一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法技术

本发明专利技术属于分析化学和工业监控领域，具体是涉及一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法。本发明专利技术以已知目标物种浓度的溶液为参比溶液，且参比溶液所含目标物种的浓度大于待测样品溶液中目标物种的浓度。待测样品溶液的吸收光谱是与上述参比差分的结果，吸收峰位于以试剂空白为参比的传统吸收光谱的边带区域。吸收峰波长处的样品溶液与参比的差分吸光度与样品浓度的关系符合朗伯比尔定律，由此确定待测样品溶液的浓度。本发明专利技术提供的方法检测高浓度样品时不需要稀释样品，且差分吸收光谱位于传统吸收光谱的边带区域，检测波长一般会红移，所以不加显色剂即可实现，操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法
本专利技术属于分析化学领域，具体是涉及一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法。
技术介绍
目前吸收光谱法经过上百年的发展，已经成为物质定性定量分析的基本手段之一。吸收光谱法相对于其他分析手段如电化学方法，离子色谱法，高效液相色谱法，毛细管电泳技术，质谱法等有很多优点：1.原理简单，朗伯比尔定律的公式简单准确：A=εbc；2.设备价格适中，实验室和企业可根据不同的分析要求选择合适的分析设备；3.应用范围广泛，只要在紫外可见光区以及近红外区域有吸收的物质都可以用吸收光谱法进行分析，对于其他在紫外可见以及近红外区域不发生吸收的物质，可通过加入特定显色剂使其在上述区域发生吸收。吸收光谱法发展至今，对溶液中痕量物质的检测做出了巨大贡献，很多水体以及环境溶液中痕量物质如重金属和其他杂质检测的国标方法以及国际方法均优先采用吸收光谱法。但我们常见的溶液中不可能都是痕量物质，很多工业上或者生产线上的溶液的浓度会高至摩尔每升的级别，而这些物质在特征吸收波长下的摩尔吸收系数往往又很大，所以，检测的吸光度会远远超过仪器所能检测的有效范围。如果没有稀释的实验室条件或者某些溶液不能进行稀释时，可尝试以下两种解决方法：1.考虑改进仪器的检测灵敏度。然而，仪器的灵敏度扩大100倍时，根据A=lgT-1，检测的吸光度上限也仅仅是由3扩大到5，对应的浓度扩大范围还不到2倍，所以通过提高仪器灵敏度来扩大浓度检测范围的效果微乎其微，代价相对较大。2.考虑减小光路的长度b来扩大检测浓度范围。不可忽视的是比色皿体积的大幅减小对整个光路设备的要求较高，代价也较大。上世纪五六十年代已经出现的示差分光光度法也是以含有目标物种的溶液为参比，但所选参比的浓度要比待测物的浓度稍低，使得检测吸光度落在0.3~1的最优检测范围，主要目的是为了提高相对高浓度样品的检测精确度。但是，示差分光光度法通常选取的检测波长为摩尔吸收系数较大的特征吸收波长，当检测样品的浓度过大时，参比和样品的吸光度基本相等，所以，此种方法提高的浓度检测范围一般不会超过一个数量级。并且用示差分光光度法检测一系列高浓度样品时，往往需要准备多个对应的相对待测样品浓度稍低的参比溶液，并且需要一一进行计算，这无疑增大了实验复杂程度及检测难度。上世纪七八十年代又出现了应用于大气监测领域的差分吸收光谱技术，这种技术是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别痕量气体成分。这种差分并非减去某一特定参比的吸收光谱，而是通过滤波技术如高通滤波器将由瑞利散射和米散射引起的“宽带”光谱变化（低频部分）消除掉，从而将气体分子吸收引起的“窄带”光谱（高频部分）分离出来，然后将分离出来的分子吸收光谱用参考光谱进行拟合，来计算存在于大气中的光吸收气体成分的浓度。上世纪80年代已经出现基于试剂空白为参比的传统的吸收光谱法对镀液中的高浓度铜离子和镍离子进行在线监测的传感器，这是由于镍离子和铜离子在特征吸收波长下对光的摩尔吸收系数较小且都在可见光区，所以其高浓度时的吸光度在仪器的检测范围之内。但对于其他大多数无机物和有机物来说，以试剂空白为参比的传统的吸收光谱技术就不能满足高浓度样品检测要求。传统的吸收光谱法是以试剂空白为参比，当摩尔吸收系数较高，达到104L·（mol·cm）-1数量级（大部分有机物和无机物的最大摩尔吸收系数在这个数量级）时，吸光度过高会超出仪器的检测范围，所以不能直接检测高浓度溶液。
技术实现思路
本专利技术结合
技术介绍
，对传统的吸收光谱法进行了改进，本专利技术以已知目标物种浓度的溶液为参比溶液，且参比溶液所含检测目标物种的浓度大于待测样品溶液中目标物种的浓度。通过分光光度设备在一定波长范围内扫描一系列标准样品后得到差分吸收光谱，其峰位置相对于以试剂空白为参比溶液的传统吸收光谱的峰位置红移，位于传统吸收光谱的边带处，边带区域的摩尔吸收系数范围为0~100L·（mol·cm）-1。边带差分吸收光谱的峰位置所对应的波长固定不变或者变化不大，所以选取峰位置对应的波长为检测波长。在检测波长下选取标准样品与参比溶液的差分吸光度对浓度作图，得到标准工作曲线。有了标准工作曲线后就可以在同样的参比条件下对未知浓度样品进行准确检测。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：选取的参比溶液含有已知浓度的目标物种，且所含目标物种的浓度大于待测溶液中目标物种的浓度。配制一系列确定浓度的标准样品，其所含目标物种浓度低于参比溶液中所含目标物种浓度。在一定波长范围内对标准样品进行光谱扫描，得到标准样品与参比溶液差分后的边带差分吸收光谱。