn)范圍內(nèi)，許多類無(wú)機(jī)物和有機(jī)物均可以被檢測(cè)出來(lái)；在檢測(cè)過(guò)程中，操作簡(jiǎn)單，精確度高。

2 紫外分光光度計(jì)的應(yīng)用

在環(huán)境污染研究領(lǐng)域中，水體污染、空氣污染和土壤污染會(huì)經(jīng)常發(fā)生，并且占有很高的比例，因此，研究者經(jīng)常以此作為環(huán)保監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。水體和人類的生產(chǎn)生活存在直接的關(guān)系，但是，由于大量的工業(yè)污染物的排放，水體的質(zhì)量不容樂(lè)觀，影響到人類的健康。當(dāng)前我國(guó)許多企業(yè)的污水排放不達(dá)標(biāo)，污水的總量在持續(xù)地增加，水體污染變得非常嚴(yán)重，土壤污染也是如此。紫外分光光度計(jì)可以用于監(jiān)測(cè)污染情況，這種方法方便快捷、操作簡(jiǎn)單，目前被廣泛地使用，特別是在應(yīng)急檢測(cè)中發(fā)揮著重要的作用[3]。

2.1 氣體監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

大氣中含有氣溶膠和氣態(tài)物質(zhì)，研究者主要對(duì)這兩種物質(zhì)進(jìn)行分析，以確定空氣污染的程度，對(duì)于這些污染物質(zhì)，可以采用分光光度法進(jìn)行測(cè)量。

馬躍[5]在其研究中，利用紫外分光光度法對(duì)工作場(chǎng)所空氣中二氧化硫進(jìn)行了檢測(cè)驗(yàn)證，以二乙醇胺為吸收劑，證明在0.0～1.60 μg/mL時(shí)其濃度與吸光度呈良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為y=0.462 1 x+0.056 13，回歸系數(shù)為r=0.999 7，得到RSD為0.61%～1.21%，回收率為91.7%～96.0%，均符合實(shí)驗(yàn)要求，這為檢測(cè)空氣中的二氧化硫提出了一種新的測(cè)試辦法。

鈴木效治[6]研究紫外分光光度計(jì)快速測(cè)定廢氣中的氮氧化物的方法，即:將樣品中的氮氧化物被臭氧氧化成硝酸根離子，用弱酸性溶液將其吸收，在215～230 nm波長(zhǎng)處測(cè)試其吸光度，依據(jù)朗伯-比爾定律求得氮氧化物的含量。此方法的測(cè)定精度高，干擾少。

盧建平等[7]在研究中指出，對(duì)于空氣中的酚，常用4-氨基安替比林比色法、氣相色譜法進(jìn)行測(cè)定。但4-氨基安替比林比色法所用的試劑不穩(wěn)定，影響因素比較多，嘗試使用紫外分光光度法來(lái)測(cè)定空氣酚，酚最大吸收波長(zhǎng)為210.5 nm，酚在5.0～90.0 μg/mL范圍內(nèi)符合朗伯-比爾定律。而且，與酚共存的物質(zhì)甲醛及硫酸也不影響測(cè)定結(jié)果。

2.2 水質(zhì)分析中的應(yīng)用

水質(zhì)對(duì)人類健康的重要程度不言而喻。對(duì)于水質(zhì)的變化，可以通過(guò)紫外分光光度計(jì)對(duì)其進(jìn)行細(xì)致、全面的分析。水體中含有各種有機(jī)物、無(wú)機(jī)物，水體發(fā)生污染后的組成成分相對(duì)會(huì)復(fù)雜化，采用分光光度計(jì)的方法可以獲得相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

郝宏艷等在文獻(xiàn)[8]中通過(guò)紫外分光光度法對(duì)水中硝酸根的含量進(jìn)行了測(cè)定，介紹了硝酸根中含有一個(gè)N=O基團(tuán)，在紫外光區(qū)有強(qiáng)烈的吸收，利用朗伯-比爾定律測(cè)定其含量，分別于波長(zhǎng)220 nm和275 nm處測(cè)定其吸光度，結(jié)果證明在275 nm處的吸收接近于零；并且作者通過(guò)和二磺酸酚比色法進(jìn)行比較驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)紫外分光光度法所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，方法快速，精密度和準(zhǔn)確度高。

