由公式(6)分析知, 传统的2n阶导数光谱向右平移nΔλ, 该结果表示传统的2n阶导数光谱存在着nΔλcm的波长位置偏移。相反, n次双向导数光谱包含了传统的2n阶导数光谱的幅值信息, 而且能消除传统导数光谱的位置偏移。由此可得, 双向导数光谱包括了传统的偶数阶导数光谱的幅值信息,最重要的是消除了相移的影响。在相移的影响下, 传统的导数光谱可能发生群时延, 导致导数光谱波形畸变和波长位置的偏移。传统的2n阶导数光谱向右平移且平移量为nΔλ, 则可假设ai为波长点λi的2n阶导数值。考虑相移的影响, ai应该为波长点λi-nΔλ的导数值, 相移使得吸收光谱的导数值不精确。双向导数光谱法无相移, 能消除导数值与真实波长点的位置误差, 得到的物质吸收光谱具有更精确地吸收细节。因此, 双向导数光谱法更加有利于紫外可见分光光度计的定性和定量分析。

2　实验验证

2.1　实验设备及操作

UV-2100PC型分光光度计(上海尤尼柯公司), 波长扫描范围200 ～ 1 000 nm, 光谱带宽为5 nm波长精确度为±2.0 nm且波长的重复性为1.0 nm。电子天平ScoutTM SL(奥豪斯国际贸易(上海)有限公司)。水杨酸和磷酸三钠(国药集团化学试剂有限公司)。实验用水为二次蒸馏水。水杨酸溶液:称取0.1 g的水杨酸, 溶于200 mL磷酸盐缓冲液中, 配成0.5 g/L的储备液。再配制40 mg/L的水杨酸溶液。用紫外可见分光光度计扫描上述溶液,

取磷酸盐缓冲液为参比, 可得232 ～ 328 nm的吸收光谱。

2.2　结果分析

水杨酸溶液的紫外可见吸收光谱相对简单(图2),表明水杨酸在波长260 ～ 320 nm之间的最大吸收峰在299 nm。原始的扫描谱缺少吸收细节, 而导数光谱则能提供更多的吸收信息。因此, 用传统的导数光谱法和双向导数光谱法同时对原始吸收数据进行处理。设定波长差Δλ为1 nm, 可以处理得到传统的一、二、四、六阶导数光谱和一、二、三次双向导数光谱。图3比较了传统的一阶导数光谱和一次双向导数光谱。由图可得, 传统的一阶导数光谱信号重叠和低频成分的信号多, 图形相对简单, 分辨率较低, 缺少吸收细节。相反, 一次双向导数光谱在该波长范围内有更多的图3　传统的一阶导数光谱(A)与一次双向导数光谱(B)Fig.3　Thefirstconventionalderivativespectra(A)andtheoncebidirectionalderivativespectra(B)吸收细节, 且消除了低频成分的影响。双向导数由两个一阶导数系统串联而成, 实际上是一个二阶系统, 因此, 双向导数光谱应与传统的偶数阶导数光谱相比较。

双向导数光谱具有零相移, 因此得到的吸收细节相对原始吸收光谱没有偏移。图4 ～ 6分别为传统二、四、六阶导数光谱和一、二、三次双向导数光谱。图中标记的是水杨酸最大吸收峰299 nm处的导数值。图4 中,原始吸收光谱中299 nm处的最大吸收峰在一次双向导数光谱中得到了保留。由图分析可得, 一次双向导数光谱与传统的二阶导数光谱具有相同的幅值, 但传统的二阶导数在相移的影响下振幅值正负反向, 且光谱向右平移了1 nm, 使得该吸收峰对应的波长点变为300 nm。图4　传统的二阶导数光谱和一次双向导数光谱Fig.4　Thesecondconventionalderivativespectraandtheoncebidirectionalderivativespectra二次双向导数光谱与传统的四阶导数光谱具有相同的幅值, 而后者向右平移了2 nm。三次双向导数光谱与传统的六阶导数光谱也具有相同的幅值, 但传统的六阶导数光谱向右平移了3 nm。此外, 三次双向导数光谱同样消除了传统导数光谱振幅值的正负反向。由此可得, 每个波长点的传统2n阶导数均会右移nΔλnm。而n次双向导数光谱的相移为零;与传统的2n阶导数具有相同的导数值, 同时也能避免振幅值的正负反向。利用图4中传统的二阶导数光谱和一次双向导数光谱分析水杨酸的浓度。传统的二阶导数光谱在300 nm有1个吸收峰, 而一次双向导数光谱的吸收峰在299nm。运用以上两种方法均可计算待测物水杨酸溶液的质量浓度为40.816 mg/L, 相对误差为2.04%, 但是选择的波长点不同。传统的导数光谱法存在相移, 使得导数光谱中导数值对应的波长位置与其真实的波长位置存在

偏差, 且偏差会随着导数阶数的增加而成nΔλ倍右移。双向导数光谱法能有效地消除相移, 很大程度上提高了紫外可见分光光度计定性分析的精确度。当使用两种方法分别处理吸收光谱数据时, 扫描范围两端的波长点会随着阶数的增加而逐渐丢失。因此在设定扫描范围时, 应适当扩大波长扫描范围。图4 ～ 6充分说明了传统的导数光谱具有相移, 相移值随着阶数的增高而增大。传统导数光谱的相移与波长差Δλ成比例关系。相反, 双向导数光谱的相移为零, 包含了更精确的吸收细节。此外, 双向导数光谱法无光谱畸变和波长图6　传统的六阶导数光谱和三次双向导数光谱

Fig.6　Thesixthconventionalderivativespectraandthethricebidirectionalderivativespectra位置偏移。

3　结　论

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。