分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)與作用原理及性能
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-07-20
目前常用的分光光度計(jì)有72型、721型及7215型等，這些儀器的結(jié)構(gòu)及光路示意圖如圖11-7。
.jpg "國(guó)產(chǎn)721型分光光度計(jì)示意圖")
光度計(jì)的種類和型號(hào)繁多，但它們都是由下列幾個(gè)部分組成：
現(xiàn)將各部分的作用原理及性能簡(jiǎn)介如下：
1.光源 在吸收光度法中，要求光源發(fā)出所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光譜并具有足夠的強(qiáng)度，且在一定時(shí)間內(nèi)能保持穩(wěn)定。
可見(jiàn)光區(qū)的光源一般用鎢燈，鎢燈可發(fā)出波長(zhǎng)320～3000nm的連續(xù)光譜。發(fā)出光的強(qiáng)度在各波長(zhǎng)的分布隨燈絲溫度變化而不同。溫度升高時(shí)，總強(qiáng)度增大，且在可見(jiàn)光區(qū)的強(qiáng)度分布增大。但溫度增高，會(huì)縮短燈的壽命，而鎢燈的溫度決定于電流電壓，電壓有微小的波動(dòng)會(huì)引起鎢燈光強(qiáng)度的很大變化，因此必須使用穩(wěn)壓電源才能使光源強(qiáng)度保持不變。
2.單色器 該裝置是將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解出所需要的單色光。單色器最簡(jiǎn)單的可用不同顏色的一組濾光片組成。要求單色光純度高的單色器一般由棱鏡或光柵等色散元件及狹縫和透鏡等組成。
濾光片只允許和它顏色相同的光通過(guò)，得到的是純度較差的單色光。例如，圖11-8中a是一塊標(biāo)有470nm藍(lán)色濾光片的透光率曲線。曲線表明通過(guò)濾光片的光是具有一定波長(zhǎng)范圍的光帶，其最大透過(guò)波長(zhǎng)為470nm。濾光片的質(zhì)量以“半寬度”表示，即最大透光度一半處曲線的寬度(圖中以CD表示)，濾光片質(zhì)量越好，半寬度越小，分離出光的單色性越好。一般濾光片的半寬度大于30nm。有一類利用光的干涉作用而制成半寬度相當(dāng)小的干涉濾光片，它可以提供小到10nm寬的譜帶和較大的透光度，如圖11-8中b曲線所示。
3.棱鏡(或光柵) 將光源發(fā)出的連續(xù)光色散成按波長(zhǎng)大小排列的光譜，使需要的單色光通過(guò)一個(gè)狹縫照射到吸收池上，單色光的純度取決于棱鏡的色散率和狹縫的寬度。玻璃棱鏡對(duì)400~1000nm波長(zhǎng)的光色散較大而透明。適用于可見(jiàn)光光度計(jì)，單色光的純度較高，半寬度一般在5～10nm左右。性能好的光柵單色器可獲得譜帶寬小于1nm的單色光。
4.吸收池 亦稱比色杯，用于盛待測(cè)的試液，能透過(guò)所需光譜范圍內(nèi)的光。在可見(jiàn)光分光光度計(jì)中，可用無(wú)色透明的玻璃吸收池。大多數(shù)儀器都附有光程為0.5、1、2、5cm等一套長(zhǎng)方形的吸收池。同樣光程的吸收池的透光率相差應(yīng)小于0.5％。為了避免測(cè)量的誤差，吸收池放在光路中的位置應(yīng)注意。使其透光面垂直于光束方向。指紋印、油膩或池壁上其他沉積物都會(huì)影響透光的特性，因此，應(yīng)注意保持吸收池，特別是透光面的光潔。
5.檢測(cè)器 在光度計(jì)中，為了把通過(guò)試樣溶液與參比溶液的光強(qiáng)度的比值顯示出來(lái)，需要一些設(shè)備對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)并把光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電訊號(hào)，這種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備就稱為檢測(cè)器。
