紫外可见分光光度计的分类
我们知道，从分光元件来讲, 紫外可见分光光度计可分为棱镜式和光栅式两种。不过, 近几年国际上基本不按分光元件来分类了, 因为许多高档紫外可见分光光度计, 大多由棱镜和光栅两种分光元件联合组成分光系统, 一般前置单色器用棱镜作分光部件, 主单色器用光栅作分光部件。而单纯的棱镜式紫外可见分光光度计已经很少见了, 特别是国外的制造商, 一般都不再制造棱镜式紫外可见分光光度计了。但是, 目前我国还在生产棱镜式紫外可见分光光度计, 如751紫外可见分光光度计, 它在中国市场上畅销了20 多年, 现在仍深受广大使用者欢迎。
目前, 国际上一般按紫外可见分光光度计的仪器结构将其分为单光束、准双光束、双光束和双波长四类。本节将对这四者之间的主要区别、各自的特点进行简单介绍。
一、单光束紫外可见分光光度计
1945 年美国Beckman 公司推出的世界上第一台成熟的紫外可见分光光度计商品仪器, 就是单光束紫外可见分光光度计。顾名思义,
单光束紫外可见分光光度计只有一束单色光, 一只比色皿, 一只光电转换器( 又称光接收器)。其光电转换器通常采用硅光电池、光敏三极管或光电管,
其结构简单、价格便宜, 但因其杂散光、光源波动、电子学的噪声等都不能抵消,
故单光束紫外可见分光光度计的光度准确度差。国外的DU70、PU8700 等及我国目前许多企业正在生产的751、752、753、754
等紫外可见分光光度计就都是单光束仪器,一般来讲, 它们属于低档仪器。但无锡英之诚高速分析仪器公司生产的753
型仪器可称得上中档紫外可见分光光度计, 因为它的功能较全, 可以通过计算机解决许多较复杂的定量分析工作。另外,
我国目前许多企业正在生产的721、722、723、727 等可见分光光度计也是单光束仪器, 这类仪器完全是低档仪器。一般来讲,
单光束紫外可见分光光度计, 由于其技术指标比较差, 特别是杂散光、光度噪声、光谱带宽等主要技术指标比较差, 因此, 分析误差也较大。所以,
它们在使用上受到限制。一般来讲, 要求较高的制药行业、质量检验行业、科研等行业不适宜使用单光束紫外可见分光光度计。
二、准双光束紫外可见分光光度计
所谓准双光束紫外可见分光光度计, 就是有两束光, 但只有一只比色皿的紫外可见分光光度计。其中, 一束光通过比色皿, 另一束光不通过比色皿。不通过比色皿的那束光, 主要起抵消光源波动对分析误差影响的作用。
准双光束紫外可见分光光度计有两种类型: 一种是两束单色光, 一只比色皿, 两只光电转换器; 另一种是一束单色光, 一束复合光, 一只比色皿, 两只光电转换器。
( 一) 两束单色光
这种准双光束紫外可见分光光度计比较多。目前国内外市场上或用户正在使用的准双光束紫外可见分光光度计,
基本上都是这种类型的仪器。这种准双光束紫外可见分光光度计, 一般都用硅光电池或光电管作光电转换器。不通过比色皿的这一束光, 除作为参考光束外,
还有一个很重要的作用, 就是用来抵消光源波动, 以提高仪器的稳定性。这种仪器的结构也较简单, 价格较便宜。
我国企业目前正在生产的TU-1800、TU-1800S、TU-1800PC、TU-1800SPC、UV-762、UV-1600
等紫外可见分光光度计, 就是两束单色光, 一只比色皿, 两只光电转换器的准双光束紫外可见分光光度计。因其有两束光, 所以光源波动可抵消一部分,
电子学噪声也可部分抵消( 因只有一个比色皿, 杂散光不能抵消) , 故准确度较单光束仪器好。它属普及型的常规仪器。
( 二) 一束单色光, 一束复合光
这种结构的准双光束紫外可见分光光度计, 不通过比色皿的那束参考光束为复合光, 它不经过分光器, 直接进入光电转换器。所以,
参考光束的能量比较大( 要比样品光束强得多) , 经过光电转换器后, 电信号也比较强。因为两束光的强度相差太多, 复合光的强度过大,
单色光的强度较小, 很难达到抵消光源波动对分析误差影响的作用, 甚至加大这种影响。
目前, 一束单色光和一束复合光的准双光束紫外可见分光光度计已很少见。
三、双光束紫外可见分光光度计
顾名思义,
双光束紫外可见分光光度计就是有两束单色光的紫外可见分光光度计。它也有两种类型: 一种是两束单色光, 两只比色皿, 两只光电转换器;
另一种是两束单色光, 两只比色皿, 一只光电转换器。目前, 国内外的双光束紫外可见分光光度计中,
