紫外分光光度法可用于藥品鑒別，雜質(zhì)檢查和含量測(cè)定。近年來(lái)，紫外分光光度法在藥品標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用呈下降趨勢(shì)，但因其趨于成熟，仍占有相當(dāng)重要的地位。
一、物質(zhì)的紫外光譜是如何產(chǎn)生的
分子由原子組成，原子中的電子分布在不同的能級(jí)上，如2s，2p等。按照分子軌道理論，當(dāng)原子結(jié)合成分子時(shí)，原電子能級(jí)會(huì)發(fā)生變化，形成新的分子軌道。如s軌道為球形，沿球心方向取得最大重疊，形成σ2s和σ2s*兩個(gè)軌道，其中σ2s為成鍵軌道，能量較低，σ2s*為反鍵軌道，能量較高。p軌道有三個(gè)，為啞鈴型，在空間中分布于x，y，z軸，在x軸方向px取得最大重疊，形成σ2p和σ2p*軌道，py和pz不能取得最大重疊，在波函數(shù)符號(hào)相同的部分形成兩個(gè)π2p軌道，波函數(shù)符號(hào)不同的部分形成兩個(gè)π2p*軌道，π2p軌道為成鍵軌道，π2p*軌道為反鍵軌道。電子優(yōu)先排布在成鍵軌道。
當(dāng)分子受到紫外線(xiàn)的照射時(shí)，電子從成鍵軌道躍遷到反鍵軌道，并吸收能量，從而產(chǎn)生吸收光譜。在吸收光譜中，通常使用的是分子的π電子躍遷。π電子受到紫外線(xiàn)的照射時(shí)，它可以吸收光子能量并躍遷到反鍵軌道π*中，形成紫外吸收。
電子躍遷時(shí)，會(huì)引起分子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的改變，因此一類(lèi)電子的躍遷常常包含多個(gè)吸收譜線(xiàn)，過(guò)于精細(xì)的吸收譜線(xiàn)無(wú)法被觀(guān)察到，表現(xiàn)為連續(xù)的譜帶。分子中可以發(fā)生π-π*躍遷電子能級(jí)不同，因此一種化合物常常有幾個(gè)吸收譜帶，這些吸收譜帶合并在一起，就形成了分子的紫外吸收光譜。
二、影響紫外-可見(jiàn)吸收光譜的因素
2.1溶劑會(huì)對(duì)紫外-可見(jiàn)吸收光譜產(chǎn)生影響。
一些溶劑的吸收帶就在紫外-可見(jiàn)光范圍內(nèi)，這會(huì)干擾樣品的吸收光譜。同時(shí)，溶劑的極性對(duì)于分子的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的極性有著重要的影響。溶劑中的分子可以與分析物發(fā)生相互作用，這些相互作用可以影響分子的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的極性，從而影響分子的吸收特性。
在較低的溶劑極性下，分子的吸收峰通常比較窄且對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)。而在較高的溶劑極性下，分子的吸收峰通常比較寬且對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)比較短。
2.2溶劑的pH
如果分子帶有酸性和堿性基團(tuán)，溶劑的pH會(huì)對(duì)分子的紫外吸收產(chǎn)生影響。
2.3取代基的影響
取代基的引入會(huì)對(duì)分子的紫外吸收產(chǎn)生影響。首先，取代基的大小和結(jié)構(gòu)會(huì)影響分子的共振結(jié)構(gòu)，從而影響分子的電子能級(jí)分布和躍遷能級(jí)。其次，取代基的電性和取代位置也會(huì)影響分子的極性和電子密度分布，進(jìn)而影響分子的紫外吸收強(qiáng)度和波長(zhǎng)。
2.4共軛效應(yīng)
共軛效應(yīng)是因分子中含有共軛結(jié)構(gòu)而影響其光學(xué)性質(zhì)。共軛結(jié)構(gòu)是指分子中相鄰的雙鍵和單鍵交替存在的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致π電子在分子中形成共軛體系，從而影響分子的電子分布和能級(jí)結(jié)構(gòu)。共軛效應(yīng)可以增強(qiáng)分子的穩(wěn)定性，改變其化學(xué)性質(zhì)，并且對(duì)其光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。
在紫外光譜中，共軛效應(yīng)可以顯著影響分子的吸收特性和波長(zhǎng)。具有共軛結(jié)構(gòu)的分子通常會(huì)顯示較長(zhǎng)的最大吸收波長(zhǎng)，這是因?yàn)楣曹椊Y(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展分子的π電子體系，使分子的紫外吸收產(chǎn)生紅移，吸收波長(zhǎng)變長(zhǎng)。另外，共軛結(jié)構(gòu)還可以導(dǎo)致分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響分子的電子躍遷行為，進(jìn)而影響其在紫外光譜中的吸收特性。
2.5超共軛效應(yīng)
超共軛效應(yīng)是指涉及σ電子的電子離域效應(yīng)，如雙鍵C連接的H原子被甲基取代后，甲基中C-H σ鍵和π鍵產(chǎn)生共軛作用。這種作用可以導(dǎo)致分子的吸收峰位發(fā)生變化，使得分子在紫外光譜中表現(xiàn)出特定的吸收特性。
2.6立體效應(yīng)
立體效應(yīng)是指分子中不同空間構(gòu)型（如空間位阻，環(huán)張力）對(duì)其性質(zhì)產(chǎn)生的影響。立體效應(yīng)可以改變分子的電子結(jié)構(gòu)和分布，從而影響其紫外光譜的吸收特性。
三、物質(zhì)吸光的定量關(guān)系
