分光光度计，又称光谱仪（spectrometer），是一种将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。它的基本原理建立在光与物质相互作用的基础上，当光子和溶液中的物质分子相碰撞时，会发生吸收现象，而物质对光的吸收是具有选择性的。通过测量这种吸收现象，即吸光度值的大小，可以反映某一物质存在量的多少。

工作原理

分光光度计的工作原理基于物质对特定波长光的吸收或透过来分析物质成分和含量，基于朗伯-比尔定律（Lambert-Beer Law），即当一束单色光通过均匀的非散射介质时，其吸光度A与介质中吸光物质的浓度c及光通过介质的厚度l成正比，关系式为A = kcl，其中k为比例常数，与吸光物质的性质及入射光的波长有关。

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仪器组成

分光光度计主要由光源、单色器、样品室、检测器和数据处理系统等部分组成。光源提供宽谱带的光辐射，单色器将光分解为单色光，样品室用于放置待测样品，检测器将光信号转换为电信号，数据处理系统则对电信号进行处理和分析。

（分光光度计工作原理）

核心部件与工作流程

分光光度计的核心部件包括光源、单色器、样品室（吸收池）、检测器和数据处理系统。

光源：提供宽谱带的光辐射，光源一般为钨灯和卤钨灯，提供340-2500nm波长光，一般用于可见光区，而氢灯和氘灯用于紫外区，提供150-400nm波长的紫外光。

单色器：通常置于吸收池的前面，可防止强光照射引起吸收池中物质分解，用于将光源发出的光分解为单色光，并允许特定波长的光通过，其性能直接影响射出光纯度，进而影响灵敏度、选择性和标准曲线的线性范围，一般通过棱镜或光栅等分光装置实现。

样品室：用于放置待测样品。当单色光通过样品时，部分光被样品吸收，剩余的光则透过样品进入检测器。一般分别用玻璃或石英，玻璃用于可见光，使用可用于紫外和可见光；切记：空白+试样吸收池要匹配，同厚度与通透性。

检测器：将光信号转换为电信号。转换后的电信号经过放大和处理，用于后续的测量和分析，内部可能包括光电池（硒光电池-可见光；硅光电池-紫外可见光）、光电管（紫敏光电管：铯阴极200-625nm；红敏光电管-银氧化铯阴极625-1000nm）、电倍增管（PMT）、多道二极管阵列检测器（DAD）。

（光多道二级管阵列检测器，素源网络，侵删）

数据处理系统：对检测器输出的电信号进行分析处理，最终得到样品的吸光度或透光度等参数。这些参数可以用于物质的定量和定性分析。

分光光度计分类

按波长及应用领域分类一般分为可见光分光光度计、紫外分光光度计、红外分光光度计、荧光分光光度计、原子吸收分光光度计。

可见光分光光度计：测定波长范围为400～760nm的可见光区，主要用于测量物质在可见光波段的吸收，适用于研究颜色、颜色深浅、浊度等与光有关的性质。

紫外分光光度计：测定波长范围为200～400nm的紫外光区，主要用于测量物质在紫外光波段的吸收，可用于研究分子结构、分子量、纯度等性质，广泛应用于生物化学、分子生物学、有机化学等领域。

