分光光度计的使用

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分光光度计的使用

一、分光光度计的基本元件

分光光度计根据使用的波长范围不同可分为紫外光区、可见光区和红外光区分光光度计。无论哪一类分光光度计都包括五个基本部件:光源、单色器、吸收池、检测器和测量仪表。分光光度计各部件的次序如下图所示:

分光光度计基本结构示意图

(一)光源

分光光度计上常用的光源有两种: 钨丝灯或氢灯。

在可见光区、近紫外光区和近红外光区常用钨丝灯作为光源，其工作温度约为2870°K。钨丝灯的灯丝为紧密螺旋形，若将灯丝对准仪器光学装置的轴线时，能在出光狭缝的平面上投射光亮均匀的直线影象。钨丝灯的缺点是在短波长(<350nm)处辐射强度小,而且必须小心地控制流至灯上的电流才能维特恒定的强度。

在紫外光区多使用氢弧灯。氢灯内充有低压氢气，在两极间施以一定电压来激发氢分子可发出紫外光。因玻璃吸收紫外线(光学玻璃的透射范

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围为340-1000nm)，所以氢灯的泡壳用石英制成(石英的透射范围为185-3500nm)，或在灯泡的发光处开一石英窗。

若用氘灯代替氢灯，虽发射的波长范围相同，但在紫外光区的发射强度可增加三倍之多。因氘灯价格昂贵,一般很少使用。

(二)单色器

单色器是把混合光波分解为单一波长光的装置。在分光光度计中多用棱镜或光栅作为色散元件。

1、棱镜

光波通过棱镜时，不同波长的光折射率不同。波长愈短，传播速度愈慢,折射率也愈大;反之,波长愈长,传播速度愈快，折射率则愈小。因而能将不同波长的光分开。因为玻璃对紫外线的吸收力强，故玻璃棱镜多用于可见光分光光度计。石英和熔凝石英(fused silica)棱镜可在整个紫外光区传播光，故在紫外光分光光度计中广为应用。熔凝石英虽比石英在短波长方面更易传播光，但因价格昂贵,仅在需要高强度辐射时,才被使用。

2、衍射光栅

在石英或玻璃的表面上刻划许多平行线(每英寸约刻15,000-30,000条)。由于刻线处不透光，通过光的干涉和衍射使较长的光波偏折角度大,较短的光波偏折角度小,因而形成光谱。

在光源照到棱镜(或光栅)以前,一般先要经过一个入射狭缝，再通过平行光镜使成为平行光束投到棱镜上。透过棱镜的光再经另一聚光镜，在

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此聚光镜的焦面内可得一清楚的光谱图。如在焦线处放一出射狭缝,转动棱镜使光谱移动,就可以从出射狭缝射出所需要的单色光。个装置称为“单色器”。

(三)吸收池(比色杯、比色皿、比色池)

一般由玻璃、石英或熔凝石英制成,用来盛被测的溶液。在低于350nm的紫外光区工作时,须采用石英或石英池。

当光透过吸收池时，有一部分光因空气和玻璃接触面的反射而损失,其数值约为4%。为了减少这种反射损失，吸收池必须与光束方向垂直。此外在制造吸收池时，也应尽可能使每套池子完全相同(如玻璃的质料、厚度等),以免产生误差。

吸收池上的指纹，油污或壁上的沉积物都会显著地影响其透光性,因此在使用前务必彻底清洗。

(四)检测器

常用的检测器有三种:光电池、光电管和光电倍增管。

1、光电池

光电池是由三层物质组成的圆形或长方形薄片，装在一个特制的匣子里面。第一层是一种导电性良好的金属(如银)，这是光电池的负极。中间

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极薄的一层是半导体硒，第三层是铁，这是光电池的正极。当光电池受光照射以后,半导体硒的表面逸出电子，这些电子只向负极方向移动,而不向正极移动,因此在上下两金属片间产生一个电位差，线路连通时即产生电流。

