紫外可见光检测器1.docx

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紫外可见光检测器1

紫外-可见光检测器

第一节工作原理和要紧性能

一、工作原理

1.朗伯-比耳定律

紫外-可见光检测器是通过测定样品在检测池中吸收紫外-可见光的大小来确信样品含量的。

该检测器测量的是物质对光的吸收，属于吸收光谱分析类型的仪器，不管采取什么设计方式，其工作原理都是基于光的吸收定律朗伯-比耳定律。

该定律指出，当一束单色光辐射通过物质溶液时，若是溶剂不吸收光，那么溶液的吸光度与吸光物质的浓度和光通过溶液的距离成正比。

式中，I是透过光强度，Io是入射光强度，T为透过率，A为吸光度（absorbance），又称光密度（opticaldensity:

OD）或消光值（extinction,E），b是光在溶液中通过的距离，一样为吸收池厚度，c是吸光物质溶液的浓度，a为吸光系数。

若是溶液浓度单位采纳mol/L，b的单位为cm，那么相应的吸光系数为摩尔吸光系数（molarabsorptivity）或摩尔消光系数，单位为L/（mol·cm），用符号ε表示，那么

由上式可见，吸光度与吸光系数、溶液浓度和光路长度成直线关系，也确实是说关于给定的检测池（现在b必然），在固定的波长下（ε为定值），紫外-可见光检测器应输出一个与样品浓度（c）成正比的光吸收信号——吸光度（A）。

而事实上检测器光电元件的输出信号与透过率成正比，因此为了定量计算方便，在仪器采纳对数放大器，将透过率转换成吸光度，现在仪器输出信号与样品浓度成正比。

故紫外-可见光检测器属于浓度灵敏型检测器。

2.摩尔吸光系数与分子结构

   紫外-可见光检测器的灵敏度专门大程度上取决于样品的摩尔吸光系数。

摩尔吸光系数说明物质分子对特定波长辐射的吸收能力，是物质的重要特性。

ε的大小与物质的分子结构、波长有关，不同类型物质的ε值不同专门大。

这是由于这些物质分子中某些基团的存在。

当用光照射时，基团中的电子吸收光能发生能级改变，同时伴随着振动和转动能级的改变，形成特点的强吸收带。

这些基团称作生色团（或发色团），它们都含有不饱和键或未共用电子对，如C―C、C―O、S―C、C―N、N―N、N―O等，能产生π-π'及n-π'的跃迁。

由于跃迁时吸收的能量较低，在近紫外区和可见光区显现吸收。

不饱和键的存在是有机物发色（指在200nm-1000nm波长光谱区内产生吸收峰）的要紧条件。

另外，某些基因本身不产生吸收峰，但与生色团相连时，常常引发吸收峰位移和吸收强度改变，这些基团称为助色团。

要紧的助色团有羟基、烃氧基、氨基、烷氧基、芳氨基等。

这些基团都能引发氧原子上或氮原子上未共用电子的共轭作用，由于助色团的存在，使生成因吸收峰的波长向长波方向移动。

表4-3-1列出了各类有机化合物及基团的紫外光谱区的最大吸收波长和相应的摩尔吸光系数。

除有机化合物外，许多金属离子和非金属离子也可利用紫外-可见光吸收进行检测。

表4-3-1一些发色基团的最大吸收波长λmax和相应的摩尔吸光系数ε

紫外-可见光检测器传统上只能检测具有紫外-可见光吸收的物质。

最近几年来进展的间接光度色谱，采纳一样的紫外-可见光检测器，检测非紫外-可见光吸收物质，使其应用范围扩大。

3.检测波长

   测按时一样都选择在对样品有最大吸收的波长下进行，以取得最大的灵敏度和抗干扰能力。

但应专门注意在选择测定波长时，必需考虑到所利用的流动相的紫外吸收性质。

也确实是说，利用紫外）可见光检测器时，溶剂不该吸收测定波长的紫外光，样品测定波长应当在溶剂紫外吸收波长上限以上，噪声降至10-4~10-5AU，才能保证检测的灵敏度，才能用于梯度洗脱。