边带差分吸收光谱的峰位置对应的波长固定不变或者变化不大，选取此波长为检测波长。在检测波长下以标准样品与参比溶液的差分吸光度对浓度作图，得到标准工作曲线。以标准工作曲线为准，在同样的参比条件下，对未知浓度样品进行检测。本专利技术对于溶液中高浓度物种的检测有以下优点：利用本专利技术提供的边带差分吸收光谱方法检测高浓度样品时可以不经稀释，直接检测。并且由于边带差分吸收谱图相对于传统吸收谱吸收峰波长红移，所以一般不用加显色剂。总体来说，利用边带差分吸收光谱法直接对高浓度物种进行检测时，既消除了稀释带来的误差，又简化了操作步骤。附图说明图1为铬酸钾的一系列高浓度标准样品溶液的边带差分吸收光谱。图2为选取图1中493nm处的差分吸光度对浓度作图所得标准工作曲线。图3为三氯化铬的一系列高浓度标准样品溶液的边带差分吸收光谱。图4为选取图3中684nm处的差分吸光度对浓度作图所得标准工作曲线。图5为甲基磺酸锡的一系列高浓度标准样品溶液的边带差分吸收光谱。图6为选取图5中267nm处的差分吸光度对浓度作图所得标准工作曲线。图7为亚硫酸金钠的一系列高浓度标准样品溶液的边带差分吸收光谱。图8为选取图7中422nm处的差分吸光度对浓度作图所得标准工作曲线。图9为罗丹明B的一系列高浓度标准样品溶液的边带差分吸收光谱。图10为选取图9中634nm处的差分吸光度对浓度作图所得标准工作曲线。图11为对乙酰氨基苯酚的一系列高浓度标准样品乙醇溶液的边带差分吸收光谱。图12为选取图11中309nm处的差分吸光度对浓度作图所得标准工作曲线。具体实施方案下面结合具体实施方案、具体实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，如利用本专利技术的方法检测其他高浓度范围的金属离子和有机物都属于本专利技术保护的范围。具体实施方案：1.配制好已知目标物种浓度的溶液作为参比溶液；2.配制至少3个已知浓度但所含目标物种浓度低于参比溶液的标准样品溶液，在一定波长范围分别对这几个标准样品溶液进行光谱扫描；3.得到标准样品与参比溶液差分后的边带差分吸收光谱，根据差分谱图的峰位置确定检测波长；4.在检测波长下，根据标准样品溶液与参比溶液的差分吸光度与浓度的线性关系得出标准工作曲线；5.以标准工作曲线为准，在同样参比以及选定的检测波长下通过测定未知待测样品与参比溶液的差分吸光度得出未知样品的浓度值。具体实施例1：设定1.4mol·L-1的铬酸钾溶液作为参比溶液。配制一系列相对参比浓度较低的标准样品溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法，其特征在于：本专利技术以已知目标物种浓度的溶液为参比溶液，待测样品溶液与参比溶液差分后得到边带差分吸收光谱；边带差分吸收光谱的吸收峰波长处的样品溶液与参比溶液的差分吸光度与样品浓度的关系符合朗伯比尔定律，由此确定高浓度物种待测样品的浓度；所述高浓度物种是无机物或有机物；其中无机物包括但不限于六价铬的化合物或配合物，三价铬的化合物或配合物，二价锡的化合物或配合物，一价金的化合物或配合物，二价铜的化合物或配合物，二价镍的化合物或配合物，二价钴的化合物或配合物，二价钯的化合物或配合物，铂的化合物或配合物中的任意一种；其中有机物包括但不限于罗丹明B和对乙酰氨基苯酚中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法，其特征在于：本发明以已知目标物种浓度的溶液为参比溶液，待测样品溶液与参比溶液差分后得到边带差分吸收光谱；边带差分吸收光谱的吸收峰波长处的样品溶液与参比溶液的差分吸光度与样品浓度的关系符合朗伯比尔定律，由此确定高浓度物种待测样品的浓度；所述高浓度物种是无机物或有机物；其中无机物包括但不限于六价铬的化合物或配合物，三价铬的化合物或配合物，二价锡的化合物或配合物，一价金的化合物或配合物，二价铜的化合物或配合物，二价镍的化合物或配合物，二价钴的化合物或配合物，二价钯的化合物或配合物，铂的化合物或配合物中的任意一种；其中有机物包括但不限于罗丹明B和对乙酰氨基苯酚中的任意一种。2.根据权利要求1所述的一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法，其特征在于：所述参比溶液含有但不限于仅含目标物种，其中所含目标物种的浓度大于待测样品溶液中目标物种的浓度。3.根据权利要求1所述的一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法，其特征在于：所述边带差分吸收光谱是吸光度为负值的凹型光谱，其峰位置位于以试剂空白为参比溶液的传统吸收光谱的边带区域，边带区域的摩尔吸收系数范围为0~100L·（mol·cm）-1。4.根据权利要求1或3所述的一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法，其特征在于：所述边带差分吸收光谱的吸收峰位置波长为检测波长，检测波长根据参比的选择而定，每一个确定的参比都对应一个最优检测波长。5.根据权利要求1所述的一种检测溶液中高浓度物种的边带差分吸收光谱方法，其特征在于：所述六价铬的化合物或配合物包括但不限于铬酸钾、铬酐、重铬酸钾中的任意一种或其混合物，检测样品浓度范围为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建军，赵留创，李晓东，黄玉萍，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35