分光光度计.docx

分光光度计.docx

《分光光度计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分光光度计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

分光光度计

2011-03-0111:

06标签：

blank光度计colorstyle光学

下边分别表达这几个部分的光学系统的特征。

1光源系统

分光光度计的光源系统由光源和照明系统构成。

1.1光源

分光光度计中对光源有必定要求，理想的辐射光源应具备以下一些特征：

（1）在所使用的被长范围内供给连续辐射，即光源应发射连

（2）辐射能量随波长的变化尽可能小，且有足够的强度。

（3）使用寿命较长。

（4）要有优秀的稳固性，特别是对单光束仪器。

在190一360nm波长范围紫外波段，常用的光源是氢弧灯和氘弧灯，氘灯的紫外光发射强度比氢灯强。

在360一2500nm波长范围可见和进红外波段，常用白炽钨灯作为光源。

图2为氢灯、钨灯的光谱能量散布图。

在2—50m波长的中远红外波段内，常用的光源是能斯脱和硅碳棒，其光谱能量散布如图3所示。

此外，关于要求较低的仪器，灼热的金属丝（如镍铬丝）能够作为红外光源；而在远红外区高压汞灯也是一种常用的光源。

图2光源能量散布图3xx辐射光源

A－氢灯，B一钨灯，C一不一样温度T的黑体辐射A－能斯脱，B－硅碳棒

1/11

1.2照明系统

光源系统的照明系一致般有两中：

单光束照明系统和双光束照明系统。

光源系统中的反射镜的作用是把光源发出的光芒集中在单色

器的入缝上，使整个狭缝照明均匀并充满单色器的孔径。

在照明系统为单光束的仪器，只需求光源反射镜引入一个高通量的光束即可，对光源的成像质量要求不高。

图4为一种单光束照明系统光路图。

在双光束照明系统的分光光度计中，光源系统其实不直接照明单色仪的狭缝，如图5所示。

光度系统处于单色器和光源之间，而在光度系统中，有一个梳形减光楔，光源一定第一成像在减光楔上。

减光楔经过光度系统要求清楚地成像在单色器的入缝上。

图4单光束照明系统图5xx照明系统

2单色器系统

单色器是分光光度计的核心部分，仪器的主要光学特征和工作特征基本上由单色器决定。

它的作用是将光源发出的白光色散成各样波长的单色光，从出射狭缝中导出，照于样品上。

分光光度计中的单色器是一个完好的色散系统，除了色散元件——棱镜或光栅外，还有入射和出射狭缝以及一组反射镜。

依据工作光谱范围、色散率、分辨串等性能指标的要求，可分别采纳棱镜或光栅分光的单色器，双联单色器，也可采纳滤色片分光的单色器等。

2.1虑光片

滤光片是最简单、最低价的单色装置。

因为它的单色性不好，使测定精度

大大遇到限制。

它的特征能够用最大透光波长（或称中心波长）和谱带半宽度（有效带宽）来表征。

最大透光波长是指在此波长光源的辐射最强。

有效带宽是指最大透光度值的一半处的谱带宽度。

在分光光度计中，滤光片一般用来除去单色器的杂散光。

滤光片可分为五种：

2/11

中性滤光片，截止滤光片，通带滤光片，干预滤光片以及校订滤光片（标准滤光片）。

2.2单色器

从波长范围宽广的光源辐射中分出波长单调的单色光的光学装置称为单色

器。

单色器是由入射狭绕、准直元件、色散元件（常用核能或光栅）、和出射狭绕构成。

棱镜能够作为从紫外到中红外区的适合的色散元件。

在紫外范围，常用的资料是硅、矾土和人造蓝宝石。

矾土和人造蓝宝石能用于200到4000nm，但昂贵，所以常用熔融石英作棱镜资料。

在可见范围，硅的色散次于光学玻璃，所以可见分光光度计常用低价

的光学玻璃作棱镜材科。

玻璃和石英棱镜担色器的色散特征模式图见图6。

为了便于比较，将显示线性色散的光栅单色器的色散特征也列在一同．

图6三种资料单色器的色散特征

棱镜单色器的光谱纯度主要决定于棱镜的色散特征和光学设计。