肖秋風(fēng)等在文獻(xiàn)[9]中依據(jù)GB/T 5750.6—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》，通過(guò)紫外分光光度計(jì)（型號(hào)TU-1810PC）對(duì)飲用水中的鋁含量進(jìn)行了研究。作者選取620 nm波長(zhǎng)進(jìn)行吸光度測(cè)量，用2 cm比色皿作為空白對(duì)照，采用紫外分光光度法對(duì)水樣進(jìn)行定量的評(píng)估。從結(jié)果來(lái)看，紫外分光光度法檢測(cè)結(jié)果提示具有良好的線性關(guān)系（r=0.999），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.31%，標(biāo)準(zhǔn)差＜5%，檢測(cè)回收率為93.5%～97.5%，證明紫外分光光度法對(duì)飲用水中的鋁進(jìn)行定量的檢測(cè)很方便、準(zhǔn)確。

馮艷等[10]利用紫外分光光度法對(duì)地表水中的石油成分進(jìn)行了不確定度計(jì)算。在酸性條件下，采用正己烷在萃取樣品中的油類物質(zhì)，對(duì)萃取液采用無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行脫水，硅酸鎂吸附除去動(dòng)植物油類等極性物質(zhì)，在225 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度，結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)曲線和水樣體積讀取引入的不確定度是其主要來(lái)源。

2.3 土壤監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生的廢棄物被無(wú)秩序地排入土壤中，重金屬的含量發(fā)生了變化，累積超過(guò)土壤的限值，污染逐漸地在加劇，以及各種各樣的化肥使用，使得土壤中的pH超出正常范圍，這一切都給環(huán)境造成了極大的破壞。在研究土壤的過(guò)程中，采用紫外分光光度法可以有效地分析出土壤的污染情況，給科研提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

弓玉紅等[11]通過(guò)萃取-紫外分光光度法聯(lián)用測(cè)定了土壤中3、4-苯并芘的含量，苯并芘是一種強(qiáng)致癌有機(jī)物質(zhì)，容易殘留在土壤中，大多是受到煉油廠廢棄物的污染，作者以二甲基亞砜為萃取溶劑，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)紫外分光光度法測(cè)定，顯示3、4-苯并芘二氯甲烷溶液在300 nm處有最大的吸收峰，結(jié)果顯示在焦化廠附近的土壤中，3、4-苯并芘平均含量高達(dá)191 mg/kg。同時(shí)，作者同國(guó)內(nèi)外使用的氣相色譜-質(zhì)譜法進(jìn)行比較，顯示該方法具有靈敏度高、選擇性好、實(shí)用性強(qiáng)、重復(fù)性較好的優(yōu)點(diǎn)。

肖振林等[12]以土壤中五氯酚為研究對(duì)象，通過(guò)氫氧化鈉提取土壤樣品，五氯酚以溶于水的五氯酚鈉形式被提取出來(lái)，采用紫外分光光度法測(cè)量土壤中的五氯酚含量，通過(guò)比較，選擇320 nm作為測(cè)定五氯酚的特征波長(zhǎng)，考察了提取溶液的pH及其固液比對(duì)于測(cè)定的影響，最后得出結(jié)論:用此方法測(cè)定土壤中的五氯酚含量，加標(biāo)回收率為94.4%～104.7%。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述研究者對(duì)紫外分光光度法的應(yīng)用及試驗(yàn)進(jìn)行分析，我們了解到該方法在環(huán)境監(jiān)測(cè)中起到了重要的作用，為了進(jìn)一步地弄清該方法對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，我們有必要對(duì)其測(cè)定條件進(jìn)行一些了解，測(cè)定條件包括照射波長(zhǎng)和吸光度范圍。只有測(cè)定條件選擇合適，其測(cè)定結(jié)果才能夠更加精確。

綜上，我們對(duì)紫外分光光度法有了較為全面的了解，該方法的廣泛應(yīng)用，加速了檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展，提高了檢測(cè)的精度和質(zhì)量要求。該檢測(cè)方法在分析工業(yè)的快速發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題方面發(fā)揮了重要作用，除以上介紹到的行業(yè)外，其在醫(yī)藥、食品等行業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用[13-14]。

隨著電子科技和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，紫外分光光度計(jì)的靈敏度和可靠性將會(huì)得到很大的提高，其工作效率和準(zhǔn)確性也將會(huì)迅速地提升。該技術(shù)的普遍應(yīng)用，也推動(dòng)了環(huán)保事業(yè)的發(fā)展；科技的發(fā)展，帶動(dòng)檢測(cè)儀器的發(fā)展，也更加有利于識(shí)別出更多污染物的種類和含量，有利于監(jiān)管部門(mén)提升環(huán)境監(jiān)測(cè)的效果。