紫外光譜技術

紫外光譜技術用於測定紫外光區的光，紫外光的特性是波長短和能量高，當污染物吸收光時，導致其分子的電子發生轉移，因為吸收的能量大於紅外，容易檢測吸收的變化。傳統的檢測器用光電倍增管，而現在的排放源監測儀器中也用矽基線性光電二極體陣列檢測器。

基本介紹

• 中文名：紫外光譜技術
• 外文名：Ultraviolet spectroscopy technology
• 運用領域：電子工程
• 目的：測定紫外光區的光

概念

具有光學活性的化合物，在紫外一可見光區(200nm～800 nm)範圍內，吸收一定波長的光子後，其價電子在分於的電子能級之間躍遷，由此而產生的分子吸收光譜被稱為紫外一可見吸收光譜，簡稱紫外光譜。紫外光譜與電子躍遷有關，在分子中用分子軌道來描述其中電子的狀態，分子軌道可以看作是由對應的原子軌道以線性組合而成的。組成分子的兩個原子其原子軌道線性組合就形成了兩個不同的分子軌道。其中軌道能量低的為成鍵分子軌道，是由兩原子軌道相加而形成的；另一軌道能量高的為反鍵分子軌道，是由兩原子軌道相減而成的。組成鍵的兩個電子均在能量低的成鍵分子軌道中，一個自旋向上，一個自旋向下。此狀態為分子的基態。但當成鍵的兩個電子分別處在成鍵分子軌道和反鍵分子軌道時，分子便處在高能態。當分子受到紫外光的照射，並且紫外光的能量恰好等於分子基態與高能態能量的差額時，就會發生能量轉移，從而使電子發生躍遷。當電子從基態向激發態某一震動能級躍遷時，通常我們由基態平衡位置向激發態作垂線。若與某一震動能級的波函式最大處相交，即說明在這個能級電子躍遷的機率最大。當電子能級改變時。振動能級和轉動能級會有變化，即電子光譜中不但包括電子躍遷產生的潛線，也有振動譜線和轉動譜線。由於溶液巾分子問的相互作用，使不同振動一電子躍遷引起的精細結構平滑化，所以得到的紫外光譜是一個很寬的峰。

運用於油藏學

在油藏地球化學研究中，可以套用紫外光譜技術計算合採井單層產能貢獻和判斷油藏流體連通性，主要是基於原油中不同族組分對紫外可見光譜的吸收特徵不同。對於生物降解稠油，由於缺少正構烷烴，用色譜指紋法研究稠油油藏的連通性及單層產能分配有一定的局限性。由於原油中的芳烴和非烴分子存在共軛鍵，在紫外區有明顯吸收，不同物質吸收特徵不同，且具有加和性，所以可以根據吸光係數可以判斷其相似性。

基本原理

紫外光譜技術以朗伯一比耳(Lambert--Beer)定律為理論基礎對體系中組分進行定量分析。物質的吸光係數是各物質在一定波長的特徵常數，不同的化合物在一定波長的吸光係數是小同的，原油的吸光係數也可以反映其特徵。油藏內源於一個連通油層的石油應當表現出一致的吸收特徵，來源不同的石油則有明顯不同的吸收特徵，所以可通過紫外光譜技術判斷油藏的連通性。

SO2測定技術

煙氣中SO2的測定技術之一是差分吸收非分散紫外光譜技術。SO2氣體吸收185～315 nm區域的紫外光，吸收帶的中心波長在285 nm，通過測量中心波長的UV光，與578nm波長區域的光比較(沒有SO2吸收)，得到SO2測定結果，見圖1。這種利用參比波長而不是參比氣室的技術，稱為差分吸收技術。它是利用UV光譜中的一個或更多的窄吸收帶的方法測量吸收UV光的氣體。

