紫外分光光度计在环境监测中的应用

2022-11-17钟扎红徐海涛

电子产品可靠性与环境试验 2022年5期

钟扎红，徐海涛

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州 511370；2.深圳市爱杰特医药科技有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

现代工业科技在迅速地发展，人类的生活也发生了翻天覆地的变化。在工业发展的过程中，生物所依赖的生态系统不可避免地受到了影响，环境遭到了一定的破坏，继而影响到人类的生命健康，社会的可持续发展也受到了阻碍，因此，政府和社会对环境保护问题越来越重视，如何实施环境保护工作成为了各级政府的重要抓手。

环境中的污染源类型众多，由多种因素共同造成，复杂难以分辨，紫外分光光度法可以用于对环境污染程度进行监测，利用该方法研究设计而成的紫外分光光度计，可以方便地对物质进行分析、检测，根据所得的数据进行定性和定量的计算，对比与分析，最终得到所需要的结果。紫外分光光度计操作简便、监测速度快且精度高，应用优势比较明显[1]。

紫外分光光度计测量的波长范围为200～760 nm，科研人员对该仪器的研究与应用时间比较长，技术也已相对成熟。现在市面上的紫外分光光度计也越来越智能化，甚至有紫外分光光度计测量的波长范围能达到190～1 100 nm；并且监测速度快、精度高，在监测过程中还可以对多波长进行多组分分析，能为环境监测工作带来很大的帮助。紫外的光区范围十分大，可以对绝大多数的有机物、无机物等进行测定吸收。与其他的环境监测技术相比，紫外分光光度计的选择性好、精准度高、测定限低、操作难度低、测定速度快，因而目前在环境监测领域中有着广泛的应用[2]。

1 紫外分光光度计的特性

1.1 紫外分光光度法的原理

紫外吸收光谱法是基于物质对紫外区域的光选择性吸收的原理，紫外吸收光谱法和可见分光光度法同属于电子光谱，是由分子中外层电子跃迁产生的，紫外光谱法可用于在紫外光区域有吸收的有机化合物的鉴定和结构分析[3-4]。

紫外分光光度法即是利用了光的这一特点，基于朗伯-比尔定律可知，被测物质光的吸光强度与被测物质的浓度和吸收波长有关，在物质的特征波长处测得吸光强度，即可知被测物质的浓度。由此，可以对物质进行定量或定性分析，朗伯-比尔定律可用式（1）表示:

式（1）中:A——吸光度；

k——摩尔吸光系数，单位为L/（mol·cm）；

b——光程，即液层厚度，单位为cm；

c——物质的量浓度，单位为mol/L。

1.2 紫外分光光度计的结构

紫外分光光度法所用的仪器是紫外分光光度计，由辐射光源、单色器、吸收池、检测器、记录器和显示系统组成。

a）辐射光源

主要为钨灯和氘灯，能够发射足够强度的连续光谱，稳定性好，辐射能量随波长无明显的变化，使用寿命长。

b）单色器

主要由入射狭缝、反射镜、色散元件和出射狭缝等组成，作用是将光源发射出的连续的光谱分离出所需的一定波段的光束。

c）吸收池

用于盛放被测量的溶液，常用石英吸收池。

d）检测器

用于检测光信号，并将光信号转换为电信号。

e）记录器和显示系统

光电倍增管将光信号转变为电信号后，经过放大器适当地放大，用记录仪记录或数字显示器显示结果。

1.3 紫外分光光度计的特点

紫外分光光度计拥有广泛的应用领域，且具有很强的灵敏度和分辨度，可用于各个行业对于物质的分析鉴定。在紫外线的可见范围内，许多类无机物和有机物均可以被检测出来；在检测过程中，操作简单，精确度高。

2 紫外分光光度计的应用

在环境污染研究领域中，水体污染、空气污染和土壤污染会经常发生，并且占有很高的比例，因此，研究者经常以此作为环保监测的主要内容。水体和人类的生产生活存在直接的关系，但是，由于大量的工业污染物的排放，水体的质量不容乐观，影响到人类的健康。当前我国许多企业的污水排放不达标，污水的总量在持续地增加，水体污染变得非常严重，土壤污染也是如此。紫外分光光度计可以用于监测污染情况，这种方法方便快捷、操作简单，目前被广泛地使用，特别是在应急检测中发挥着重要的作用[3]。