溶剂吸收波长的上限，确实是透过波长的下限。

表4-3-2列出了液相色谱中经常使用溶剂透过波长的下限。

波长的下限规定为溶剂在以空气为参比，样品池厚度为1cm的条件下，恰好产生吸光度时相对应的波长值，即溶剂透过率为10%时的波长。

溶剂中若是含有吸收紫外光的杂质，一样会使检测背景提高，灵敏度降低，且用作梯度洗脱时会引发严峻漂移。

因此，液相色谱系统对溶剂纯度要求较高，一样应利用分光纯或分析纯溶剂，在有条件时，色谱纯溶剂为首选。

应注意不能利用化学纯及纯度更低的溶剂。

有时需要对溶剂进行专门纯化处置。

表4-3-2经常使用溶剂透过波长下限

4.理论估算检测限

各类物质的摩尔吸光系数不同专门大，因此检测灵敏度也有较大不同。

依照朗伯-比耳定律，可从理论上估算紫外-可见光检测器的检测限、最小检测量和最低检测浓度。

表4-3-3列出了紫外-见光检测器对不同类型化合物的理论检测限、最小检测量的估算值。

表4-3-3紫外吸收检测器的理论检测限

二、检测器的性能

（一）噪声和漂移

光学吸收检测器的噪声要紧来源于检测器和分离系统两方面。

最经常使用的确信噪声来源的方式是系统地改变流动相的流速，若是噪声与流速转变正相关，那么噪声可能来源于分离系统；当噪声与流速转变严格成正比关系时，能够确信噪声必然来源于分离系统。