2、光电管

光电管是由封装在真空透明封套里的一个半圆柱型阴极和一个丝阳极组成。阴极的凹面上有一层光电发射材料，此种物质经光照射可发射电子。当在两极间加有电位时，发射出来的电子就流向丝阳极而产生光电流。对于相同的辐射强度，它所产生的电流约为光电池所产生电流的1/4。由于光电管具有很高的电阻，所以产生的电流容易放大。

3、光电倍增管

光电倍增管远比普通的光电管优越，它可将第一次发射出的电子数目放大到数百万倍。

和光电管相似，光电倍增管的阴极表面在光的照射下可发射电子。电子被带有正电的兼性阳极(dynode)所吸引，并向着它加速运动。当电子打在兼性阳极上时，能引起更多的电子自表面射出。这些射出的电子又被第二个兼性阳极所吸引，同样再产生更多的电子。这样的过程重复9次后，每个光子可形成108-107个电子。这些电子最后被收集在阳极上。所得到的倍增电流可进一步加以放大和测量。

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(五)测量装置

一般常用的紫外光和可见光分光光度计有三种测量装置，即电流表、记录器和数字示值读数单元。现代的仪器常附有自动记录器，可自动描出吸收曲线。"

二、常见分光光度计的使用

72型分光光度计

本仪器是上海分析仪器厂生产的一种可见光分光光度计，波长范围为420-700nm。它由稳压器、单色光器和微电计三部分所组成。

仪器的光源是一个10V,75A的钨丝灯泡，由一个磁饱和稳压器向它提供低压电源。钨丝灯发出的光经过进光狭缝，反射镜和透镜后,成为平行光进入棱镜，色散后的各种波长的单色光被镀铝反射镜反射，经过另一块透镜，再聚光于出光狭缝上。在出光狭缝的后部为比色皿定位装置。单色光通过盛有被测溶液的比色皿后;再射到硒光电池上。根据比耳定律,溶液的浓度愈大或液层愈厚,则透过光线的强度愈低。根据透过溶液后的光线强度,在半导体硒光电池上产生相应的光电流,因而在微电计的标尺上，可读出相应的吸收值或透光度的读数。

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（1）使用方法如下：

①根据说明书的要求,用导线把微电计、稳压器和单色光器正确连接好。

②先检查电源电压与仪器所标注的电压是否相符，然后再插上电源。

③把单色光器的光路闸门拨到黑点位置，再将微电计电源开关拨到“开”处，此时在标尺上出现指示光点。用零点调节器把指示光点的黑线准确地调到透光率标尺的零位上。

④打开稳压器的电源开关和单色光器的电源开关，把光路闸门拨到红点位置上再以时向旋光量调器微电计的指示光点达到标尺上限附近。待硒光电池趋于稳定后(约10分钟)，再使用仪器。

⑤打开比色皿暗厢盖，取出比色皿架。把四只比色皿中的一只装入空白溶液或蒸馏水，其余三品装未知溶液。把装有空白溶液或蒸馏水的比色皿放在架的第一格内，其它的比色依放好。把比色皿架正确地放手暗厢内的定位装置上，将暗厢盖好。

⑥旋转波长调节器,使所需的波长对准红线。把光路闸门拨到红点上，此时空白溶液正对在光路上。旋转光量调节器使指示光点准确地位于透光率“100”的位置。

⑦把光路闸门重新拨到黑点处，再一次校正微的指示光点于零位。立即把光路闸门拨到红点处，再一次校正微电计的指示光点对准透光率“100”的位置上。

⑧把比色定装置的拉杆轻轻地拉出一格,此时第二个比色皿内的未知溶液进入光路，此时微电计标尺上所指的读数即为该溶液的光吸收值和透光率。其它的未知溶液也按此法进行测定。

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⑨测定完毕,应立即把比色皿用自来水冲洗，并用蒸馏水洗净,然后倒置在滤纸上晾干备用。