往常使用两种形式的棱镜单色器——本生（Bunsen）单色器和利特罗（Littrow）单色器。

光栅是一种十分重要、应用范围很广的色散元件，能够用于紫外、可见、近红外范围的色散。

光栅分透射光栅和反射光栅。

透射光栅是在一块玻璃上或其余透明资料上刻一系列平行的和牢牢相靠的凹槽。

生产这样的母光栅需要精细的装置，比较昂贵。

复制光栅比较廉价，虽在性能上一次于母光栅，但能知足应用。

反射光栅是在复制光栅的表面上喷涂铝的薄膜制成的。

也可在抛光的玻璃表面或金属表面镀铝，而后在铝表面上刻大批的平行线制成的。

光栅的刻线越多，分辨率越高，每单位长度的刻线越多，它的色散就越大。

闪烁波长是闪烁光栅的另一个重要的参数，在闪烁波长，光栅有最大能量输出。

光栅的主要弊端是有次级光谱扰乱剖析，且杂散光的影响比棱镜更大，故常配虑光片以去除杂散光。

棱镜的主要弊端是色散波长的非线性散布。

光栅单色器有几种摆列方式，往常用的一种是埃伯特（Ebert）式（图7），是埃伯特1889年发明的。

它用一个球面镜准直和聚焦，并对称地搁置两个狭

3/11

缝，波长选择是经过旋转光栅实现的。

以后采尼（Czerny）和特纳（Turner）对其进行

了改良，用两个小的球面镜来取代大而昂贵的埃伯特球面镜（如图8），使得构造紧凑，后为现代仪器所常采纳。

图7埃伯特衍射光栅单色器图8采尼和特纳衍射光栅单色器入射和出射狭缝

狭缝是单色器的重要构成部分之一，关系到分辨率的好坏。

它是由拥有很锐刀口的两片金属片精细加工制成的。

刀口互相之间是严格平行的，并且是在同样的平面上。

狭缝宽度有两种表示方法，一是用狭缝的两刀口之间的实质宽度表示，单位是毫米（mm）；另一是用从单色器出来的有效带宽表示，单位是纳米（nm），往常用后者表示。

3光度系统

紫外可见和近红外分光光度计的光度系统分为单光束和双光束两种。

3.1单光束的光度系统

单光束的光度系统简单，如图9所示。

此系统在采纳比较法丈量样品的光谱透过率或反射率时，往常有两种方式：

图9单光束的光度系统

方式1：

在整个工作波段测定完标准后，再测样品，得出的结果进行比较。

此方式的弊端：

波长的重复性不高，这是因为两次丈量标被及样品的时间间隔长，光源的不稳固，波长的重复性、接收系统的不稳固等要素造成的。

方式2：

在待测的每一波优点标准和样品挨次迅速地替代，分别进行丈量，进行比较。

此方式的优点是严格保持标准和样品完好同样的照明及测试条件，但却使样品和标准不停地处于运动状态，所以采纳较小。

现代的自动分光光度计多采纳双光束法来实现比较丈量。

3.2xx的光度系统

4/11

双光束光度系统的明显的特色和最基本要求是保持光路对称。

即两光路中的反射次数和相应的反射角、透射次数和相应透射面的曲率以及射入接收器的角度和照耀面积等，尽量要求做到对称，并且光路应尽量缩短，光学部件也应尽量减少。

图10所示是在紫外——可见和近红外分光光度计中常用的双光束光度系

统。

图10紫外—可见和近红外分光光度计中常用的双光束光度系统

红外分光光度计中光学系统的基本要求与紫外一可见分光光度计同样。

但

在光学均衡法测定中，应用减光器Wl改变参照光束的强度来实现零点均衡。

为

了校订仪器的100％透过率，在样品光路中设有减光器W2。

图11为xx分光光度计的光度系统图。

图11对称式xx分光光度计光度系统

4接受放大系统

接收部分的光学系统要求能把单色器出射的光束所有汇聚到接收器的靶面上，使光信号所有变换成电信号。

按其探测机理不一样，可将分光光度计中常用的辐射接收器分为光电接收器及热电接收器二种。

4.1光电接收器

常用的光电接收元件有光电倍增管、光敏电阻和光电池。

光电倍增管是利用外光电效应与多级二次发射体相联合而制成的光电器件。

前者作为电子产生的元件，后者作为电子放大元件，其积分敏捷度远远超出充气光电管，并且它又与真空光电管同样有很好的线性关系，是紫外和可见区的极敏捷的探测元件，当前应用很广。

