分光光度计的基本构造
发布时间：2017-09-01
吸光度的测定使用分光光度计，有紫外-可见分光光度计、可见分光光度计之分，种类型号繁多，按结构来说，分光光度计又可分为单光束和双光束等。
分光光度计通常由下列五个基本部件组成：
光源→单色器→样品池→检测器→信号显示系统
常见的国产722N型可见分光光度计采用光栅自准式色散系统和单光束结构光路，光路结构如图8―5所示。
现将分光光度计各部件的作用及性能作以简要介绍。
1、光源
光源的作用是发射出特定波长范围的连续光谱。可见光区通常用6～12V的钨丝灯，在近紫外区，常采用氢灯或氘灯作为光源，其波长范围为180～375nm。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常要同时配置有电源稳压器。
2、单色器
单色器是将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置，它是分光光度计的核心部件。单色器的色散能力越强，分辨率越高，所获得的单色光就越纯。单色器由色散元件及其附件组成。常用的色散元件为棱镜和光栅。
棱镜一般是由玻璃或石英材料制成的，不同波长的光通过棱镜时，具有不同的折射率，进而将复合光按波长顺序分解为单色光。单色光的纯度决定于棱镜的色散率和出射狭缝的宽度，玻璃棱镜对400～1000nm波长的光色散较大，适用于可见分光光度计。石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。
光栅较常用的有透射光栅和反射光栅，而反射光栅应用更为广泛。光栅根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的单色光，然后再将所需波长的光通过狭缝照射到吸收池上。光栅作为单色器的优点是适用波长范围宽、色散均匀、分辨本领高、便于保存；缺点是各级光谱会有重叠而相互干扰、需选适当的滤光片以除去其他级的光谱。
3、样品池
样品池又称样品室，放置各种类型的吸收池(也叫比色皿)和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。每台仪器通常配备有厚度为0.5cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm等规格的吸收池以备选用。同一规格的吸收池彼此之间的透光率误差应小于0.5％，为了减少入射光的反射损失和造成光程差，应注意吸收池放置的位置，使其透光面垂直于光束方向。指纹、油腻或器皿上其他沉积物都会影响其透射特性。
4、检测器
检测器的作用是接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测量。测量吸光度时，是将光强度转换成电流来测量的，这种光电转换器称为光电检测器。一般的可见光分光光度计常使用硒光电池或光电管做检测器。另外，常用的检测器还有光电倍增管和光电二极管阵列检测器光电管是由一个阳极和一个光敏阴极组成的真空(或充少量惰性气体)二极管。阴极表面镀有碱金属或碱金属氧化物等光敏材料，当它被具有足够能量的光子照射时，能够发射电子。当两电极问有电位差时，发射出的电子就流向阴极而产生电流。电流的大小决定于照射光的强度，约为2～25μA。由于光电管有很高的内阻，故产生的电流很容易放大。目前国产的光电管有：紫敏光电管，为铯阴极，适用于200～625nm；红敏光电管，为银氧化铯阴极，适用于625～1000nm波长。
光电倍增管的原理和光电管相似，由光电管改进而成，管中有若干个(一般是9个)称为倍增极的附加电极。因此可使光激发的电流放大，一个光子约产生106～107个电子。适用波长范围为160～700nm。光电倍增管在现代的分光光度计中被广泛采用，它的灵敏度比光电管高200多倍。
近年来，光学多通道检测器如光电二极管阵列检测器已经装配到分光光度计中。光电二极管阵列是在晶体硅上紧密排列一系列光二极管，例如HP8452A型二极管阵列，在190～820nm范围内，由316个二极管组成。当光透过晶体硅时，二极管输出的电讯号强度与光强度成正比。每个二极管相当于一个单色仪的出口狭缝。两个二极管中心距离的波长单位称为采样间隔，因此在二极管阵列分光光度计中，二极管数目越多，分辨率越高。HP8452A型二极管阵列中，每一个二极管，可在0.1s内每隔2nm测定一次，并采用同时并行数据采集方法，可同时并行测得316个数据，在0.1s极短时间内，可获得全光光谱。而一般的分光光度计若每隔2nm测定一次，要获得190～820nm范围内的全光光谱，共需测定316次，若每测一次需要1s，需316s才能获得全光光谱。所以，二极管阵列仪器能快速光谱采集是技术上的一个特点。
5、信号显示系统
信号显示系统的作用是把放大的信号以吸光度A或透光度T的方式显示或记录下来。
简易的分光光度计常用的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。现代的分光光度计检测装置，一般将光电倍增管输出的电流信号经A／D转换，由计算机采集数字信号进行处理，得到吸光度A或透光度T，并在显示屏上显示结果。
参考资料：分析化学
