学术干货 | 紫外可见分光光度计的结构、原理与应用

发表时间：2022-07-13　　　　点击次数：466　　　　相关产品：制药/生命科学

分光光度法在分析领域中的应用已经有数十年的历史，至今仍是应用广泛的分析方法之一。随着分光元器件及分光技术、检测器件与检测技术、大规模集成制造技术等的发展，以及单片机、微处理器、计算机和DSP技术的广泛应用，分光光度计的性能指标不断提高，并向自动化、智能化、高速化和小型化等方向发展。

在分光元器件方面，经历了棱镜、机刻光栅和全息光栅的过程，商品化的全息闪耀光栅已迅速取代一般刻划光栅。在仪器控制方面，随着单片机、微处理器的出现以及软硬件技术的结合，从早期的人工控制进步到了自动控制。在显示、记录与绘图方面，早期采用表头(电位计)指示、绘图仪绘图，后来用数字电压表数字显示，如今更多地采用液晶屏幕或计算机屏幕显示。在检测器方面，早期使用光电池、光电管，后来更普遍地使用光电倍增管甚至光电二ji管阵列。阵列型检测器和凹面光栅的联合应用，使仪器的测量速度发生了质的飞跃，且性能更加稳定可靠，受到仪器用户的青睐，具有代表性的当数安捷伦的HP8452/8453。在仪器构型方面，从单光束发展为双光束，现在几乎所有Advanced spectrophotometer都是双光束的，有些高精度的仪器采用双单色器，使得仪器在分辨率和杂散光等方面的性能大大提高，如Varian(瓦里安)的Cary1/3/400。随着集成电路技术和光纤技术的发展，联合采用小型凹面全息光栅和阵列探测器以及USB接口等新技术，已经出现了一些携带方便、用途广泛的小型化甚至是掌上型的紫外可见分光光度计，如OceanOptics(海洋光学)的S系列、USB2000及PC2000。而光电子技术和MEMS技术的发展，使得有可能将分光元件和探测器集成在一块基片上，制作微型分光光度计。我国重庆大学在微型多通道光谱仪方面开展了卓有成效的研究工作，承担的国家自然科学基金项目“微型多道光谱分析系统集成化技术研究”已经通过了技术鉴定。随着luminous diode光源技术及产业的日益成熟，以LED为光源的小型便携又低廉的分光光度计已成为研究开发的热点。除了空间色散的分光方式，也有人对声光调制滤光和傅立叶变换光谱在紫外可见区的应用进行了研究。

仪器的软件功能可以很大地提升仪器的使用性能和价值，现代分光光度计生产厂商都非常重视仪器配套软件的开发。除了仪器控制软件和通用数据分析处理软件外，很多仪器针对不同行业应用开发了专用分析软件，给仪器使用者带来了很大的便利。

三、紫外可见分光光度计的结构

分光光度计的主要部件如下所述。

光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度，稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)；氙灯：紫外、可见光区均可用作光源。

单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。

棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。

光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。

吸收池：用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池；紫外区：石英池。

检测器：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管。

检流计（指示器）：刻度显示或数字显示、自动扫描记录。

4.1光学系统原理

4.2电器系统原理

分光光度法对于分析人员来说，可以说是常用和有效的工具之一。几乎每一个分析实验室都离不开紫外可见分光光度计。分光光度法具有以下主要特点。

由于新的显色剂的大量合成，并在应用研究方面取得了可喜的进展，使得对元素测定的灵敏度有所推进，特别是有关多元络合物和各种表面活性剂的应用研究，使许多元素的摩尔吸光系数由原来的几万提高到数十万。

目前已有些元素只要利用控制适当的显色条件就可直接进行光度法测定，如钴、铀、镍、铜、银、铁等元素的测定，已有比较满意的方法了。

可从常量(百分之1～百分之50)(尤其使用示差法)到痕量(百分之10-8～百分之10-6)(经预富集后)。

由于各种各样的无机物和有机物在紫外可见区都有吸收，因此均可借此法加以测定。到目前为止，几乎化学元素周期表上的所有元素(除少数放射性元素和惰性元素之外)均可采用此法。在国际上发表的有关分析的论文总数中，光度法约占百分之28，我国约占所发表论文总数的百分之33。

6.1 检定物质

6.2 与标准物及标准图谱对照

6.3 比较吸收波长吸收系数的一致性

6.4 反应动力学研究

6.5 纯度检验

6.6 氢键强度的测定

6.7 络合物组成及稳定常数的测定

紫外可见分光光度计虽然是一类有着很长历史的分析仪器，但每一次吸收了新的技术成果都使它焕发出新的活力。扫描光栅型分光光度计依托成熟的设计制造工艺，并结合计算机控制等新的技术成果，仍有很强的生命力。在很多方面，扫描型产品仍代表了很高的技术水平。阵列式探测器的产生直接促成了固定光栅分光光度计的设计，使得它在测量地更快、更稳定、适应性更强的方向迈出了一大步。并且，从今后的发展来看，仪器的小型化、在线化，测量的现场化、实时化将是一大方向。要使分光光度计走出实验室，成为一种应用更广，更为普及的测量分析设备，阵列式探测器以及其它的固态式设计可发挥重要的作用。光纤也将是其中的一项重要技术，它已使得紫外可见分光光度计的使用变得更方便，同时也使分光光度计的配置变得更灵活。光纤结合模块化设计，可能使得分光光度计可以突破完全固定、静态的组成，而变成可以自由搭配，自助式构建的仪器。光纤同时也是实现在线测量的重要手段。计算机技术的影响将更为增进。分光光度计的自动化、智能化是一个方面。另一方面，软件已经在一定程度上使实在的仪器接近了虚拟的程序，网络和信息技术的结合可能带来进一步的影响。除了传统的空间色散的分光方式，声光调制滤波和傅立叶变换光谱也以其各自的特点表现出了在紫外可见波段的应用潜力。

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