1.来源于检测器的噪声

关于光学吸收检测器，当没有样品吸收时，检测信号是与波长有关的光强、光学系统的传播效率和光电转换效率的函数。

若是光电转换效率低，那么输出信号小，接近于光电转换元件的自然噪声。

能够通过采纳强光源或宽谱带的方法来增加光强，提高信噪比。

若是仅提高放大器的放大倍数，会同时放大噪声，信噪比也得不到提高。

许多光学吸收检测器利用氘灯做光源，随着利历时刻的增加，氘灯光强降低，噪声不断加大。

另外，由于静电作用，检测器在利用进程中易于从周围环境中吸尘，覆盖在光学元件上的尘埃降低了光的传播效率，提高光的散射，因此对检测不利。

强紫外光的照射还会使一些光学材料徐层发生降解，也会慢慢增加噪声。

检测器的信噪比一年可降低四分之一或更多。

2.来源于分离系统的噪声

初期紫外-可见光检测器对流动相流速的转变超级灵敏，因此也致使了恒流泵的利用和进展。

温度转变引发流动相折射率改变是紫外-可见光检测器流速灵敏度产生的要紧缘故。

入射光进入检测池之前必需通过空气-光窗和光窗-流动相两个界面，入射光因此产生了反射或散射损失，具有与化合物吸光相同的成效（大约是10-4）。

当介质之间折射率的不同较大时，会有更多的光被反射、散射损失掉。

由于折射率对温度的转变超级灵敏（大多数溶剂折射率的温度系数在10-4--10-3之间），因此需要操纵检测池流动相的温度，利用热平稳减少光损失。

热互换器是热平稳的典型设备。

除温度外，流动相折射率的转变还与其压力有关。

泵的脉冲致使流动相压力转变，也会引发流动相折射率的改变，而阻碍通过流动相的紫外光传播。

能够用增加脉冲阻尼器的方式来改善压力基线噪声。

检测池内气泡的存在，是检测器噪声的重要来源。

缘故是检测池内一个很微小的气泡都会形成一个反射面，造成光的反射、散射损失，引发吸光误差。

利用经充分脱气的流动相通过检测池能够幸免气泡。

提高检测池压力，是避免气泡形成的较好方法。

具体做法是在检测器出口设置限制器（1m*mm聚四氟乙烯管），使之维持必然的反压；或在检测器出口处接一根旧的短柱。

但应注意增加的压力不能太高，若是超过规定的压力限，可能引发检测池的破裂，色谱参数也可能发生转变。

气泡内含氧时，在波长小于260mm处常常能够观看到很高的噪声水平，现在流动相用氦气脱气是排除水平噪声的有效手腕。

除会引发检测器产生噪声外，流动相温度的缓慢转变、光学元件如光源等的迅速老化还会引发检测器的漂移。

现代紫外-可见光检测器的漂移更多的来自流动相组成的改变，尤其是进行梯度洗脱时。

为弥补梯度洗脱造成的漂移，可采纳双柱分离、双光束检测的方法以差减去除漂移，但操作繁琐；或将含有样品的流动相和不含样品的空白流动相前后进行一样的梯度洗脱，将二者差减后，去除漂移。

另外，还可用化学方式加入负梯度物质，进行负向补偿流动相溶剂造成的基线漂移。

但现在由于本底提高，要求紫外-可见光检测器有较大的线性范围。

（二）线性范围

朗伯-比耳定律只适用于单色光和均匀非散射溶液。

关于持续光源，当单色器色散能力较低时，取得的是具有必然波长范围的较宽谱带，吸光系数近似为常数，致使对定律的偏离。

不仅使线性范围变小，而且吸收峰不灵敏。

朗伯-比耳定律中的仪器误差是定量分析的全然性限制。

当待测物质浓度较大时，这种误差表现为响应曲线的斜率变小。

现在吸光质点的光散射较大，专门是在紫外区，散射更为严峻。

杂散光作为要紧光源被光敏元件检测，光电转换元件和其它电子元件的灵敏度较差等缘故都会致使对朗伯-比耳定律的偏离，进而使检测器线性范围降低。

   为了克服非单色光引发的偏离，应尽可能设法取得比较窄的入射光谱带，这就需要较好的单色器和适合的狭缝宽度。

棱镜和光栅的谱带宽度仅几个纳米，一样已够用。

检测限与线性范围有着彼此依托的关系。

狭缝宽度大，光通量增加，有利于灵敏检测，但线性范围小；狭缝宽度过窄，又会降低信噪比。

另外，将入射光波长选择在被测物的最大吸收波长（λmax）处，不仅测定灵敏度高，而且在λmax周围的一个很小的范围内吸收曲线较为平坦，吸光系数相差不大，因此由杂散光引发的偏离就会比其它波优势小得多，而且因波长不稳固引发的误差也会较小。

检测的精准度、准确度都较高（图4-3-1）。

图中虚线和实线表示相同的光谱，只是移位了1mm。

（三）温度阻碍

与气相色谱检测器相较，液相色谱检测器的温度成效要小得多。

但为了在保留时刻和峰面积方面取得较大的精准度和准确度，将噪声尽可能地降低，检测器的温度操纵仍是有利的。

除前面所说的流动相温度转变引发折射率改变之外，一些化合物的紫外吸收光谱也会随温度转变而改变，其中染料分子的吸收光谱转变较大，甲苯吸光度的温度。

系数可达%/℃。

还有的化合物，因分子结构随温度改变，从而引发吸收光谱的转变，2℃室温转变可致使分析结果1%的变更。

为了操纵检测器的温度，液相色谱系统应放在空气流通的环境中，既不要隔间空气，也不要空气流动过大，要远离热源、加热管道等。

（四）其它

    在操作利用紫外-可见光检测器时，应注意以下几点：

   ①因紫外光会损伤眼睛，不要直接观看点亮的紫外灯。

   ②对高压仪器部件等接触时要警惕。

   ③某些光源会产生臭氧，对人有害。

用惰性气体吹扫检测器是最经常使用的排除有害气体的方法，热催化也能够用来分解臭氧。

   ④检测池容易发生泄漏。

紫外-可见光检测器的溶剂泄漏时，溶剂蒸汽可能损坏光学元件表面。