可見(jiàn)分光光度計(jì)常用的檢測(cè)器為硒光電池或光電管。
(1)光電池：是一種光敏半導(dǎo)體元件，硒光電池的結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。當(dāng)光照射到光電池上時(shí)，半導(dǎo)體硒表面就有電子逸出，被收集在金屬薄膜(一般為金、銀、鋁等薄膜)上，因此帶負(fù)電，成為光電池的負(fù)極，由于硒的半導(dǎo)體性質(zhì)，電子只能單向流動(dòng)，通過(guò)電阻很小的外電路流到金屬板(一般為鐵、鋁或銅)正極，可產(chǎn)生10～100μA的光電流。電流的大小與照射光的強(qiáng)度成正比。
硒光電池對(duì)光的靈敏度和人眼相似，對(duì)各波長(zhǎng)的靈敏度如圖11-10所示。它對(duì)波長(zhǎng)550nm光的靈敏度最大，而對(duì)其他波長(zhǎng)光的靈敏度較小。適用于檢測(cè)380～750nm范圍的光強(qiáng)度。
硒光電池具有堅(jiān)固、價(jià)廉和不需要外接電源等優(yōu)點(diǎn)，但有因內(nèi)阻小、產(chǎn)生的電流不能放大、長(zhǎng)久連續(xù)使用會(huì)出現(xiàn)“疲勞”現(xiàn)象而使靈敏度降低、照射光強(qiáng)度較弱時(shí)不易測(cè)量等缺點(diǎn)。
(2)光電管：是由一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)光敏陰極構(gòu)成的真空二極管。陰極表面鍍有堿金屬或堿金屬氧化物等光敏材料，當(dāng)它被足夠能量的光子照射時(shí)，能夠發(fā)射出電子，被外加電壓引向陽(yáng)極而產(chǎn)生電流，電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比，光電流經(jīng)負(fù)載電阻(10(6次方)～10(11次方)Ω)，產(chǎn)生的電位降輸入放大器放大。圖11-11是一個(gè)典型的光電管檢測(cè)器，光電管的靈敏度比光電池大得多，即使光電流小至10(-12次方)A亦能測(cè)出。
6.信號(hào)顯示讀數(shù)系統(tǒng) 可見(jiàn)光度計(jì)中常用的顯示讀數(shù)裝置有檢流計(jì)、微安表、電位計(jì)、數(shù)字電壓表等幾種。國(guó)產(chǎn)的光電比色計(jì)和72型分光光度計(jì)用檢流計(jì)，721型分光光度計(jì)用微安表。
(1)檢流計(jì)：一般都是用懸鏡式光點(diǎn)多次反射檢流計(jì)，其靈敏度為10(-9次方)A/格。檢流計(jì)光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)大小與電流成正比，而電流與光的強(qiáng)度亦成正比。通過(guò)光量或電流調(diào)節(jié)使通過(guò)參比溶液的光產(chǎn)生的光點(diǎn)指示在100格上，代表透光率100％，然后將待測(cè)溶液的吸收池移入光路，這時(shí)檢流計(jì)的光點(diǎn)讀數(shù)I就是百分透光率(T％)，在光度計(jì)的檢流計(jì)上同時(shí)刻有按透光率換算的吸光度值，故可以在檢流計(jì)上直接讀出待測(cè)試液的吸光度A，它們的關(guān)系是
A=log(100/I)=2-logI
例如I＝50時(shí)，A＝2-log50＝0.301。
(2)微安表：微安表的工作原理及表頭上刻度盤(pán)與光點(diǎn)式檢流計(jì)相似。所不同的是微安表采用指針指示電流讀數(shù)，用于以光電管作檢測(cè)器的光度計(jì)中，指示放大后的電流。
.jpg "光度計(jì)的組成部分")
.jpg "濾光片的透光曲線和半寬度")
.jpg "硒光電池光電效應(yīng)示意圖/硒光電池的光譜靈敏度")
.jpg "光電管作用示意圖")
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