室温下的光敏电阻构造简单、体积小。

可是它的光谱敏捷范围很窄，选择性较强。

在分光光度计中，只有在

5/11

0.7—

3.5m的波段内是采纳硫化铅光敏电阻。

光电池是利用半导体资料受外界辅照时形成电势差的大小与入射通量的强

弱成必定比率来进行光电检测的。

光电池的积分敏捷度比光电管大100多倍，主要用于可见光谱区和近红外光谱区。

4.2热电接收器

将热能直接或间接转变为电能的接收器称为热电接收器。

在光谱仪器中应

用最宽泛的热电接收器有真空热电偶、高莱探测器和热释电探测器等。

表1列出了几种热电接收器的主要性能及工作参数。

表1几种xx热电接收器的主要性能

xx热电接收器种类敏捷度/

（V/W）时间常数/s接受面积/mm2

真空热电偶23×10－22×

0.2

测热辐射计37002×10－21×1

xx2×105

1．5×10-27

热释电探测器3×1034×10-25

样品和标准的光度信号进行双光束的比较法丈量时，光电信号办理方式分为光学零位均衡法和电学比率记录法两大类。

4.3光学零位均衡法丈量

图12所示为一种红外分光光度计光学零位均衡法丈量原理图。

6/11

图12光学零位均衡法丈量原理图

从光源S发出的红外光辐射被两块同样的反射镜M1和M2分红对称的两束光束．经M3和M4聚焦于两个试样池C1和C2的中心。

因为放在C1和C2中的待测试祥和参照试祥拥有不一样的光汲取特征，两束透射光的强度不一样，因此

最后经过滤光片F抵达探测器热电偶B0上的光能量不一样，热电偶输出的交变光电信号与两束光的强度差异相应。

信号经电子系统放大、检波、滤波、伺服放

大后，变为伺服电动机的驱动信号，由它带动参照光束中的光楔W挪动。

光楔上拥有若干条楔形通光空隙，其通光面积随其与光束的相对地点变化而变化。

所以，光楔在参照光束中作垂直光轴方向挪动时，透过光楔的光能量随之变化。

若光楔在伺服电动机带动下挪动到某一瞬时地点、透过光楔的参照光束强度正好与待测试祥汲取后的测定光束强度相等，即两光束强度差等于零时，两光束均衡，热电偶B0的输出也等于零，伺服电动机不再转动，光楔停止挪动。

放在试样光束中的另一个光楔W‘是用于调整双光束对称性的，不参加试样光谱的测定过程。

经过技术机将光楔W的垂直挪动、对应的波长记录下来，从而转变为待测样品的波长－透过率曲线。

这类方法的优点：

自动除去光源发射不稳固性、探测器敏捷度变化、电子放大系统零点漂移和增益系数颠簸等要素对检测结果的影响，提升测试精度和测试数据的再现性。

其弊端是：

响应速度不高，对变化极快的光电信号有滞后和畸变；对高汲取试样，测定精度低、数据靠谱性差。

4.4电学比率记录法丈量

电学比率记录法丈量仪器中，不用减光楔控制参照光束的强度去达到双光束的强度均衡，而是分别地直接测出试样光束和参照光束的强度，而后经过电子学系统办理，求得二者的比率，记录待测试样相关于参照试样的汲取率变化曲线。

7/11

为把试祥信号与参照信号分别开，不一样的仪器采纳不一样的方法：

有的采纳两个转速不一样的调制盘（斩光器）分别置于试样和参照光束中，使两束光形成的光电信号遇到不一样频次的调制，而后由电子系统进行鉴频检出；也

有些仪器只采纳一个调制盘，但采纳同步信号线路，依据两个光束相应的同步开关信号分时解调出试样信号和参照信号，而后再作比率记录。

图13是一种电学比率记录法丈量原理图。

图13电学比率记录法丈量原理图

装在调制盘一侧的同步信号发生器（电灯泡、调制盘上的小孔、光敏二极管

构成）可给出相应的同步开关信号。

透过参照池和试祥池的光束由探测器（在短于700nm的波长区采纳光电倍增管

B、波长大于700nm时改用Pbs光敏电阻）变为相应的参照信号R及和试样信号S。

馈送到前置放大器的两种信号经放大后分别经过100％控制电位器和

100％线赔偿单元输送到试样放大解调线路和参照放大解调线路。

这两个放大解

调线路同时还接收同步信号发生器一方波发生器送来的位相相反的同步方波信号，使试祥放大解调线路的输出只包含试样光束强度变化信号、参照放大解调线路的输出只包含参照光束强度变化信号。

