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紫外-可见光分光光度计原理构造及维护

点击次数:284 发布时间:2021-06-17

  紫外分光光度计常见故障及维修办法
 
  UV的原理
 
  紫外-可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收200--800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法,这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁。
 
  1、分子吸收光谱的形成
 
  电子由于受到光、热、电等的激发从一个能级转移到另外一个能级,称为跃迁
 
  2、为啥紫外光谱是带状的呢?
 
  由分子内部电子能级的跃迁而产生的光谱位于紫外-可见光区内。由上图可以看出在发生电子能级之间跃迁的同时,必然也要发生振动能级之间的跃迁,得到的是一系列的谱线,当发生电子能力和振动能级之间的月钱是,必然也要发生转动能级之间的跃迁,这些谱线连在一起,呈现带状,成为带状光谱。
 
  3、有机化合物的紫外-可见光谱
 
  有机化合物的紫外-可见光谱决定于分子的结构以及分子轨道上电子的性质。有机化合物分子对紫外或可见光的特征吸收,可以用最大吸收处的波长,λmax表示,λmax取决于分子的激发态与基态之间的能量差。从化学键的性质来看,与紫外-可见光谱有关的电子主要有三种,即形成单键的σ电子,形成双键或三键的π电子以及未参与成键的n电子(孤对电子)
 
  电子跃迁类型:
 
  σ→σ*跃迁(饱和有机化合物):吸收能量较高,一般发生在真空紫外区。饱和烃中的C-C和C-H属于这种跃迁类型。如乙烷λmax为135nm。(注:由于一般紫外可见分光光度计只能提供190~850nm范围的单色光,因此无法检测σ→σ*跃迁。利用这一点,饱和有机化合物可以作为实验的良好溶剂,无紫外背景干扰。
 
  π→π*跃迁(不饱和有机化合物):有π电子的基团,如C=C,C≡C,C=O等,会发生π→π*跃迁,一般位于近紫外区,在200nm左右,εmax≥104L·mol-1·cm-1,为强吸收带,有共轭双键的化合物,随着共轭体系的延长,π→π*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动,吸收强度也随之增强。
 
  n→σ*跃迁:含有O、N、S等杂原子的基团,如-NH2、-OH-、-SH等可能产生n→σ*跃迁,在近紫外区,吸收弱,摩尔吸光系数较小。
 
  K带:共轭体系的π→π*跃迁又叫K带,与共轭体系的数目、位置和取代基的类型有关。
 
  B带:芳香族化合物的π→π*跃迁而产生的精细结构吸收带叫做B带。
 
  E带:E带是苯环上三个双键共轭体系中的π电子向π*反键轨道跃迁的结果,可分为E1和E2带(K带)。苯的B带和E带。
 
  n→π*跃迁:含有杂原子的不饱和基团:如C=O,C=S,-N=N-等基团会发生n→π*。发生这种跃迁能量较小,吸收发生在近紫外或者可见光区。特点是强度弱,摩尔吸光系数小,产生的吸收带也叫R带。
 
  以上各吸收带相对的波长位置由大到小的次序为:R、B、K、E2、E1,但一般K和E带常合并成一个吸收带。
 
  4、无机物中的电子跃迁
 
  无机化合物的紫外可见吸收主要是由电荷转移跃迁和配位场跃迁产生。
 
  电荷转移跃迁:无机络合物中心离子和配体之间发生电荷转移:
 
  上述公式中心离子(M)为电子受体,配体(L)为电子给体。不少过渡金属离子和含有生色团的试剂反应生成的络合物以及许多水合无机离子均可产生电荷转移跃迁。
 
  电荷转移吸收光谱出现的波长位置,取决于电子给体和电子受体相应电子轨道的能量差。一般,中心离子的氧化能力越强,或配体的还原能力越强(相反,若中心离子的还原能力越强,或配体的氧化能力越强),则发生电荷转移跃迁时所需能量越小,吸收光谱波长红移。
 
  配位场跃迁:元素周期表中第4和第5周期过渡元素分别含有3d和4d轨道,镧系和锕系元素分别有4f和5f轨道。这些轨道能量通常是简并(相等)的,但是在络合物中,由于配体的影响分裂成了几组能量不等的轨道。若轨道是未充满的,当吸收光后,电子会发生跃迁,分别称为d-d跃迁和f-f跃迁。
 
  UV的结构
 
  UV常见问题
 
  1、故障:氘灯不亮
 
  原因一:氘灯寿命到期(此种原因几率最高)。
 
  检查:灯丝电压、阳极电压均有,灯丝也可能未断(可看到灯丝发红)。
 
  处置:更换氘灯。
 
  原因二:氘灯起辉电路故障。
 
  检查:氘灯在起辉的过程中,一般是灯丝先要预热数秒钟,然后灯的阳极与阴极间才可起辉放电,如果灯在起辉的开始瞬间灯内闪动一下或连续闪动,并且更换新的氘灯后依然如此,有可能是起辉电路有故障,灯电流调整用的大功率晶体管损坏的几率最大。
 
