紫外可见分光光度计的双向导数光谱法

  紫外可见分光光度计的导数光谱法由于相移的存在, 导致导数光谱中峰值、峰谷对应的波长位置与其真实的波长位置存在偏差以及复杂频率分量的物质吸收曲线发生群时延。基于零相移滤波器原理, 双向导数光谱法能够有效地消除相移。实验采用紫外可见分光光度计扫描水杨酸溶液, 并用导数光谱法和双向导数光谱法分析吸光度数据。结果表明, 双向导数光谱法能克服相移, 提供无群时延的更精确的吸收细节, 从而提高紫外可见分光光度计的分析精度。

  紫外可见分光光度法( UV- V is spectrophotom etry)是根据被测物质分子对紫外可见波段范围( 150~800 nm)单色辐射的吸收或反射强度进行物质的定性、定量或结构分析的一种方法 。该方法由于具有灵敏度高、准确性及选择性好、成本低、操作简单等优点 , 而被广泛应用于制药 、医疗卫生 、化学及化学工程、食品、环境监测 和生物等领域。然而, 紫外可见分光光度计直接扫描得到的吸收光谱波形相对简单、缺乏细节、分辨率低, 且对复杂化合物的定性分析有一定的困难。复杂物质的吸收光谱还可能存在波形重叠, 因此, 紫外可见分光光度计不能直接区分复杂物质的各种组分。差分法、等吸收波长法和导数光谱法可以解决这一难题。导数光谱( Derivat ive spectropho tometry)亦称为微分光谱, 是吸收光谱关于波长的微分系数对波长的函数图, 属于紫外吸收光谱派生的一个分支。导数光谱法是将紫外可见分光光度计的吸收光谱进行数学变换, 得到一阶或更高阶的导数光谱, 可对复杂多组分物质不经分离而直接检测, 方法简便、快速、准确, 近年来得到迅速发展和广泛应用。导数光谱法中的吸收强度随波长的变化非常敏感, 灵敏度高, 对重叠谱带及平坦谱带的分辨率高、噪声低。目前, 导数光谱法已作为紫外可见分光光度计的分析方法, 广泛应用于化学分析领域。导数光谱法在对吸收光谱数据进行处理时, 相当于一个高通滤波器。所以, 导数光谱法的致命缺点是相频特性不理想。由于相移的存在, 使得吸收光谱的原始细节在导数光谱上产生平移以及群时延带来的波形畸变。因此, 导数光谱法不能准确地反映被测物质的吸收特性。为消除导数光谱法的相移, 本文提出了紫外可见分光光度计的双向导数光谱法。双向导数光谱法基于信号处理的零相移滤波原理 , 采用双向滤波实现相频特性的零相移。零相移滤波的主要思想是使用当前信号点前面和后面的信号点所包含的信息, 即使用􀀁未来的信息􀀁 来消除相位的失真 。双向滤波是实现零相移的方法之一, 双向是指前向和后向两次求导, 解决了零相移滤波器物理上无法实现的难题。由双向滤波得到的双向导数光谱法能够消除传统导数光谱法的相移, 有助于为紫外可见分光光度计提供更准确的吸收细节, 提高定性分析能力, 确保紫外可见分光光度计具有更高的精确度。基于这些优点, 双向导数光谱法有促进紫外可见分光光度计进一步发展的潜力。

  本文提出了紫外可见分光光度计的双向导数光谱法。通过对水杨酸溶液的紫外可见分光光度计吸收光谱的分析, 认为双向导数光谱法能有效消除传统导数光谱法中的相移, 避免了振幅值正负反向以及群时延效应带来的波形畸变和波长位置偏移。因此, 双向导数光谱法能够提供更准确的波长吸收细节, 更好地解决紫外可见分光光度计复杂组分定性、定量分析结果不理想的难题。