3.1朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律
透明介質(zhì)中的吸收光強(qiáng)度與光線(xiàn)通過(guò)介質(zhì)的距離成指數(shù)關(guān)系?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)透明介質(zhì)時(shí)，光線(xiàn)的強(qiáng)度會(huì)隨著透過(guò)介質(zhì)的距離的增加而指數(shù)級(jí)地減少。這個(gè)定律可以用下面的公式表示：
其中，It是透過(guò)介質(zhì)的光線(xiàn)強(qiáng)度，I0是初始光線(xiàn)強(qiáng)度，l是光線(xiàn)通過(guò)介質(zhì)的距離，κ是介質(zhì)的吸收系數(shù)，c為溶液濃度。這個(gè)公式表明，介質(zhì)的吸收系數(shù)越大，光線(xiàn)通過(guò)介質(zhì)的距離越長(zhǎng)，透過(guò)介質(zhì)的光線(xiàn)強(qiáng)度就會(huì)越小。
It/I0稱(chēng)為透光率，為了方便計(jì)算，定義透光率的負(fù)對(duì)數(shù)為吸光度A，這樣朗伯-比爾定律可表示為：
對(duì)于一種物質(zhì)，其吸收系數(shù)不變，固定光程，則其吸光度與濃度呈線(xiàn)性關(guān)系，對(duì)吸光度進(jìn)行測(cè)定后，即可通過(guò)朗伯-比爾定律計(jì)算物質(zhì)濃度。
如果多組分體系中，各物質(zhì)沒(méi)有光學(xué)相互作用，則各物質(zhì)吸光度具有加和性：
根據(jù)上述公式，可進(jìn)行多組分溶液含量的測(cè)定。
3.2影響朗伯-比爾定律的因素
3.2.1光學(xué)因素
朗伯-比爾定律首先假設(shè)光源產(chǎn)生單色光。如果光源不是單色光，其光譜包含多個(gè)波長(zhǎng)，物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收系數(shù)κ會(huì)有差異，這就會(huì)導(dǎo)致吸光度不再隨濃度線(xiàn)性變化。要準(zhǔn)確描述非單色光通過(guò)物質(zhì)時(shí)光強(qiáng)變化的朗伯-比爾定律，需要為每個(gè)波長(zhǎng)成分設(shè)定對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)κ。
實(shí)際上，無(wú)法獲取純單色光，常常得到的是波長(zhǎng)分布范圍較窄的譜帶，為減少光源帶來(lái)的影響，常常選取物質(zhì)的最大吸收峰處的波長(zhǎng)作為實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)，此時(shí)波長(zhǎng)變動(dòng)帶來(lái)的吸光度變化較小，如果選擇峰肩位置的波長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此時(shí)吸收強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化劇烈，會(huì)造成偏離。
3.2.2化學(xué)因素
溶液濃度對(duì)吸光度的影響并不總是線(xiàn)性的。當(dāng)溶質(zhì)濃度較高時(shí)，溶質(zhì)分子之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致朗伯-比爾定律失效。這是因?yàn)樵诟邼舛认拢苜|(zhì)分子之間會(huì)發(fā)生相互作用，導(dǎo)致其吸光性質(zhì)發(fā)生變化。這種相互作用可能包括分子之間的聚集、絡(luò)合、解離等，從而影響溶液的吸光度。
因此，在應(yīng)用朗伯-比爾定律進(jìn)行濃度測(cè)定時(shí)，必須考慮溶質(zhì)的特性以及溶液的濃度范圍，以避免由于非線(xiàn)性效應(yīng)而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的誤差。
四、由化學(xué)結(jié)構(gòu)推測(cè)物質(zhì)的紫外吸收波長(zhǎng)
Woodward-Fieser規(guī)則可以預(yù)測(cè)共軛二烯和環(huán)戊二烯化合物在紫外光譜中吸收最大波長(zhǎng)。這一規(guī)則在20世紀(jì)50年代提出。Woodward-Fieser規(guī)則的基本原理是取代基的位置和種類(lèi)會(huì)影響化合物的吸收波長(zhǎng)，因此可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)化合物在紫外光譜中的吸收情況。
如以共軛烯烴1,3-丁二烯為母核，其最大吸收波長(zhǎng)λmax=217 nm。增加一個(gè)烷基，吸收波長(zhǎng)增加5 nm，增加一個(gè)同環(huán)二烯，吸收波長(zhǎng)增加36 nm，增加一個(gè)環(huán)外雙鍵，吸收波長(zhǎng)增加5 nm。
以下圖中化合物為例，共軛二烯成環(huán)，增加36 nm，1,3-丁二烯母核有三個(gè)位置被烷基取代，共增加15 nm，沒(méi)有環(huán)外雙鍵，因此其最大吸收波長(zhǎng)應(yīng)為λmax=217+36+15=268 nm。
實(shí)際上該物質(zhì)為α-水芹烯，λmax=263 nm。
雖然紫外光譜法逐漸失去主導(dǎo)地位，但仍發(fā)揮著重要作用。紫外光譜法與液相色譜法聯(lián)用，是分析復(fù)雜藥物成分的有效手段。
參考文獻(xiàn)
中華人民共和國(guó)藥典（2020版）
中國(guó)藥典分析檢測(cè)技術(shù)指南
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