⑩ 把仪器的旋钮复原,关闭开关。拔下电源，并用塑料罩盖好仪器。

（2）注意事项

①仪器的连续使用时间不应超过两小时。使用后必须间歇半小时,才能再用。

②务必保持比色皿透光面的清洁。不要用手摸比色皿的光滑的表面,更不要用毛刷刷洗比色皿,以免影响读数的准确。

光路闸 冲洗干净。倒置晾干备用。

③脏的比色皿可浸泡在肥皂水中，然后再用自来水和蒸馏水冲洗干净。倒置晾干备用。

④比色皿外边沾有水或待测溶液时，可先用滤纸吸干,再用镜头纸揩净。

⑤把比色皿放人比色皿架时，要注意尽量使它们的位置前后一致。

⑥测定时应尽量使被测溶液的光吸收值在0.1--0.65范围内。

⑦仪器的周围应干燥。仪器使完后，应该用塑料套子罩住，并在套子内放数袋防潮硅胶。

⑧经常注意单色光器的防潮硅胶是否受潮，并及时调换或烘干。

721型分光光度计

本仪器在可见光谱区范围内(360-800nm)进行定量比色分析用。

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（1）使用方法如下:

1、仪器未连接电源时，电表的指针必须位于透光率“0”刻线上，若不是这种情况，可以用电表上的校正螺丝进行调节。

2、将仪器的电源开关接通，打开比色皿暗厢盖，选择需用的单色波长，将放大器灵敏度放在第一档，调节“0”电位器使电表指针处于透光率“0”处。仪器预热20分钟。预热后，合上比色皿暗厢盖，使光电管受光，旋转调“100%”的电位器，使电表指针处在透光率100%处。

3、放大器灵敏度有五档，是逐步增加的，“1”最低。由于灵敏度处于低档时仪器稳定性较好，所以使用时只要能使空白挡良好地调到透光率“100%”，就将灵敏度置“1”，不够时再逐渐增高，但灵敏度改变后必须重新校正“0”和“100%”。

4、预热后，按步骤2连续几次调整“0”和100%”，稳定后再开始测定。

5、将试液注入比色皿后置于皿架上。光路对准空白管，调节“0”电位器使电表指针处于透光率“0”处。合上比色皿暗厢盖，旋转调节“100%”的电位器，使指针正确指在透光率100%处(即吸光度为0)。拉出拉杆，使被测溶液依次置于光路中读取吸光度。

6、根据溶液中被测物质含量的多少选用不同光径长度的比色皿，目的是使电表的吸光度读数处于0.8以内。

7、大幅度改变测试波长时，须在调整“0”和“100%”后稍等几分钟，因钨灯急剧改变亮度后需要一段热平衡时间。当指针稳定后重新调整“0”和“100%”即可工作。

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（2）注意事项

①放大器灵敏度档的选择是根据不同的单色光波长，光能量不一致时分别选用。各档的灵敏度范围是第一档x1倍，第二档x10倍，第三档x20倍。原则是能使空白档良好地用光量调节器调整于100%处。

②仪器底部有二只干燥剂筒,以保持仪器的干燥，此外在仪器停止工作期间，在比色皿暗箱内塑料仪器套内都应放防潮硅胶袋。

③其它见72型分光光度计注意事项。

751G型分光光度计

751G型分光光度计的工作波段为200-1000毫微米，能测定各种物质在紫外区、可见光和近红外区的吸收光谱，可进行多种物质的定性及定量分析。

（1）使用方法如下:

1、选择适用波长的光源灯，钨灯适用波长为320-1000nm，氢弧灯适用波长为200-320nm。把主机背面的光源选择杆拨到选定的光源方向，氢弧灯朝右，钨灯朝左拨。打开放大器电源开关和灯源开关，将选择开关拨到“校正”位，旋转波长旋纽到所需刻度，仪器预热20分钟。氢灯稳压电源的工作电流达300mA时，可正常工作。

2、根据波长选择比色杯，350nm以上用玻璃比色杯，350nm以下用石英比色杯。将待测溶液(一个杯中为空白液，三个杯中为被测溶液)注入比色杯(注入的液体约为杯子体积的3/4，若太满，拉动时易溢出杯外，损坏仪器。