分光光度計的基本構造
發布時間：2017-09-01
吸光度的測定使用分光光度計，有紫外-可見分光光度計、可見分光光度計之分，種類型號繁多，按結構來說，分光光度計又可分為單光束和雙光束等。
分光光度計通常由下列五個基本部件組成：
光源→單色器→樣品池→檢測器→信號顯示系統
常見的國產722N型可見分光光度計采用光柵自準式色散系統和單光束結構光路，光路結構如圖8―5所示。
現將分光光度計各部件的作用及性能作以簡要介紹。
1、光源
光源的作用是發射出特定波長范圍的連續光譜。可見光區通常用6～12V的鎢絲燈，在近紫外區，常采用氫燈或氘燈作為光源，其波長范圍為180～375nm。光源應該穩定，即要求電源電壓保持穩定。為此，通常要同時配置有電源穩壓器。
2、單色器
單色器是將光源發出的連續光譜分解為單色光的裝置，它是分光光度計的核心部件。單色器的色散能力越強，分辨率越高，所獲得的單色光就越純。單色器由色散元件及其附件組成。常用的色散元件為棱鏡和光柵。
棱鏡一般是由玻璃或石英材料制成的，不同波長的光通過棱鏡時，具有不同的折射率，進而將復合光按波長順序分解為單色光。單色光的純度決定于棱鏡的色散率和出射狹縫的寬度，玻璃棱鏡對400～1000nm波長的光色散較大，適用于可見分光光度計。石英棱鏡則在紫外和可見光范圍均可使用。
光柵較常用的有透射光柵和反射光柵，而反射光柵應用更為廣泛。光柵根據光的衍射和干涉原理將復合光色散為不同波長的單色光，然后再將所需波長的光通過狹縫照射到吸收池上。光柵作為單色器的優點是適用波長范圍寬、色散均勻、分辨本領高、便于保存；缺點是各級光譜會有重疊而相互干擾、需選適當的濾光片以除去其他級的光譜。
3、樣品池
樣品池又稱樣品室，放置各種類型的吸收池(也叫比色皿)和相應的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區須采用石英池，可見區一般用玻璃池。每臺儀器通常配備有厚度為0.5cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm等規格的吸收池以備選用。同一規格的吸收池彼此之間的透光率誤差應小于0.5％，為了減少入射光的反射損失和造成光程差，應注意吸收池放置的位置，使其透光面垂直于光束方向。指紋、油膩或器皿上其他沉積物都會影響其透射特性。
4、檢測器
檢測器的作用是接受從比色皿發出的透射光并轉換成電信號進行測量。測量吸光度時，是將光強度轉換成電流來測量的，這種光電轉換器稱為光電檢測器。一般的可見光分光光度計常使用硒光電池或光電管做檢測器。另外，常用的檢測器還有光電倍增管和光電二極管陣列檢測器光電管是由一個陽極和一個光敏陰極組成的真空(或充少量惰性氣體)二極管。陰極表面鍍有堿金屬或堿金屬氧化物等光敏材料，當它被具有足夠能量的光子照射時，能夠發射電子。當兩電極問有電位差時，發射出的電子就流向陰極而產生電流。電流的大小決定于照射光的強度，約為2～25μA。由于光電管有很高的內阻，故產生的電流很容易放大。目前國產的光電管有：紫敏光電管，為銫陰極，適用于200～625nm；紅敏光電管，為銀氧化銫陰極，適用于625～1000nm波長。
光電倍增管的原理和光電管相似，由光電管改進而成，管中有若干個(一般是9個)稱為倍增極的附加電極。因此可使光激發的電流放大，一個光子約產生106～107個電子。適用波長范圍為160～700nm。光電倍增管在現代的分光光度計中被廣泛采用，它的靈敏度比光電管高200多倍。
近年來，光學多通道檢測器如光電二極管陣列檢測器已經裝配到分光光度計中。光電二極管陣列是在晶體硅上緊密排列一系列光二極管，例如HP8452A型二極管陣列，在190～820nm范圍內，由316個二極管組成。當光透過晶體硅時，二極管輸出的電訊號強度與光強度成正比。每個二極管相當于一個單色儀的出口狹縫。兩個二極管中心距離的波長單位稱為采樣間隔，因此在二極管陣列分光光度計中，二極管數目越多，分辨率越高。HP8452A型二極管陣列中，每一個二極管，可在0.1s內每隔2nm測定一次，并采用同時并行數據采集方法，可同時并行測得316個數據，在0.1s極短時間內，可獲得全光光譜。而一般的分光光度計若每隔2nm測定一次，要獲得190～820nm范圍內的全光光譜，共需測定316次，若每測一次需要1s，需316s才能獲得全光光譜。所以，二極管陣列儀器能快速光譜采集是技術上的一個特點。
5、信號顯示系統
信號顯示系統的作用是把放大的信號以吸光度A或透光度T的方式顯示或記錄下來。
簡易的分光光度計常用的顯示裝置是檢流計、微安表、數字顯示記錄儀。現代的分光光度計檢測裝置，一般將光電倍增管輸出的電流信號經A／D轉換，由計算機采集數字信號進行處理，得到吸光度A或透光度T，并在顯示屏上顯示結果。
參考資料：分析化學