  处置:需要专业人士修理。
 
  2、故障:钨灯不亮
 
  原因一:钨灯灯丝烧断(此种原因几率最高)。
 
  检查:钨灯两端有工作电压,但灯不亮;取下钨灯用万用表电阻档检测。
 
  处置:更换新钨灯。
 
  原因二:没有点灯电压。
 
  检查:保险丝被熔断。
 
  处置:更换保险丝,(如更换后再次烧断则要检查供电电路)。
 
  3、故障:吸光值结果出现负值(最常见)
 
  原因:没做空白记忆、样品的吸光值小于空白参比液。
 
  检查:将参比液与样品液调换位置便知。
 
  处置:做空白记忆、调换参比液或用参比液配置样品溶液。
 
  4、故障:基线噪声大
 
  具体表示:样品室内无任何物品的情况下,全波长范围内基线噪声大
 
  原因:光源镜位置不正确、石英窗表面被溅射上样品。
 
  检查:观察光源是否照射到入射狭缝的中央?石英窗上有无污染物?
 
  处置:重新调整光源镜的位置,用乙醇清洗石英窗。
 
  5、故障:信号的分辨率不够
 
  具体表现是:本应叠加在某一大峰上的小峰无法观察到;
 
  原因:狭缝设置过窄而扫描速度过快,造成检测器响应速度跟不上,从而失去应测到的信号;按常理,一定的狭缝宽度要对应一定范围的扫描速度;或者狭缝设置得过宽,使仪器的分辨率下降,将小峰融合在大峰里了。
 
  检查:放慢扫描速度看一看或将狭缝设窄;
 
  处置:将扫描速度、狭缝宽窄、时间常数三者拟合成一个最优化的条件。
 
  6、故障:紫外区的基线噪声大
 
  具体表现:样品室内无任何物品的情况下,仅仅是紫外区的基线噪声大。
 
  原因:氘灯老化、光学系统的反光镜表面劣化、滤光片出现结晶物。
 
  检查:可见区的基线较为平坦,断电后打开仪器的单色器及上盖,肉眼可以观察到光栅、反光镜表面有一层白色雾状物覆盖在上面;如果光学系统正常,最大的可能是氘灯老化,可以通过能量检查或更换新灯方法加以判断。
 
  处置:更换氘灯、用火棉胶粘取镜面上的污物或用研磨膏研磨滤光片(注意:此种技巧需要有一定维修经验者来实施);清洗比色皿,更换空白溶液。
 
  7、故障:样品出峰位置不对
 
  原因:波长传动机构产生位移。
 
  检查:通过氘灯的656.1nm的特征谱线来判断波长是否准确。
 
  处置:对于高档仪器而言处理手段相对简单,使用仪器固有的自动校正功能即可;而对于相对简单的仪器,这种调整则需要专业人员来进行了。
 
  8、故障:样品信号重现性不良
 
  原因:排除仪器本身的原因外,最大的可能是样品溶液不均匀所致;在简易的单光束仪器中,样品池架一般为推拉式的,有时重复推拉不在同一个位置上。
 
  检查:更换一种稳定的试样判定。
 
  处置:采取正确的试样配置手段;修理推拉式样品架的定位碰珠。
 
  9、故障:没有任何检测信号输出
 
  原因:没有任何光束照射到样品室内。
 
  检查:将波长设定为530nm,狭缝尽量开到最宽档位,在黑暗的环境下用一张白纸放在样品室光窗出口处,观察白纸上有无绿光斑影像。
 
  处置:检查光源镜是否转到位,双光束仪器的切光电机是否转动了(耳朵可以听见电机转动的声音)。
 
  10、故障:长时间段的负值或满屏大噪声
 
  具体表现:做基线扫描或样品扫描时,基线或信号有一个长时间段的负值或满屏大噪声
 
  原因:滤光片饲服电机“失步”,造成档位错位,国产电机尤甚。
 
  检查:重新开机有可能回复,或打开单色器对照波长与滤光片的相对位置来检查(注意:打开单色器时要保护检测器不被强光刺激)。
 
  处置:更换饲服电机。
 
  11、故障:吸光值信号上下摆动
 
  具体表现:当仪器波长固定在某个波长下时,吸光值信号上下摆动,特别是测量模式转换为按键开关式的简易仪器。
 
  原因:开关触点因长期氧化所致造成接触不良。
 
  检查:用手加重力量按琴键时,吸光值随之变化。
 
  处置:用金属活化剂清洗按键触点即可。

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