紫外可见分光光度法在环境污染物检测中的应用与优化研究

引言

紫外可见分光光度法是基于物质对紫外光和可见光的吸收特性而建立起来的一种分析方法。当一束特定波长的光通过含有待测物质的溶液时，部分光被物质吸收，吸收程度与物质的浓度之间遵循朗伯-比尔定律。通过测量光的吸收程度，可以计算出物质的浓度。该方法具有仪器设备简单、操作方便、分析速度快、成本低、灵敏度和选择性较好等特点，在环境监测、食品检测、医药分析等领域发挥着重要作用。

一、紫外可见分光光度法基本原理

紫外可见分光光度法的理论基础是朗伯-比尔定律，其数学表达式为： A=ε bc，其中A 为吸光度，ε为摩尔吸光系数，b 为液层厚度，c 为物质的浓度。

物质分子中的电子在吸收紫外光或可见光后，会从基态跃迁到激发态，不同的物质由于其分子结构不同，对光的吸收波长和吸收强度也不同，这是紫外可见分光光度法进行定性和定量分析的依据。在定量分析时，通常选择物质的最大吸收波长作为测定波长，以提高检测的灵敏度和准确性。

二、紫外可见分光光度法在环境污染物检测中的应用

（一）水中重金属污染物检测

水中重金属污染物如铅、镉、汞、铬等具有毒性大、难降解、易生物积累等特点，对人体健康危害极大。紫外可见分光光度法是检测水中重金属的常用方法之一。

对于铅的检测，常采用双硫腙分光光度法。在碱性条件下，铅离子与双硫腙反应生成红色络合物，该络合物在 510nm 波长处有最大吸收峰，通过测定吸光度可计算出铅的含量。该方法灵敏度较高，最低检测浓度可达 0.01mg/L 。

（二）水中有机污染物检测

水中有机污染物种类繁多，如酚类、苯胺类、农药等，对水环境造成严重污染。紫外可见分光光度法在水中有机污染物检测中也有广泛应用。

酚类化合物是常见的水中有机污染物，4-氨基安替比林分光光度法是检测酚类的经典方法。在碱性条件和氧化剂存在下，酚类化合物与4-氨基安替比林反应生成橙红色吲哚酚安替比林染料，该染料在510nm 波长处有最大吸收，其吸光度与酚类化合物的浓度成正比。该方法可检测水中挥发酚，最低检测浓度为 0.002mg/L。

苯胺类化合物具有毒性和致癌性，对其检测可采用N-（1-萘基）乙二胺分光光度法。在酸性条件下，苯胺类化合物与亚硝酸钠重氮化后，再与N-（1-萘基）乙二胺偶合生成紫红色染料，在545nm 波长处测定吸光度，实现对苯胺类化合物的定量分析。

（三）大气污染物检测

大气中的污染物如二氧化硫、氮氧化物等对空气质量和人体健康影响显著。紫外可见分光光度法可用于大气污染物的检测。

二氧化硫是主要的大气污染物之一，甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法是检测大气中二氧化硫的常用方法。二氧化硫被甲醛溶液吸收后，生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物，在酸性条件下，该化合物与副玫瑰苯胺反应生成紫红色络合物，于 577nm 波长处测定吸光度，根据吸光度计算二氧化硫的浓度。该方法灵敏度高，适用于大气中低浓度二氧化硫的检测。

氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，可采用盐酸萘乙二胺分光光度法检测。大气中的氮氧化物被吸收液吸收后，生成亚硝酸和硝酸，其中亚硝酸与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺偶合生成玫瑰红色偶氮化合物，在 540nm 波长处测定吸光度，从而计算出氮氧化物的浓度。

三、紫外可见分光光度法的优化措施

（一）样品前处理优化

环境样品基质复杂，含有多种干扰物质，会影响检测结果的准确性。因此，样品前处理是提高检

测精度的关键步骤。

对于水样中污染物的检测，可采用固相萃取法进行样品前处理。固相萃取法利用固体吸附剂吸附水样中的目标污染物，再用适当的溶剂洗脱，从而达到分离和富集的目的。该方法能够有效去除水样中的干扰物质，提高检测的灵敏度和选择性。例如，在检测水中微量酚类化合物时，采用固相萃取法进行前处理，可显著降低基质干扰，提高检测结果的准确性。

（二）显色反应优化

显色反应的条件直接影响显色产物的稳定性和吸光度，对检测结果的准确性至关重要。因此，需要对显色反应的条件进行优化。

显色剂的选择是显色反应的关键，应选择与目标污染物反应特异性强、显色产物稳定、摩尔吸光系数大的显色剂。同时，要控制显色剂的用量，用量过多或过少都会影响显色效果。例如，在检测铅离子时，双硫腙的用量需适当，过多会导致背景值升高，过少则会使铅离子反应不完全。

反应温度和时间也会影响显色反应的进行。不同的显色反应有其适宜的温度范围和反应时间，应通过实验确定最佳反应温度和时间，以确保显色反应完全、显色产物稳定。如在检测镉离子时，反应温度过低会使反应速度减慢，反应时间不足则会导致显色不完全；而温度过高可能会使显色产物分解。

（三）仪器参数优化

仪器参数的设置直接影响检测的灵敏度和准确性，对紫外可见分光光度计的参数进行优化是提高检测性能的重要手段。

测定波长的选择应遵循最大吸收原则，即选择目标物质吸收最强的波长作为测定波长，以提高检测的灵敏度。同时，要避免其他物质在该波长处的干扰。例如，在检测酚类化合物时，选择510nm 作为测定波长，此时酚类化合物的显色产物吸收最强，且其他干扰物质的吸收较小。

狭缝宽度也会影响检测结果，狭缝宽度过宽会使入射光的单色性变差，导致测量误差增大；狭缝宽度过窄则会使光强度减弱，降低检测的灵敏度。应根据实际情况选择合适的狭缝宽度，一般来说，对于浓度较低的样品，可选择较窄的狭缝宽度，以提高灵敏度；对于浓度较高的样品，可选择较宽的狭缝宽度。

四、紫外可见分光光度法的局限性

尽管紫外可见分光光度法在环境污染物检测中具有诸多优点，但也存在一些局限性。

该方法的选择性相对较差，当样品中存在与目标污染物具有相似吸收特性的物质时，会产生干扰，影响检测结果的准确性。例如，在检测水中某一特定重金属离子时，若水样中存在其他与显色剂反应的金属离子，会导致检测结果偏高。

此外，该方法的灵敏度虽然能够满足大多数环境污染物检测的需求，但对于一些痕量污染物的检测，其灵敏度仍有待提高。同时，紫外可见分光光度法通常只能对一种或一类污染物进行检测，难以实现对多种污染物的同时检测，在复杂环境样品的检测中存在一定的局限性。

结语

紫外可见分光光度法作为一种成熟的分析方法，在环境污染物检测中发挥了重要作用，已广泛应用于水中重金属、有机物以及大气污染物等的检测。通过对样品前处理、显色反应和仪器参数等方面进行优化，能够提高该方法的检测灵敏度、选择性和准确性，满足不同环境污染物检测的需求。然而，该方法也存在选择性较差、对痕量污染物检测灵敏度不足等局限性。

参考文献

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