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实验室分析仪器--紫外-可见分光光度计结构概述

2022.1.24

(一)单光束紫外-可见分光光度计

单光束紫外-可见分光光度计只有一束单色光、一只吸收池和一只光电转单色光换器,其结构组成如图1所示。


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图1 单光束紫外-可见分光光度计


这类仪器的特点是结构简单、价格低、操作方便,主要适于做定量分析,但是杂散光、光源波动和电子学噪声都不能抵消,故光度准确度差。许多单光束仪器与计算机联结,实现了全波段的自动扫描,这类仪器的光路结构不同于通常的单光束仪器,从光源发射的复合光先通过样品吸收池,再由光栅进行色散,色散后单色光为短聚焦,能量较强,直接由光二极管阵列检测器接收。


(二)准双光束紫外-可见分光光度计

准双光束紫外-可见分光光度计有两束单色光、一只吸收池、两只光电转换器,其组成如图2所示。

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图2 准双光束紫外-可见分光光度计


它有两束光,可抵消光源波动和部分电子学噪声,但不能消除杂散光,光度准确度好于单光束仪器。


(三)双光束紫外-可见分光光度计

双光束紫外-可见分光光度计有两束单色光、两只吸收池,但光电转换器可以是两只的也可以是一只的,目前国际上双光束紫外-可见分光光度计绝大多数是只有一只光电转换器的仪器,其组成如图3所示。

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图3 双光束紫外-可见分光光度计


单色光分为两束的方法有两种:一种是在单色器和样品室之间装置一个旋转扇形反射镜(切光器),使单色光转变为交替的两束光,分别通过参比池和样品池,然后将两透射光束聚焦到同一检测器,它交替接收两光路的光信号,检测器输出信号的大小决定于两光束强度比;另一种利用光束分裂器和反射镜来获得两个分离光束,采用前一种分时双光束形式的分光光度计较为普遍。


双光束分光光度计的电子测量系统有两种类型:光学零位平衡式和电学比例记录式。在光学零位平衡式仪器中,来自样品和参比的信号直接输到伺服马达,当两者信号不等时,伺東服马达带动位于参比光路中的光楔,使两者信号达到平衡。在电学比例双光束系统中,切光器置于样品池和参比池之前,将单色光调制成一定频率的断续光后交替通过样品池和参比池,然后在检测器中产生相应的样品信号和参比信号,由解调器将两个信号分开,并测量两信号之比。采用电学比例记录式电子测量系统的双光束分光光度计较为普遍。


由于双光束紫外-可见分光光度计有两束光,光源波动、杂散光、电子学噪声等的影响都能部分抵消,故光度准确性好。双光束的仪器结构较复杂,价格较贵。双光束仪器便于进行自动记录,在短时间内可记录全波段范围内吸收光谱,特别适合于结构分析。


(四)双波长紫外-可见分光光度计

有两个单色器,产生波长分别为λ1和λ2的两束单色光,通过切光器交替入射到吸收池,经检测器变成电信号,电信号经电子学系统处理,转化为两束光之间的吸光度差值ΔA,其结构如图4所示。

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图4 双波长紫外-可见分光光度计


双波长紫外-可见分光光度计主要用于多组分试样的测定。


(五)高速动力学分光光度计

高速动力学分光光度计是指全谱扫描速度<0.1s,具有时间分辨本领的快速扫描吸收光谱的分光光度计,主要应用于测量快速反应中瞬态反应产物的吸收光谱和吸光度。这类仪器的检测器采用光电二极管阵列(PDA)检测器或电荷耦合器件,其快速扫描装置包括多道光探测器(MCPD)、高速存储器、数据处理装置和监视示波器等。


这类仪器的光学系统结构原理示意见图5该光学系统采取了多色器位于样品室之后的光路设计方案,快门控制入射光栅的光通量,为避免光源切换,采用背透氘灯,氘灯后向开有通光小孔,其他光源的光可以通过此小孔。色散器件选用消像差平场全息凹面光栅,检测器采用带石英窗、光谱响应范围为200~1000nm的增强型CCD。

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图5 高速动力学分光光度计


(六)AOTF分光光度计

AOTF分光光度计是用声光可调谐滤光器( acousto-optic tunable filter AOTF)作单色器的分光光度计。AOTF是一种建立在光学各向异性介质的声光衍射原理上的电调谐滤波器,它利用新型的声光功能晶体材料(如TeO2、石英)和压电晶体换能器等制成。当输入一定频率的射频信号时,AOTF会对入射多色光进行衍射,从中选出波长为的单色光,单色光波长入和射频频率f相关,只要通过电信号的调谐即可快速随机改变光的输出波长。AOTF分光光度计系统结构见图6

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图6 AOTF分光光度计


(七)便携式紫外-可见分光光度计

传统紫外-可见分光光度计一般体积大,只适于实验室应用。20世纪70年代后,随着电子技术、固态多通道检测技术、平场凹面全息光栅技术、光纤技术和触摸屏技术的发展,设计便携式紫外-可见分光光度计成为可能。它是由小型化色散系统、小型化集成光纤光源、电池、触摸屏和主电路板组成的。以平场凹面全息光栅和多通道检测器组成的散系统的结构如图7所示。光源采用紫外-可见光纤光源,其内部安装钨灯和氘灯并集成了供电电源,光源出口处安装标准样品池支架,测试样品用样品池或测试探针置于系统外部。

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