光透過某一物質(zhì)時(shí),個(gè)別波長(zhǎng)的光被該物質(zhì)吸收,因而在連續(xù)波譜中有一段或幾段波長(zhǎng)的光減小了或消失了,這些波譜稱為吸收波譜。不同物質(zhì)的吸收波譜不同,這取決于物質(zhì)的分子、原子和原子團(tuán),因而可用吸收波譜來分辨物質(zhì)和推斷樣品的結(jié)構(gòu);同時(shí)吸收波譜的強(qiáng)弱和物質(zhì)的含量有關(guān),這個(gè)性質(zhì)可拿來做定量剖析。
原理入射光(I0)經(jīng)過均勻而透明的堿液時(shí),一部份光被溶質(zhì)吸收(IA),一小部份被反射(IR),只有一部份可以透過(IT)。
I0=IA+I(xiàn)R+I(xiàn)T在物理剖析中,常用一個(gè)"空白"堿液作為參考去校準(zhǔn)反射的光,則IR可以忽視不計(jì)。
I0=IA+I(xiàn)T此處I0又可以看作為透過"空白"的光硬度,由于"空白"是不吸收任何光的。所以IT/I0是透光率(T),常用%來表示;但在實(shí)際應(yīng)用中,常常用光吸收(A)來表示。
A=logI0/IT圖a是以T來表示的吸收波譜,而圖b是文獻(xiàn)中常見的以A表示的吸收波譜,從這兩個(gè)圖譜可以了解到T和A的關(guān)系。
當(dāng)某一物質(zhì)吸收一定波長(zhǎng)的光時(shí),若此時(shí)A=1,即其透過光的硬度為照射光的10%;若A=2,表示含量大了一倍,其透過光的硬度為照射光的1%。按照貝爾定理,A=ELC,A為光吸收,E為吸收系數(shù),L為吸收杯光徑,C為含量。在堿液含量不很大的情況下,由光在堿液中被吸收的程度A,可以決定堿液的含量C,這就是吸收波譜定量剖析的原理。
分光光度計(jì)的構(gòu)造和性能分光光度計(jì)一般包括光源,分光系統(tǒng)和受光器等幾個(gè)主要部份:
光源通常340納米以上采用鎢燈作為燈源,340納米以下采用氫燈或氘燈作為燈源。在安裝時(shí),鎢絲的位置要調(diào)節(jié)到剛好對(duì)準(zhǔn)入光狹縫,此時(shí)靈敏度最佳。
分光系統(tǒng)指把混和的燈源光分散成某些光波的裝置。通常是特殊玻璃或石英制的棱鏡;另一種色散系統(tǒng)是衍射光柵。
受光器一般是光電瓶或光電倍增管。透過光的能量通常是很小的,受光器能把它轉(zhuǎn)弄成電壓并放大,光電流的信號(hào)和強(qiáng)弱再用電壓計(jì)或記錄儀顯示或記錄出來。光狹縫有兩種表示方式,一種以毫米表示實(shí)際狹縫間距,另一種用波譜狹縫表示,單位是納米。狹縫愈小,光含量愈高,但透過的光硬度也愈弱,在實(shí)際應(yīng)用中要按照實(shí)驗(yàn)的要求加以調(diào)整。儲(chǔ)存樣品的吸收杯,在測(cè)可見光時(shí)可采用玻璃制的吸收杯,在測(cè)紫外部分時(shí)必須采用石英吸收杯。
常用的分光光度計(jì)是直接讀數(shù)或零點(diǎn)法,也有用記錄儀記錄的。
應(yīng)用任何物質(zhì)只要它有吸收波譜,就可以拿來做定性和定量剖析。
定性剖析按照樣品吸收曲線的形狀,并與已知物質(zhì)吸收波譜對(duì)比,可知其是否同一物質(zhì)。例如生物樣品中,蛋白質(zhì)吸收高峰通常在280納米,核苷酸一般吸收高峰在260納米。氧化型輔酶Ⅰ吸收高峰在260納米,而還原型輔酶Ⅰ在340納米出現(xiàn)一個(gè)新吸收峰。幾種不同的堿基,它們的250納米/260納米和280納米/260納米比值是各不相同的,可以便捷地區(qū)別開。