两个已被分别的信号经量程变换线

路后送到比率记录系统进行运算和记录，经计算机办理获得测试样的透射率（或吸光度）曲线。

三分光光度计的主要性能指标及其检查方法

分光光度计的主要性能指标一般包含以下几项：

波长范围、波长正确度、波长重复性、谱带半宽度、杂散光、分辨率、光度正确度、光度计线性、光度计重复性、噪音、基线稳固性。

3.1波长范围

波长范围是指仪器上、下限波长之间的工作范围，是与光源、单色器及探测器的光谱响应特征相关的。

有的仪器在波长范围两头缺少足够的能量，不可以正常工作，表现为100％T或0A设定困难，基线两头不平直等。

8/11

3.2波长正确度

波长正确度是指仪器波长指示器上所指示的波长值与仪器出射的实质波长值之间的切合程度，可用二者之差（即波长偏差）来权衡其正确性。

常用的检查方法有：

（1）用氘灯（或氢灯）的辉线检查；

（2）用汞灯的辉线检查；

（3）用标准玻璃虑光片检查；

（4）用样品溶液的汲取光谱检查。

3.3波长重复性

用一个已知样品汲取峰或灯的辉线作标准，在同样条件下多次重复读取峰位。

计算每次察看的波长对均匀值的偏差，这些偏差的均匀值就是此分光光度计的波长重复性

3.4谱带半宽度

谱带半宽度又称有效带宽。

这里是指走开单色器的出射狭缝的辐射光谱的峰高的一半处的谱带宽度。

光源辉线或锐的汲取光谱都可用于谱带半宽度的检查。

3.5杂散光

杂散光是指由检测器接收到的任何内仪器单色器分别的光谱范围之外的辐射。

分光光度计杂散光强度的丈量，往常采纳在规定波长下几乎完好不透明的

溶液或滤光片插入仪器，检测仪器给出的透射率值。

紫外区可用NaI溶液测定波长为220nm处的杂散光，在可见区可用各样有色玻璃截止虑光片。

3.6分辨率

9/11

分辨率是指仪器关于密切相邻的峰可分辨的最小波长间隔，是权衡分光光度计性能的重要指标之一。

单色器输出的单色光的光谱纯度、强度以及检测器的光谱敏捷度等是影响仪器分辨牢的主要要素。

分辨率的测试方法有很多种，这些方法的原理都是察看刚可分辨的最小波长间隔，在不一样被长范围使用的资料及方法皆不一样。

3.7光度正确度

光度正确度是指仪器在汲取峰值上读出的透光度（或吸光度）与已知真切透光度之间的偏差。

要测得正确靠谱的数据取决于以下几方面要素：

（1）样质量量，

（2）制样技术，

（3）仪器的性能和操作条件的选择，

（4）汲取池的质量。

因而可知，光度偏差是一个综合性的偏差。

为了检定光

度正确性，一定有必定的标准样品，现已有很多测试方法和参照标准供参照，一类是标准溶液法，另一类是滤光片法。

3.8光度计线性

优良的光度计线性是用这个分光光度计丈量时，对恪守比尔定律的溶液能给出一个吸光皮对浓度（A对C）的线性曲线。

检查光度计线性可用溶液稀释起、汲取池光径法、中性虑光片叠加法。

3.9光度计重复性

光度计重复性是在同样的仪器上，同样条件下对同同样品进行多次重复测定（透光度或吸光度）。

计算每次读数对均匀值的偏差和这些偏差的均匀值。

3.10噪音

噪音是信号随时间而无规则的变化。

噪音丈量的方法是在仪器预热稳固

后，在必定波长和必定缝宽下，扫描100％线或0％线数分钟，量取峰－峰之间

10/11

的值作为绝对噪音水平。

但在实质测定中，常用信噪比来描绘仪器的性能，如在100％线扫描时，噪音是1％，则信噪比为100：

1。

3.11基线稳固性

基线稳固性是指双光束分光光度计在扫描100％线或OA线时（样品室中不听任何东西）读数随时间偏离的程度。

假如基线稳固性不好，自然会影响光度正确度。

3.12基线平直性

基线平直性是指双光束分光光度计扫描基线（100％线或0A线）（样品室中不听任何东西）时，基线倾斜曲折的程度，它是仪器的重要性能指标之一。

11/11