只有了解 国产分光光度计基本结构,才能更好地使用分光光度计。
分光光度计的仪器组成比较简单,主要部件包括由光源、单色器、吸收池、检测器以及数据处理及记录系统等组成。
(1)光源
分光光度计中光源为仪器提供连续辐射,理想的光源应在整个紫外见光谱区可以发射连续光谱,具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用命。
由于不同的光源波长范围不同,因此,在分光光度计中在可见光区和紫外光区要使用不同的光源。
目前仪器常用的光源有两种:
钨丝灯、氢灯或氘灯。
在可见光区、近紫外光区和近红外光区常用钨丝灯作为光源,波长范围约为320-500nm。由于钨灯的能量输出大约随工作电压的四次方而变化,为了使光源稳定,必须严格控制电压。
此外,为防止在高温下工作时,钨蒸气不断在冷的灯泡内壁沉,在钨灯泡中引入了少量的碘蒸气,即碘钨灯,碘钨灯相对普通钨灯使用寿命长些。
(2)单色器
单色器是分光光度计的核心部分,分光光度计仪器的主要光学特和工作特性基本上由单色器决定。
它的作用是将光源发出的连续光谱色散成各种三。分光光度计中的单色器是一个完件——棱镜或光栅外,还有人射和出射狭缝以及一组反镜。
根据工作光谱范围、色散率、分辨率等性能指标的要求,可分别选用棱镜或栅分光的单色器,也可采用滤光片分光的单色器等。
国产分光光度计光片是简单、较为廉价的色散元件,但单色性不好,使测定精度大大受到限现一般用来消除单色器的杂散光。
棱镜和光栅是目前广泛使用的色散元件。棱可以作为从紫外到中红外区的合适的色散元件,其主要缺点是色散波长的非线性布;而光栅是可以用于紫外、可见、近红外范围。
光栅的主要缺点是有次级光谱扰分析,且杂散光的影响比棱镜更大,故常配滤光片以去除杂散光。
(3)吸收池
吸收池(比色皿)是盛放样品溶液的容器,具有两个相互平行、透光、厚度精的平面。
主要有石英池和玻璃池两种。可见光区用玻璃池,紫外光区须采用石英池。
吸收池可能有多种规格,典型的厚度是lcm。此外,每套吸收池的质料、厚度应完全相同,以免产生误差。
吸收池上的指纹、油污或壁上的沉积物都会显著地影响其透光性,因此在使用前务必彻底清洗。
(4)检测器
检测器是一种光电转换设备,将透过吸收池的光信号变成可测的电信号显示出来。常用的有光电池、光电管或光电倍增管。
光电倍增管是利用二次电子发射来放大光电流,放大倍数可高达108倍,是目前应用广泛但价格较高的检测器。较先进的仪器有采用二极管阵列作为检测器。
二极管阵列检测器不使用出射狭缝,在其位置上放-极管的线性阵列,则分光后不同波长的单色光同时被检测。曼响应速度快,但灵敏度不如光电倍增管,因后者具有很高的放大倍数。
(5)数据处理及记录系统
数据处理及记录系统包括放大器、A/D转换单元、微型计算机等,;理和仪器自动控制。
国产分光光度计检测器产生的光电流以某种方式转变成模拟信号,并线性地进行适度放大,放大了的模拟信号;
反馈人A/D转换单元最终通过微型计算机进行适当的数据处理,并通过终端装置显示或打印出被测样品的谱图。
由于分光光度计是一种常用的实验室分析仪器,款式和价格都是多样化的,因此如何选择一款合适的分光光度计就显得尤为重要了。尽管分光光度计种类繁多,但不外乎:简易型、中档型和高档型三大类。
一、简易型仪器及其特点:
结构:这种类型的仪器多为单光束型,即只有一束光照射到样品室内;光源一般仅有钨灯;样品支架一般为推拉式四联池架;波长选择多为手动查找,重复性差;狭缝为一个固定宽度模式;光学性能指标较低;检测器多为光敏二极管;显示器多为机械表头或数码管显示器,数据处理器一般没有。此类仪器生产以国内厂家居多。
测量模式:多为定点(固定波长)吸光度或透过率测量方式,基本不能进行波长扫描测量。
适应范围:小型实验室及示范教学,分析样品相对简单,测试结果精度要求不高。
二、中档型仪器及其特点:
结构:此类仪器多为双光束型或准双光束型,但也有单光束仪器型;光源有钨灯和氘灯;样品池支架为两个固定式,分别是样品通道和参比通道;波长按照设定模式自动查找或扫描;狭缝多数仍为2nm固定宽度模式,也有1.5nm狭缝宽度的;检测器多数是硅光二极管,但也有少数用光电倍增管的;光学性能相对较高,其中光栅的技术指标尤为重要,较佳的光栅为凹面型,为此无论在分辨率还是在杂散光方面指标要优于简易型仪器;显示器为液晶式或连接电脑,数据处理可由仪器自身具有的或外接计算机处理。并有一定的测量附件。
测量模式:透过率、吸光度、浓度直读、单光束;单点及扫描均可。
适应范围:此类仪器基本可满足大多实验室分析需要。
三、高档型仪器及特点:
除了中档仪器的特点外,主要是光学系统的设计和制造工艺水平更高了,比如使用了大尺寸的凹面光栅,并且光栅刻槽数大于1800条/mm;波长检测范围有的仪器在近红外区已经超过1100nm,可达到2600nm;狭缝均为连续可调型,以适应高分辨率的需要,波长扫描速度的档位也增加了,检测器均使用高灵敏度的光电倍增管和红外检测器;数据处理目前基本是电脑来执行;衡量一台仪器的另外一个指标是看此仪器是否具有丰富的附属测量器件,如偏振附件、积分球附件、反射附件、自动进样器附件、色度分析软件、薄膜附件等等。
测量模式:透过率、吸光度、浓度直读、反射方式、能量方式,单点、扫描均可;
适应范围:科研、光学产品的检测、生化样品检测、复杂样品检测等。不但可以测液态样品,也可测固态样品。
紫外可见分光光度计法从问世以来,在应用方面有了很大的发展,尤其是在相关学科发展的基础上,促使分光光度计仪器的不断创新,功能更加齐全,使得光度法的应用更拓宽了范围。
1.原理
物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量, 相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子 、原子和不同的分子空间结构,其吸收光能量的情况也就不会相同,因此,每种物质就有其 特有的、固定的吸收光谱曲线,可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或 测 定该物质的含量,这就是分光光度定性和定量分析的基础。分光光度分析就是根据物质的吸 收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。
紫外可见分光光度法的定量分析基础是朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。即物质在一定浓度 的吸光度与它的吸收介质的厚度呈正比。
2.应用
2.1 检定物质
根据吸收光谱图上的一些特征吸收,特别是最大吸收波长虽ax和摩尔吸收系数是检定物质的常用物理参数。这在药物分析上就有着很广泛的应用。在国内外的药典中,已将众多的药物紫外吸收光谱的最大吸收波长和吸收系数载入其中,为药物分析提供了很好的手段。
2.2 与标准物及标准图谱对照
将分析样品和标准样品以相同浓度配制在同一溶剂中,在同一条件下分别测定紫外可见吸收光谱。若两者是同一物质,则两者的光谱图应完全一致。如果没有标样,也可以和现成的标 准谱图对照进行比较。这种方法要求仪器准确,精密度高,且测定条件要相同。
2.3 比较最大吸收波长吸收系数的一致性
2.4 纯度检验
2.5 推测化合物的分子结构
2.6 氢键强度的测定
实验证明,不同的极性溶剂产生氢键的强度也不同,这可以利用紫外光谱来判断化合物在不 同溶剂中氢键强度,以确定选择哪一种溶剂 。
2.7 络合物组成及稳定常数的测定
2.8 反应动力学研究
2.9 在有机分析中的应用
有机分析是一门研究有机化合物的分离、鉴别及组成结构测定的科学,它是在有机化学和分析化学的基础上发展起来的综合性学科。