分光光度计,也称为光谱仪(spectrometer),是一种科学分光检测仪器,其主要功能是将成分复杂的光分解为光谱线。它采用一个可以产生多个波长的光源,通过系列分光装置,产生特定波长的光源。当这些光源透过测试的样品后,部分光源会被吸收。通过计算样品的吸光值,可以进一步转化成样品的浓度。样品的吸光值与样品的浓度成正比。
分光系统的原理
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一、分光光度计原理
分光光度计基于分光光度法,根据物质对不同波长的单色光的吸收程度不同进行定性和定量分析的方法。光源发生的复合光经单色器(即光栅或分光棱镜)单色化后得到单色光,分别通过盛样品溶液及参比溶液的吸收池,再投射到接收器,通过待测溶液,被部分吸收,未被吸收的光到达光检测器,使光信号转变成电信号并加以放大记录下来,测定出溶液的吸光度,由吸光度与波长绘制的吸收曲线可对该物质进行定性分析,由吸光度与物质浓度画出的工作曲线可进行定量分析。
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朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律
当入射光波长一定时,待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比,即k为比例系数,与溶液性质、温度和入射波长有关。
A=kbc=log(I0/Iν)
A:吸光度 k:吸光系数
b:液层厚度 c:溶质浓度
分光光度法分析的基础
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二、分光光度计的组成
分光光度计:主要由光源系统、单色器系统、样品室、检测系统组成。
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(320~2500 nm)
紫外区:氢灯,氘灯(180~375 nm)
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。
指示器:刻度显示或数字显示、自动扫描记录。
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三、分光光度计种类
可见分光光度计:用来测量待测物质对可见光(400~760nm)的吸光度,并对其进行定性和定量分析。广泛应用于医药卫生、临床检测、环保监测、食品生产等领域。
紫外-可见分光光度计:测量样品对可见光或紫外光(200~760nm)的吸光度。该产品的光路可分为单光束、假双光束和双光束,是目前使用最多、覆盖面最广的分析仪器之一,在生命科学、材料科学、环境科学、农业科学、化学化工等多个领域中被广泛应用。
红外分光光度计:用于研究大于760nm的红外光谱,主要分析各种状态(气、液、固)的样品,具有快速、样品量少、特征性强、不破坏样品等特点。
荧光分光光度计:用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光光谱,广泛应用于科研、化工、医药、生化、环保以及临床检验、食品检验、教学实验等领域。
原子吸收分光光度计:适用于样品中微量及痕量的组分分析,是材料分析及质量控制部门进行常量、微量金属(半金属)元素分析的有力工具。
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四、主要用途
分光光度计的功能包括物质检测、标准物质图谱对照、纯度检验、反应动力学研究等,应用覆盖面如下:
化学分析:通过测量样品吸收光线的特性,确定样品中的化学成分和浓度。
生物科学:测量生物分子如蛋白质、核酸和酶的浓度,以及测量细胞培养物中的细胞密度和生物分子间的相互作用。
药学和医学研究:分析药物的质量控制,确认药物的纯度和含量,以及测量血液中药物的浓度和检测体液中的生化指标和生物标志物。
环境监测:快速分析和测量环境样品,如水体中的溶解氧、重金属、有机污染物和大气中的污染物含量。
食品科学:分析食品中的营养物质、添加剂和残留物的浓度,以及检测食品中的有害物质和微生物。
材料科学:测量材料的透明度和光学性能,了解材料的结构和化学组成,以及测量材料的荧光和磷光等特性。
五、使用方法
分光光度计的使用包括预热仪器、选定波长、固定灵敏度档、调节“0”点、调节T=100%和测定等步骤。实验结束后,需要切断电源,清洗并保养仪器。
六、注意事项
比色皿注意清洁,不能用毛刷清洗
不能用手接触比色皿光学表面
避免设备受潮
用完及时关闭光源延长光电管寿命