分光光度計是用于測量與
波長相關(guān)的
光學特性的儀器,例如:固體或液體的透射率或反射率。這種設(shè)備通常也稱為
光譜儀,但“分光光度計”更加具體和精確。請注意,使用這種儀器進行測量時不會產(chǎn)生光譜 (光強或波長),而是得到被測樣品與波長相關(guān)的量。
L876$ 分光光度計可用于不同的光譜區(qū)域:
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%s · 一些儀器僅在可見光譜區(qū)(VIS)可用,例如用于比色法。
a%Z4_ToLZ · 有些僅適用于紫外區(qū)(UV),或者適用于紫外可見區(qū)(UV VIS)。
{k_ PMl0G · 一些設(shè)備僅適用于紅外(IR)或近紅外區(qū)(NIR)而制造的。
K-2o9No?j` · 一些紫外可見紅外分光光度計覆蓋所有光譜區(qū)。
OX)#F'Sl} 通常測量的量是與波長相關(guān)的透射率、吸收率或反射率。在某些情況下,也可以測量散射光的量。
7m|`tjQ1 分光光度計通常是放在桌子上的實驗室儀器,但也有手持儀器。為比色法,如果目的只是測量顏色,可以作為簡單的色差儀,它僅使用三個(或更多)顏色通道。
L,C? gd@" MtpU~c 操作原則
2?Pt Z 'A@qg^e:` 掃描分光光度計 A~6%,q@^jh cy=I0 大多數(shù)分光光度計的基本工作原理是用可變波長的準直單色光照射被測物體,測量它的反射率、吸收率或光的散射等光學特性,作為與波長的函數(shù)關(guān)系。這種儀器被稱為掃描分光光度計,因為它們的操作中包括掃描光譜區(qū)域。
5T$}Oy1 在大多數(shù)情況下,分光光度計包含寬帶
光源(白光源),例如白熾燈或者高壓氣體放電燈,后跟一個可調(diào)
參數(shù)單色儀–例如,基于切爾尼–特納單色儀的衍射光柵。在單色儀之后,有一束相對較弱的光束,其光束半徑通常為幾毫米,并具有良好的發(fā)散角(但比具有相同光束半徑的
激光束發(fā)散角大得多),該光束可以穿過(或到達)樣品。
C<[d 圖1:掃描單光束分光光度計的基本設(shè)置。
U8-Q'1IT& r/mA2 只有一小部分來自燈的光到達樣品。
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fP>O 在任何時候,只有一小部分的光功率可用于測量。第一個原因是所使用的燈向各個方向都發(fā)射光,而人們只能利用在某個小范圍的方向上輻射的光。此外,一次僅使用一小部分頻譜。特別是當需要高光譜分辨率時,為了獲得足夠高的光譜分辨率,可能需要很長的測量時間才能獲得足夠高的信噪比,并且整個測量時間可能相當長。使用一種可以同時具有高度靈敏度和速度的光電探測器例如光電倍增管是很有幫助的。
]regi- LGU 可調(diào)
激光器可以向樣品發(fā)送更多的光,但這種產(chǎn)品通常不實用。
wXr>p)mP 或者,可以使用某種可調(diào)激光器,這可以提供高出幾個數(shù)量級的光譜亮度。測量時間可以大大減少。然而,可調(diào)激光器在光譜范圍方面受到很多的限制,也更昂貴和更難使用。因此,大多數(shù)分光光度計仍然依賴寬帶光源和單色儀。
Np.no$_ 一種中間解決方案是使用超連續(xù)譜光源,它有高度的空間相干性,因此它可以大幅提高信號和相應(yīng)減少的測量時間。這種光源可以覆蓋比可調(diào)激光器更寬的光譜范圍。
)ZT6:) 如何校準儀器讀數(shù)?
[NHg&R H 單色儀在掃描不同波長時獲得的強度(更準確地說:光功率)會發(fā)生重大變化,并且還還可能表現(xiàn)出時間漂移,例如由于溫度變化或所用燈的老化。此外,光電探測器的響應(yīng)度通常與波長有關(guān)。由于這些原因,例如,吸收率或反射率的精確測量需要與可能存在物體的強度進行比較。
q%OcLZ<, 在單光束分光光度計中,使用單獨的校準掃描進行校準,其中不插入樣品或參考樣品。例如,根據(jù)所需的精度,可能需要經(jīng)常進行校準掃描,或者每天只進行一次。
&_"ORqn& 圖2:掃描雙光束分光光度計的設(shè)置。使用三個相同類型的分束器,可以消除它們的光譜依賴性。
X|X4L(i EX[B/YH 同時進行兩種測量時,可以獲得更高的精度和更高的便利性。常見的解決方案是使用雙光束設(shè)置(見圖 2)。在這里,單色光束使用分束器被分成兩束光束。其中一個光束通過樣品傳輸?shù)焦怆娞綔y器;另一個直接到達另一個光電探測器,或通過參考樣品傳輸。一個存在的問題是,在非常大的光譜范圍內(nèi),分束比與波長有關(guān)。例如,可以通過使用兩個或三個這樣的分束器來解決,使得每個光束在一個這樣的分束器上反射并在另一個具有相同光學特性的分束器上透射。
~hS3*\^~M 可以使用單個光電探測器,而不是用于樣品和參考的兩個不同的檢測器,該光電探測器交替接收來自樣品或參考的光,例如通過某種帶有旋轉(zhuǎn)盤的斬波器。這也消除了兩個探測器之間差異的影響。
Ho|o,XvLv 即使使用雙光束分光光度計(或雙光束儀器),有時也可能需要進行校準掃描,將樣品替換為參考樣品。只有這樣,才能確保測量不受設(shè)置中任何不對稱性的影響,例如灰塵、污垢或錯位造成的影響。
=E&b= 為了進行精確測量,被調(diào)查對象的特性當然應(yīng)該在掃描所需的時間內(nèi)保持近似恒定。例如,存在的一個問題是在監(jiān)測以相當快的速度發(fā)生的化學反應(yīng)。
F;IP3tD NFB*1_m 非掃描分光光度計 w+t#