一、引言：紫外分光法的多组分分析价值

紫外-可见分光光度法（UV-Vis Spectrophotometry）因其高灵敏度、操作简便、仪器普及性强等优点，成为定量分析的重要手段。传统应用多集中于单一成分测定，但在实际化学、生物、医药、食品等复杂体系中，待测溶液往往含有两个以上具有紫外吸收的成分，构成多组分混合物。

如果能够科学地从混合吸收数据中**“反演”各组分的浓度信息**，将大大扩展紫外分光光度计的应用范围。因此，多组分紫外分析成为分析化学中重要而实用的内容之一。

二、多组分紫外分析的原理基础

1. 朗伯-比尔定律的扩展形式

对单一组分，有：

$$A=\epsilon bc$$

对于n个同时存在、在相同波长下有吸收的组分，吸光度具有加成性，即：

Aλ=ε1λbc1+ε2λbc2+…+εnλbcnA_λ = ε_1^λ b c_1 + ε_2^λ b c_2 + … + ε_n^λ b c_nAλ=ε1λbc1+ε2λbc2+…+εnλbcn

其中：

• AλA_λAλ：混合物在波长λ处的总吸光度；

• εiλε_i^λεiλ：组分i在波长λ处的摩尔吸光系数；

• cic_ici：组分i的浓度；

• $b$：光程，一般固定为1cm。

若选择多个波长，建立线性方程组，解之即可得到各组分浓度。

三、分析方法概述

多组分紫外分析大致可分为以下几种技术路线：

四、实验设计要点

在进行紫外法分析多组分混合物前，实验设计必须考虑以下因素：

1. 选择合适的波长组合

• 应选择各组分有显著吸收差异的波长；

• 避免波长重叠严重区域；

• 常选用每个组分最大吸收波长（λmax）以及相邻肩峰波段。

2. 制备标准溶液系列

• 分别配制各组分标准溶液；

• 设定不同浓度梯度；

• 对混合物样品进行等量混合或设计配比梯度。

3. 记录并校正光谱数据

• 在200–400nm区间扫描各组分单独光谱；

• 对比重叠程度；

• 可通过空白扣除、光程校正、波长平移进行数据优化。

五、直接线性方程法的应用流程（以二元混合物为例）

（1）确定波长点

选择两个波长 λ₁ 与 λ₂，确保组分1与组分2在这两个波长处吸收强度差异明显。

（2）测量吸光度

测得混合溶液在 λ₁ 和 λ₂ 处的吸光度 A₁ 和 A₂。

（3）建立线性方程组

{A1=ε11⋅c1+ε12⋅c2A2=ε21⋅c1+ε22⋅c2\begin{cases} A_1 = ε_{11}·c_1 + ε_{12}·c_2 \\ A_2 = ε_{21}·c_1 + ε_{22}·c_2 \end{cases}{A1=ε11⋅c1+ε12⋅c2A2=ε21⋅c1+ε22⋅c2

其中 εijε_{ij}εij 为已知的摩尔吸光系数（或经验系数），通过对单组分标准溶液测定得到。

（4）解方程组，得到各组分浓度

使用线性代数方法或求解器即可获得 c1c_1c1 与 c2c_2c2。

六、导数分光法解析

传统紫外吸收峰重叠严重时，可使用一阶或二阶导数吸收谱来区分。

• 原理：不同组分在吸收曲线的斜率变化不同；

• 导数峰值处常为“零交叉点”；

• 在交叉点读取另一组分强度实现分离；

• 适合微量组分分析、重叠光谱分离。

七、多元线性回归法（MLR）简介

该方法基于统计模型建立以下形式：

$$A=X\cdot \beta +\epsilon$$

其中：

• A为吸光度矩阵；

• X为浓度矩阵；

• β为吸光系数向量；

• ε为误差项。

通过最小二乘法或偏最小二乘法（PLS）拟合模型后，对未知样品进行预测。

八、操作实例：苯酚与对硝基苯酚的混合物分析

（1）背景

苯酚与对硝基苯酚均在270–350nm区间有较强吸收，光谱有重叠。

（2）实验设计

• 选定波长 λ₁ = 280nm，λ₂ = 320nm；

• 用已知浓度标准溶液测出 ε 值：

• 苯酚在280nm和320nm：ε₁₁ = 2400，ε₂₁ = 500；

• 对硝基苯酚：ε₁₂ = 1600，ε₂₂ = 3300。

（3）混合样测定吸光度

• A₁ = 0.450，A₂ = 0.700。

（4）代入方程求解浓度

{0.450=2400⋅c1+1600⋅c20.700=500⋅c1+3300⋅c2\begin{cases} 0.450 = 2400·c_1 + 1600·c_2 \\ 0.700 = 500·c_1 + 3300·c_2 \end{cases}{0.450=2400⋅c1+1600⋅c20.700=500⋅c1+3300⋅c2

求解得：

c1=1.0×10−4mol/L,c2=1.5×10−4mol/Lc_1 = 1.0×10^{-4} mol/L, \quad c_2 = 1.5×10^{-4} mol/Lc1=1.0×10−4mol/L,c2=1.5×10−4mol/L

九、误差来源与控制措施

十、优缺点分析

十一、软件与工具支持

十二、结语：从“混”中提“净”的紫外分析之道

使用紫外分光光度计分析多组分混合物，不仅体现了仪器功能的深度开发，更展现了分析人员数学建模与实验设计的综合能力。从原始吸收曲线中准确提取每个成分的信息，关键在于波长选择合理、系数测定准确、数据处理科学。

随着数据分析工具与统计建模技术的发展，紫外分光法在复杂混合体系中的应用将日益广泛，也将成为现代实验室精细化分析的重要武器之一。