2.1 气体监测中的应用

大气中含有气溶胶和气态物质，研究者主要对这两种物质进行分析，以确定空气污染的程度，对于这些污染物质，可以采用分光光度法进行测量。

马跃[5]在其研究中，利用紫外分光光度法对工作场所空气中二氧化硫进行了检测验证，以二乙醇胺为吸收剂，证明在0.0～1.60 μg/mL时其浓度与吸光度呈良好的线性关系，其线性回归方程为y=0.462 1 x+0.056 13，回归系数为r=0.999 7，得到RSD为0.61%～1.21%，回收率为91.7%～96.0%，均符合实验要求，这为检测空气中的二氧化硫提出了一种新的测试办法。

铃木效治[6]研究紫外分光光度计快速测定废气中的氮氧化物的方法，即:将样品中的氮氧化物被臭氧氧化成硝酸根离子，用弱酸性溶液将其吸收，在215～230 nm波长处测试其吸光度，依据朗伯-比尔定律求得氮氧化物的含量。此方法的测定精度高，干扰少。

卢建平等[7]在研究中指出，对于空气中的酚，常用4-氨基安替比林比色法、气相色谱法进行测定。但4-氨基安替比林比色法所用的试剂不稳定，影响因素比较多，尝试使用紫外分光光度法来测定空气酚，酚最大吸收波长为210.5 nm，酚在5.0～90.0 μg/mL范围内符合朗伯-比尔定律。而且，与酚共存的物质甲醛及硫酸也不影响测定结果。

2.2 水质分析中的应用

水质对人类健康的重要程度不言而喻。对于水质的变化，可以通过紫外分光光度计对其进行细致、全面的分析。水体中含有各种有机物、无机物，水体发生污染后的组成成分相对会复杂化，采用分光光度计的方法可以获得相对准确的数据。

郝宏艳等在文献[8]中通过紫外分光光度法对水中硝酸根的含量进行了测定，介绍了硝酸根中含有一个N=O基团，在紫外光区有强烈的吸收，利用朗伯-比尔定律测定其含量，分别于波长220 nm和275 nm处测定其吸光度，结果证明在275 nm处的吸收接近于零；并且作者通过和二磺酸酚比色法进行比较验证，发现紫外分光光度法所需的设备简单，操作简便，方法快速，精密度和准确度高。

肖秋风等在文献[9]中依据GB/T 5750.6—2006《生活饮用水标准检验方法》，通过紫外分光光度计（型号TU-1810PC）对饮用水中的铝含量进行了研究。作者选取620 nm波长进行吸光度测量，用2 cm比色皿作为空白对照，采用紫外分光光度法对水样进行定量的评估。从结果来看，紫外分光光度法检测结果提示具有良好的线性关系（r=0.999），相对标准偏差为1.31%，标准差＜5%，检测回收率为93.5%～97.5%，证明紫外分光光度法对饮用水中的铝进行定量的检测很方便、准确。

冯艳等[10]利用紫外分光光度法对地表水中的石油成分进行了不确定度计算。在酸性条件下，采用正己烷在萃取样品中的油类物质，对萃取液采用无水硫酸钠进行脱水，硅酸镁吸附除去动植物油类等极性物质，在225 nm波长处测定其吸光度，结果表明，标准曲线和水样体积读取引入的不确定度是其主要来源。

2.3 土壤监测中的应用

随着工农业的发展，产生的废弃物被无秩序地排入土壤中，重金属的含量发生了变化，累积超过土壤的限值，污染逐渐地在加剧，以及各种各样的化肥使用，使得土壤中的pH超出正常范围，这一切都给环境造成了极大的破坏。在研究土壤的过程中，采用紫外分光光度法可以有效地分析出土壤的污染情况，给科研提供有力的数据支撑。

弓玉红等[11]通过萃取-紫外分光光度法联用测定了土壤中3、4-苯并芘的含量，苯并芘是一种强致癌有机物质，容易残留在土壤中，大多是受到炼油厂废弃物的污染，作者以二甲基亚砜为萃取溶剂，绘制标准曲线，通过紫外分光光度法测定，显示3、4-苯并芘二氯甲烷溶液在300 nm处有最大的吸收峰，结果显示在焦化厂附近的土壤中，3、4-苯并芘平均含量高达191 mg/kg。同时，作者同国内外使用的气相色谱-质谱法进行比较，显示该方法具有灵敏度高、选择性好、实用性强、重复性较好的优点。

肖振林等[12]以土壤中五氯酚为研究对象，通过氢氧化钠提取土壤样品，五氯酚以溶于水的五氯酚钠形式被提取出来，采用紫外分光光度法测量土壤中的五氯酚含量，通过比较，选择320 nm作为测定五氯酚的特征波长，考察了提取溶液的pH及其固液比对于测定的影响，最后得出结论:用此方法测定土壤中的五氯酚含量，加标回收率为94.4%～104.7%。