两只光电转换器的双光束紫外可见分光光度计仪器已很少见,绝大多数或基本上都是一只光电转换器的仪器, 特别是高档双光束紫外可见分光光度计,
都是一只光电转换器的仪器。
这两种类型的双光束紫外可见分光光度计, 所用的光电转换器基本上全部是光电倍增管( PMT )。
( 一) 两只光电转换器的双光束紫外可见分光光度计
使用两只光电倍增管的双光束紫外可见分光光度计, 光源波动、杂散光、电噪声的影响都能部分抵消, 所以定点测量时, 光度准确度好,
但结构较复杂、价格较贵。同时, 因光电倍增管的光谱响应特性不可能完全配对, 所以,光谱扫描时测量误差很大,
一般不用这种双光束紫外可见分光光度计来扫描。此外, 因一束光分成两束, 所以每束光的能量低, 信噪比不如单光束紫外可见分光光度计好。目前,
我国市场上的TY-1880、TY-8500、UV/ FL-1 型等仪器属于此类双光束紫外可见分光光度计。
( 二) 一只光电转换器的双光束紫外可见分光光度计
目前,
国际上的高档双光束紫外可见分光光度计都是两束光、两只比色皿,
一只光电转换器的仪器。如美国的Lambda900、Lambda9、Cary6000、Cary500、Ca ry5
型和日本的UV-2450、UV-3101、U-3400 型以及我国的T U-1901、TU-1900、UV-2100、UV-763
型双光束紫外可见分光光度计等都是如此。这类双光束紫外可见分光光度计的技术指标大多都很先进。由于有两束光,
所以对光源波动、杂散光、电子学噪声等的影响都能部分抵消, 所以其杂散光、光度噪声都很小。因此,
这种类型的双光束紫外可见分光光度计的光度准确度好。这是一只光电转换器的双光束紫外可见分光光度计的最大优点。
因一束单色光被分成两束, 所以每束光的能量降低了一半。因此, 一只光电转换器的双光束紫外可见分光光度计的信噪比不如单光束紫外可见分光光度计大。但因两束光路对噪声可相互抵消, 所以其灵敏度仍然很好。但是其结构较复杂、价格较贵。
关于紫外可见分光光度计中的单光束和双光束的优劣问题, 目前国际上的科技工作者看法不一, 存在着明显的分歧: 一种观点认为双光束仪器好, 因为两束光可以抵消一部分杂散光, 抵消一部分噪声, 抵消一部分由于光源波动对
仪器稳定性的影响,
从而可以提高紫外可见分光光度计仪器的可靠性。美国的P-E
公司目前认为双光束紫外可见分光光度计优于单光束紫外可见分光光度计。另一种观点认为单光束仪器好, 因为由于计算机的发展,
许多单光束仪器的缺点都可以用计算机的软件来弥补。单光束的光能量较双光束强, 信噪比较大, 仪器灵敏度较高, 结构较简单,
价格较便宜。美国的Beckman 公司目前认为单光束紫外可见分光光度计优于双光束紫外可见分光光度计。我国目前生产的紫外可见分光光度计中,
单光束多于双光束。
四、双波长紫外可见分光光度计
双波长紫外可见分光光度计都采用两个单色器。光源发出的光被两个单色器分别分离出波长为λ1 和λ2 , 通过斩波器将两束单色光λ1 和λ2
交替入射到同一试样中, 光电倍增管交替地接收到经过试样吸收后的这两束单色光, 并把它们变成电信号。电信号经电子学系统处理,
并转化为它们之间的吸光度差ΔA。
假设开始时交替照射到试样的两束单束光λ1 和λ2 的强度相等, 且都为I0 。那么, 根据比耳定律可得
双波长紫外可见分光光度计主要适用于试样的多组分测量。
多组分中的单组分测量一般选择待测组分的λm ax 为测量波长λ2 , 等吸收点波长或待测组分吸收曲线下端的某一波长作为参比波长λ1 , 然后, 测量差吸光度值ΔA = Aλ
1 - Aλ
2 , 求出试样中待测组分的含量或浓度。
如果试样中有共存干扰吸收物质, 则可采用等吸收点法和系数倍率法测量。读者可参考有关文献。
如果试样的吸收光谱上, 有两个或两个以上组分的吸收峰互相重叠或非常接近, 或者有很大的浑浊背景吸收干扰, 则可利用导数光谱来分析测试。这时,
可以不经过任何复杂的分离程序( 如萃取、色谱分离、离子交换分离等) ,就可直接把它们区分开,
这是导数光谱最大的优点(双波长法只能获得一阶导数)。
以上是根据光束、比色皿、光电转换器的数量来分类的, 也有人根据光接收器的类型, 把紫外可见分光光度计分为光电二极管阵列多通道紫外可见分光光度计、CCD ( 电荷耦合光接收器) 多通道紫外可见分光光度计等。
