一条勾画物质的曲线
到目前为止,我们都是让一种固定颜色的光穿过样品。但如果我们扫过每一种颜色,从紫到红,并记录在每个颜色处的吸光度,会怎样?得到的就是一条吸收光谱:一张图,底边从左到右是波长,纵轴向上是吸光度。它本质上是一张“物质对每种颜色的光有多饥饿”的图——一幅常常像人脸一样独特的肖像。
大多数光谱并不平直。它们有一些“峰”——物质在那里强烈吸收,称为吸收带;也有一些“谷”——物质在那里放光透过。最高那座峰所在的波长有个专门的名字和符号:lambda-max(写作 λ-max),也就是这种物质最钟爱的颜色。由于这些吸收带的形状和位置取决于分子的结构,所以光谱不只是用来知道“有多少”,更是一件用来判断“是什么”的工具。
用紫外-可见光看见“看不见的”
许多重要物质在肉眼看来是无色的,却依然在“喝”光——只不过它们是在紫外区喝,那是紧挨着紫光、再往外一点、我们眼睛看不见的地方。紫外-可见光谱法不过是把光谱延伸进那个紫外区,让仪器看见我们永远看不到的吸收带。蛋白质、DNA、维生素和许多药物在杯子里都是清澈的,在紫外-可见仪器面前却“熠熠发光”,这正是为什么这一种技术能贯穿生物学、医学和化学。
把峰高读作一种“胃口”
在某个波长处,吸收带有多高,告诉你的就是那里的摩尔吸光系数——也就是我们在比尔-朗伯那篇里见过的“每个分子对光的胃口”。又高又尖的吸收带意味着该物质在那种颜色处是个贪婪的吸收者;又低又宽的带则意味着它很懒。知道整条光谱上的 ε,能让你做一件很实际的事:在还没动手配样之前,就估算出样品要多浓才能给出一个舒服的读数。贪婪的吸收者只需要一杯稀溶液;懒惰的则需要一杯很浓的。
选定要在哪个波长上测量
一旦你了解了光谱,就得为日常测量挑定一个波长。自然的选择是 λ-max,也就是最高那座吸收带的顶点——理由有两条,都很扎实。第一,灵敏度:在峰顶处信号最大,所以有色物质的微小差异也能清晰地显现出来。第二,稳定性:峰在它的最顶端是平的,所以单色器设定上的一点小偏移几乎不改变读数。而在曲线陡峭的斜坡上,同样的偏移会让吸光度发生明显的变化。
一条曲线,两份工作
请注意,这条光谱身兼两职。它的*形状*——峰落在哪里、如何排布——回答的是“这是什么?”这个定性问题,因为那种图样是一种结构指纹。它在选定波长处的*高度*,则通过比尔-朗伯定律回答“有多少?”这个定量问题。一次快速扫描,由二极管阵列仪器在几秒内记录下来,就同时交给你一份身份核验和一条通往浓度的路。