實驗室分析儀器--紫外-可見分光光度計結構概述
(一)單光束紫外-可見分光光度計
單光束紫外-可見分光光度計只有一束單色光、一只吸收池和一只光電轉單色光換器,其結構組成如圖1所示。
這類儀器的特點是結構簡單、價格低、操作方便,主要適于做定量分析,但是雜散光、光源波動和電子學噪聲都不能抵消,故光度準確度差。許多單光束儀器與計算機聯結,實現了全波段的自動掃描,這類儀器的光路結構不同于通常的單光束儀器,從光源發射的復合光先通過樣品吸收池,再由光柵進行色散,色散后單色光為短聚焦,能量較強,直接由光二極管陣列檢測器接收。
(二)準雙光束紫外-可見分光光度計
準雙光束紫外-可見分光光度計有兩束單色光、一只吸收池、兩只光電轉換器,其組成如圖2所示。
它有兩束光,可抵消光源波動和部分電子學噪聲,但不能消除雜散光,光度準確度好于單光束儀器。
(三)雙光束紫外-可見分光光度計
雙光束紫外-可見分光光度計有兩束單色光、兩只吸收池,但光電轉換器可以是兩只的也可以是一只的,目前國際上雙光束紫外-可見分光光度計絕大多數是只有一只光電轉換器的儀器,其組成如圖3所示。
單色光分為兩束的方法有兩種:一種是在單色器和樣品室之間裝置一個旋轉扇形反射鏡(切光器),使單色光轉變為交替的兩束光,分別通過參比池和樣品池,然后將兩透射光束聚焦到同一檢測器,它交替接收兩光路的光信號,檢測器輸出信號的大小決定于兩光束強度比;另一種利用光束分裂器和反射鏡來獲得兩個分離光束,采用前一種分時雙光束形式的分光光度計較為普遍。
雙光束分光光度計的電子測量系統有兩種類型:光學零位平衡式和電學比例記錄式。在光學零位平衡式儀器中,來自樣品和參比的信號直接輸到伺服馬達,當兩者信號不等時,伺東服馬達帶動位于參比光路中的光楔,使兩者信號達到平衡。在電學比例雙光束系統中,切光器置于樣品池和參比池之前,將單色光調制成一定頻率的斷續光后交替通過樣品池和參比池,然后在檢測器中產生相應的樣品信號和參比信號,由解調器將兩個信號分開,并測量兩信號之比。采用電學比例記錄式電子測量系統的雙光束分光光度計較為普遍。
由于雙光束紫外-可見分光光度計有兩束光,光源波動、雜散光、電子學噪聲等的影響都能部分抵消,故光度準確性好。雙光束的儀器結構較復雜,價格較貴。雙光束儀器便于進行自動記錄,在短時間內可記錄全波段范圍內吸收光譜,特別適合于結構分析。
(四)雙波長紫外-可見分光光度計
有兩個單色器,產生波長分別為λ1和λ2的兩束單色光,通過切光器交替入射到吸收池,經檢測器變成電信號,電信號經電子學系統處理,轉化為兩束光之間的吸光度差值ΔA,其結構如圖4所示。
雙波長紫外-可見分光光度計主要用于多組分試樣的測定。
(五)高速動力學分光光度計
高速動力學分光光度計是指全譜掃描速度<0.1s,具有時間分辨本領的快速掃描吸收光譜的分光光度計,主要應用于測量快速反應中瞬態反應產物的吸收光譜和吸光度。這類儀器的檢測器采用光電二極管陣列(PDA)檢測器或電荷耦合器件,其快速掃描裝置包括多道光探測器(MCPD)、高速存儲器、數據處理裝置和監視示波器等。
這類儀器的光學系統結構原理示意見圖5該光學系統采取了多色器位于樣品室之后的光路設計方案,快門控制入射光柵的光通量,為避免光源切換,采用背透氘燈,氘燈后向開有通光小孔,其他光源的光可以通過此小孔。色散器件選用消像差平場全息凹面光柵,檢測器采用帶石英窗、光譜響應范圍為200~1000nm的增強型CCD。
(六)AOTF分光光度計
AOTF分光光度計是用聲光可調諧濾光器( acousto-optic tunable filter AOTF)作單色器的分光光度計。AOTF是一種建立在光學各向異性介質的聲光衍射原理上的電調諧濾波器,它利用新型的聲光功能晶體材料(如TeO2、石英)和壓電晶體換能器等制成。當輸入一定頻率的射頻信號時,AOTF會對入射多色光進行衍射,從中選出波長為的單色光,單色光波長入和射頻頻率f相關,只要通過電信號的調諧即可快速隨機改變光的輸出波長。AOTF分光光度計系統結構見圖6
(七)便攜式紫外-可見分光光度計
傳統紫外-可見分光光度計一般體積大,只適于實驗室應用。20世紀70年代后,隨著電子技術、固態多通道檢測技術、平場凹面全息光柵技術、光纖技術和觸摸屏技術的發展,設計便攜式紫外-可見分光光度計成為可能。它是由小型化色散系統、小型化集成光纖光源、電池、觸摸屏和主電路板組成的。以平場凹面全息光柵和多通道檢測器組成的散系統的結構如圖7所示。光源采用紫外-可見光纖光源,其內部安裝鎢燈和氘燈并集成了供電電源,光源出口處安裝標準樣品池支架,測試樣品用樣品池或測試探針置于系統外部。