红外分光光度计：测定波长范围为大于760nm的红外光区，用于测量物质在红外光波段的吸收，可研究有机化合物的结构信息，广泛应用于化学、材料科学、石油等领域。

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，特别适用于生物样本中荧光标记物的检测和分析。

原子吸收分光光度计：光源发出被测的特征光谱辐射，被经过原子化器后的样品蒸气中的待测元素基态原子所吸收，通过测定特征辐射被吸收的大小，来求出被测元素的含量。

按自动化程度分类

手动分光光度计：需要人工操作完成测量过程，适用于对自动化要求不高的场合。

半自动分光光度计：部分操作自动化，但仍需人工干预，提高了测量效率。

自动分光光度计：完全自动化操作，从样品放置到结果输出全程无需人工干预，大大提高了测量速度和精度。

按分光系统分类

棱镜分光光度计：利用棱镜的色散作用将复合光分解为单色光。

光栅分光光度计：利用光栅的衍射和干涉作用将复合光分解为单色光，具有较高的分辨率和稳定性。

滤色片分光光度计：通过滤色片选择特定波长的光进行测量，一般只用于测色或特定波长下的分析。

（分光光度计类型，图源网络，侵删）

按光度方法分类

单光束分光光度计：仅使用一束光进行测量，适用于对测量精度要求不高的场合。

双光束分光光度计：使用两束光进行测量，一束作为参比光，另一束作为测量光，通过比较两者的差异来消除光源波动等误差，提高了测量精度。

其他分类方式

按软件分类：可分为带扫描和不带扫描的分光光度计。带扫描的分光光度计能够自动扫描一定波长范围内的光谱，适用于需要全面分析光谱特性的场合。

按用途分类：还可分为测色用分光光度计、分析用分光光度计等，分别适用于不同的应用场景。

分光光度法的应用

定性分析：用于测试物质纯度检测、未知物的鉴定、分子结构中功能团的推测以及同分异构体的判别。

定量分析：包括单组分分析、多组分分析、有机元素分析和无机元素分析等。

分光光度计测算和计算

分光光度计采用一个可以产生多个波长的光源，通过系列分光装置（如棱镜或光栅）产生特定波长的单色光。当单色光照射到样品上时，部分光被样品吸收，剩余的光则透过样品。样品对光的吸收程度与样品中待测组分的浓度成正比，这是分光光度计定量分析的基础。

测量步骤

准备阶段：确保仪器处于稳定状态，进行必要的预热和校准。准备好待测样品和相应的试剂。

设置参数：根据实验需要，设置单色器的波长、样品室的温度等参数。选择合适的测量模式和参数。

测量空白：通常先测量空白溶液（即不含待测组分的溶液）的吸光度，作为背景信号扣除。

测量样品：将待测样品放入样品室，启动仪器进行测量。仪器会自动记录样品对特定波长光的吸收情况。

数据处理：测量完成后，数据处理系统会对数据进行处理和分析。根据朗伯-比尔定律（A=kcl），将吸光度A转换为样品中待测组分的浓度c。其中，A为吸光度，k为比例常数（与待测组分的性质及入射光的波长有关），l为光通过样品的路径长度（通常为比色皿的边长），c为待测组分的浓度。

注意事项

确保仪器稳定：在测量过程中，应保持仪器处于稳定状态，避免振动和温度变化对测量结果的影响。

准确校准：定期对仪器进行校准和验证，确保测量结果的准确性和可靠性。

避免干扰：注意避免其他物质的干扰，确保测量结果的准确性。

选择适当波长：根据待测组分的特性选择合适的测量波长，以获得最佳的测量效果。

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分光光度计应用领域

1. 化学分析

成分测定：通过测量样品对光的吸收特性，可以确定样品中的化学成分及其浓度。这是分光光度计在化学领域中的基本应用之一。

质量控制：在制药、化工等行业中，分光光度计常用于产品的质量控制，确保产品的成分和含量符合标准。

2. 生物科学

生物分子测定：分光光度计可用于测量生物分子如蛋白质、核酸和酶的浓度，这对于生物学研究、生物技术产业以及医学诊断具有重要意义。

细胞分析：在细胞培养过程中，分光光度计可用于测量细胞密度和生长情况，帮助研究人员了解细胞的生长规律和代谢特性。

3. 药学和医学研究

药物分析：分光光度计在药物研发和生产过程中起着至关重要的作用。它可用于分析药物的纯度、含量以及药物与生物分子之间的相互作用，为药物的质量控制提供有力支持。

医学诊断：在医学诊断方面，分光光度计可用于测量血液中药物的浓度、检测体液中的生化指标和生物标志物等，为临床诊断和治疗提供重要信息。

4. 环境监测

水质监测：分光光度计可用于监测水体中的溶解氧、重金属、有机污染物等物质的浓度，评估水体的污染程度和生态状况。

空气质量监测：通过测量大气中的颗粒物、臭氧等污染物的含量，分光光度计在空气质量监测中也发挥着重要作用。

5. 食品科学

成分分析：分光光度计可用于测量食品中的营养物质（如维生素、脂肪和糖分）的含量，以及食品中的添加剂和残留物的浓度。

质量控制：在食品工业中，分光光度计被广泛应用于食品成分分析和质量控制，确保食品的安全性和品质。

6. 材料科学

光学性能分析：分光光度计可用于测量材料的透明度和光学性能，通过测量材料对特定波长的光线的吸收和透射情况，可以了解材料的结构和化学组成。

荧光和磷光特性分析：部分分光光度计还具备测量材料的荧光和磷光等特性的功能，这对于材料科学的研究具有重要意义。

7. 其他领域

遥感与地球科学：在遥感与地球科学领域，分光光度计可用于对地球表面的物质进行探测和分析，如土壤湿度、海洋污染、森林健康状况等。

教学与科研：分光光度计也是教学和科研中的重要工具，帮助教师和学生深入了解光谱分析的原理和方法。