分光光度計,又稱光譜儀(spectrometer),是將成分復雜的光,分解為光譜線的科學儀器。測量范圍一般包括波長范圍為380~780 nm的可見光區(qū)和波長范圍為200~380 nm的紫外光區(qū)。不同的光源都有其的發(fā)射光譜,因此可采用不同的發(fā)光體作為儀器的光源。鎢燈的發(fā)射光譜:鎢燈光源所發(fā)出的380~780nm波長的光譜光通過三棱鏡折射后,可得到由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫組成的連續(xù)色譜;該色譜可作為可見光分光光度計的光源。
光度定義
分光光度法是在特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸收度,對該物質(zhì)進行定性或定量分析。常用的波長范圍為:(1)200~380nm的紫外光區(qū),(2)380~780nm的可見光區(qū),(3)2.5~25μm(按波數(shù)計為4000cm<-1>~400cm<-1>)的紅外光區(qū)。所用儀器為紫外分光光度計、可見光分光光度計(或比色計)、紅外分光光度計或原子吸收分光光度計。
原理
分光光度計采用一個可以產(chǎn)生多個波長的光源,通過系列分光裝置,從而產(chǎn)生特定波長的光源,光線透過測試的樣品后,部分光線被吸收,計算樣品的吸光值,從而轉(zhuǎn)化成樣品的濃度。樣品的吸光值與樣品的濃度成正比。
單色光輻射穿過被測物質(zhì)溶液時,被該物質(zhì)吸收的量與該物質(zhì)的濃度和液層的厚度(光路長度)成正比,其關(guān)系如下式:
A=-lg(I/I。)=-lgT=kLc
式中 :A 為吸光度;
I。為入射的單色光強度;
I 為透射的單色光強度;
T 為物質(zhì)的透射率;
k 為摩爾吸收系數(shù);
L 為被分析物質(zhì)的光程,即比色皿的邊長;
c 為物質(zhì)的濃度;
物質(zhì)對光的選擇性吸收波長,以及相應(yīng)的吸收系數(shù)是該物質(zhì)的物理常數(shù)。當已知某純物質(zhì)在一定條件下的吸收系數(shù)后可用同樣條件將該供試品配成溶液,測定其吸收度,即可由上式計算出供試品中該物質(zhì)的含量。在可見光區(qū),除某些物質(zhì)對光有吸收外,很多物質(zhì)本身并沒有吸收但可在一定條件下加入顯色試劑或經(jīng)過處理使其顯色后再測定,故又稱比色分析。由于顯色時影響呈色深淺的因素較多,且常使用單色光純度較差的儀器,故測定時應(yīng)用標準品或?qū)φ掌吠瑫r操作。
維護保養(yǎng)
分光光度計作為一種儀器,在運行工作過程中由于工作環(huán)境,操作方法等種種原因,其狀況必然會發(fā)生某些變化,可能影響設(shè)備的性能,甚至誘發(fā)設(shè)備故障及事故。因此,分析工作者了解分光光度計的基本原理和使用說明,并能及時發(fā)現(xiàn)和排除這些隱患,對已產(chǎn)生的故障及時維修才能保證儀器設(shè)備的正常運行。
1)若大幅度改變測試波長,需稍等片刻,等燈熱平衡后,重新校正"0"和""點。然后再測量。
2)指針式儀器在未接通電源時,電表的指針位于零刻度上。若不是這種情況,需進行機械調(diào)零。
3)比色皿使用完畢后,請立即用蒸餾水沖洗干凈,并用干凈柔軟的紗布將水跡擦去,以防止表面光潔度被破壞,影響比色皿的透光率。
4)操作人員不應(yīng)輕易動燈泡及反光鏡燈,以免影響光效率。
5)分光光度計,由于其光電接收裝置為光電倍增管,它本身的特點是放大倍數(shù)大,因而可以用于檢測微弱光電信號,而不能用來檢測強光。否則容易產(chǎn)生信號漂移,靈敏度下降。針對其上述特點,在維修、使用此類儀器時應(yīng)注意不讓光電倍增管長時間暴露于光下,因此在預熱時,應(yīng)打開比色皿蓋或使用擋光桿,避免長時間照射使其性能漂移而導致工作不穩(wěn)。
6)放大器靈敏度換擋后,重新調(diào)零。
7)比色杯的配套性問題。比色杯配套使用,否則將使測試結(jié)果失去意義。在進行每次測試前均應(yīng)進行比較。具體方法如下;分別向被測的兩只杯子里注入同樣的溶液,把儀器置于某一波長處,石英比色杯;220nm、700nm裝蒸餾水,玻璃比色杯:700nm處裝蒸餾水,將某一個池的透射比值調(diào)至,測量其他各池的透射比值,記錄其示值之差及通光方向,如透射比之差在±0.5%的范圍內(nèi)則可以配套使用,若超出此范圍應(yīng)考慮其對測試結(jié)果的影響。
分光光度計分操作中容易出現(xiàn)的幾個典型故障及其排除方法:
1)儀器不能調(diào)零。可能原因:
a)光門不能關(guān)閉。解決方法:修復光門部件,使其關(guān)閉。
b)透過率""旋到底了。解決方法:重新調(diào)整""旋鈕。
c)儀器嚴重受潮。解決方法:可打開光電管暗盒,用電吹風吹上一會兒使其干燥,并更換干燥劑。
d)電路故障。解決方法:送修理,檢修電路。
2)儀器不能調(diào)""??赡茉?
a)光能量不夠。解決方法:增加靈敏度倍率檔位,或更換光源燈(盡管燈還亮)。
b)比色皿架未落位。解決方法:調(diào)整比色皿架使其落位。
c)光電轉(zhuǎn)換部分老化。解決方法:更換部件。
d)電路故障。解決方法:調(diào)修電路。
3) 測量過程中,""點經(jīng)常變動??赡茉?
a)比色皿在比色皿架中放置的位置不一致,或其表面有液滴。解決方法:用擦鏡紙擦干凈比色皿表面,然后將其安放在比色槽的左邊,上面用定位夾定位。
b)電路故障(電壓、光電接收、放大電路)。解決方法:送修。
4)數(shù)顯不穩(wěn)??赡茉?
a)預熱時間不夠。解決方法:延長預熱時間至30分鐘左右(部分儀器由于老化等原因,長時間處于工作狀態(tài)時,也會工作不穩(wěn))。
b)光電管內(nèi)的干燥劑失效,使微電流放大器受潮。解決方法:烘烤電路,并更換或烘烤干燥劑。
c)環(huán)境振動過大、光源附近空氣流速大、外界強光照射等。解決方法:改善工作環(huán)境。
d)光電管、電路等其它原因。解決方法:送修。
五、提高分光光度計透射比檢定及使用精度的幾種方法
在分光光度計的使用或檢定中,透射比(吸光度)的準確度是衡量儀器工作性能的一項重要指標,它的準確程度直接關(guān)系到所測數(shù)據(jù)的可信性及科學性。所以提高此項指標的使用及檢定準確度顯得尤為重要。
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