定量剖析①單組份定量,按照檢測(cè)到的樣品的光吸收值和已知的樣品消光系數(shù),可以估算出樣品的量。②多組份剖析,假如樣品是個(gè)混和物,其中富含兩種或兩種以上的吸收物質(zhì),這種物質(zhì)之間不起物理反應(yīng),其吸收波譜其實(shí)相互重疊,但各自的吸收峰和峰谷是不同的,這樣可以不經(jīng)分離而直接用波譜法對(duì)各個(gè)組分進(jìn)行定量測(cè)定。以兩個(gè)組分A和B的混和物為例,選擇二個(gè)波長(zhǎng),一個(gè)是A組分的最大吸收(憶),另一個(gè)是B組分的最大吸收(憻),再分別以A和B堿液在這二個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)出各自的消光系數(shù)(E憶A、E憶B、E憻A和E憻b),之后再用混和物在這二波長(zhǎng)下測(cè)出光吸收A憶和A憻。因而
A憶=E憶A·CA+E憶B·CCB
A憻=E憻A·CA+E憻B·CB這兩個(gè)式中除CA和CB是未知含量外,其余光吸收(A)和消光系數(shù)(E)均為已測(cè)知數(shù),解這聯(lián)立多項(xiàng)式,即可估算出含量CA和CB。③酶活性測(cè)定,當(dāng)酶反應(yīng)的底物或產(chǎn)物中有一個(gè)顯著的吸收波譜時(shí),借測(cè)這個(gè)生色絡(luò)合物的出現(xiàn)或消失速率可以跟蹤酶的反應(yīng)。諸如氧化型和還原型輔酶Ⅰ的互變?cè)?40納米處有一個(gè)吸收峰的消失或生成,這一特點(diǎn)常常用于測(cè)定個(gè)別酯化酶的活性。
差波譜法差示分光光度法是測(cè)二種吸收波譜之差。其優(yōu)點(diǎn)是能檢出光吸收大的系統(tǒng)中比較小的光吸收變化。①當(dāng)被測(cè)定物質(zhì)含量很大,而又不能稀釋后再測(cè)定,這么測(cè)定的偏差都會(huì)很大。有些中級(jí)的分光光度計(jì)其實(shí)光吸收可以測(cè)到很高值,但也不能無限制的擴(kuò)大。這些情況下可采用略高于樣品含量的已知含量純物質(zhì)作為參考樣品放在空白對(duì)照光徑中,再進(jìn)行未知樣品含量的測(cè)定,致使欲測(cè)定樣品的讀數(shù)一直落在刻度盤讀數(shù)范圍內(nèi)。②在研究蛋白質(zhì)氫鍵中,蛋白質(zhì)或酶在加入作用物后,波譜會(huì)形成微小的變化,而蛋白質(zhì)本身含量常常較大,不容易察覺到這些微小變化。此時(shí)可在參考光徑中把酶和作用物分別放在二個(gè)吸收杯中,而在檢測(cè)光徑中把酶和作用物置于同一個(gè)吸收杯中,而檢測(cè)光徑中的第二個(gè)吸收杯中僅為相應(yīng)的緩沖液,這樣進(jìn)行波長(zhǎng)掃描,可以清楚地觀察到個(gè)別波長(zhǎng)處的變化,并可定量。
波譜滴定滴定法中會(huì)有3個(gè)組分──滴定劑、被滴定物和生成物。只要這三個(gè)組分中任何一個(gè)組分有光吸收,且在滴定過程中光吸收會(huì)提高或減緩,則可借助波譜法測(cè)得其滴定終點(diǎn),估算其含量。諸如滴定蛋白質(zhì)中某個(gè)多肽殘基數(shù),可用相應(yīng)的試劑,每次加入一定容積后攪拌均勻并測(cè)其光吸收。雖然每次加入試劑體積極微吸收光譜,但仍需進(jìn)行容積校準(zhǔn)得到校準(zhǔn)后的光吸收值。以光吸收為縱座標(biāo),滴定劑量為橫座標(biāo),可以得到一個(gè)波譜滴定曲線,其轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為滴定終點(diǎn)。以蛋白質(zhì)量與作用試劑的物理計(jì)量之比即可估算出此多肽殘基數(shù)。
在進(jìn)行波譜剖析時(shí),不僅儀器本身的性能,以及使用不妥會(huì)影響到測(cè)定結(jié)果外,還有一些誘因也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例就像一樣品在不同溶劑中,它的吸收峰和消光系數(shù)常常不同;在不同PH下,波譜特點(diǎn)和光吸收也會(huì)有所變化。個(gè)別特殊情況下(比如酶反應(yīng)),氣溫也會(huì)影響到測(cè)定吸收光譜,都需加以注意。