圖1

典型的差分吸收非分散紫外(NDUV)光度計測量時，由汞無極放電燈、空心陰極燈或其他類型的UV燈發光，通過樣品氣室後到達在濾光器轉輪上旋轉的一組帶通濾光器，即參比濾光器和測量濾光器，然後達到光電倍增管。光到達參比濾光器時僅僅允許578 nm區域的光通過，從圖1可知，SO2在578 nm沒有吸收，檢測器測得光強為I₀光到達測量濾光器時允許窄帶中心在285 nm的光通過，檢測器測得光強，。光電倍增管放大信號並由儀器計算系統計算透射率(吸光率)倒數的對數得出正比於SO2濃度的輸出。

紫外光譜技術及紫外光譜儀

紫外輻射的能量被有機物和無機物吸收後能引起外層電子(價電子的躍遷)，不同物質的外層電子所處的能級不同，電子的躍遷能量也不同。一旦發生電子躍遷，就要吸收不同的紫外或可見輻射，這就是紫外或可見光譜作為物質結構表征的基礎。物質對紫外或可見光吸收的多少與物質的量有關，通過吸光度的測量可以進行物質的定量分析。

紫外或可見光譜的獲得是通過紫外或可見分光光度計來完成的、目前國內外紫外或可見分光光度計的類型很多，但其基本結構及原理是相同的，只是在掃描範圍、掃描方式，精度、數據處理等方面互有差別。紫外可見分光光度計的基本組成部件有石部分，即光源、單色器(分光系統)，吸收池，檢測器和測量信號的顯示記錄系統，

一般的紫外—可見(UV-VIS)分光光度計均具有兩種光源。紫外光區的光源採用氫燈或氘燈，它們的發光範圍約在165—400nm之間。在相同的操作條件下，氘燈比氫燈的輻射強度約大4倍，且穩定性好，壽命長。可見光區的光源採用鎢燈或碘鎢燈，其發光範圍在320—2500nm之間。輻射能量隨溫度升高而增大，鎢絲燈的工作溫度通常是2870K，其工作溫度對電壓變化非常敏感，因此嚴格控制燈端電壓非常重要，所有儀器和電源之間應接穩壓裝置。

單色器是能將複合光分為單色光的裝置。由狹縫、色散元件、準直鏡三部分組成。常用色散元件是稜鏡或衍射光柵，它們的優點是能分出很窄的光譜帶通，輻射純度高且使用方便。由於玻璃吸收紫外光，所以玻璃稜鏡僅用於可見光區。而石英稜鏡在紫外光區、可見光區及近紅外光區均能使用。石英稜鏡的優點是色散率高。缺點是有雙折射現象，但該缺點可以通過將左旋石英和右旋石英結合起來做成不同的形狀而克服。玻璃稜鏡和石英稜鏡的共同缺點是色散非線性，這要通過特殊的凸輪配合才能完成線性單色，然後配合合適的入射狹縫，出射狹縫，提供寬度合適的光譜帶通，經透鏡和反射鏡聚焦供吸收檢測用。為了提高儀器的分辨力，現代高級UV-VIS分光光度計常採用雙單色器，即稜鏡和光柵同時使用。

石英吸收池可以在紫外光區，可見光區及近紅外光區使用，而玻璃吸收池只能在可見光區或近紅外光區使用。

檢測器的作用是把光信號轉變為電信號，然後進行測量。UV-VIS儀器上常用檢測器是光電管、光電倍增管或光敏電阻。光電管由一個陰極和一個陽級組成，外殼由玻璃或石英製成，抽成真空後，充人少量的惰性氣體。陰極是金屬製成的半圓筒體，內側塗一層光敏物質。陽極是金屬電極，通常為鎳環或鎳片。在陰、陽極之間加上一定的電壓，當光照射到光電管的陰極上時，陰極上的光敏物質在光能作用下發射出電子，電子在電場作用下按一定方向流動，形成電流。入射光越強，陰極發射的電子數越多，光電流越大，檢測十的信號越強。光電倍增管是由光陰極、打拿極和陽極構成，主要是利用二次電子發射放大電流供檢測。與光電管相比其靈敏度更高，穩定性更好。

紫外可見分光光度計的指示系統，可採用電流表、調零式電位計、數字顯示裝置和記錄儀。