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分光光度计,又称光谱仪(spectrometer),是将成分复杂的光,分解为光谱线的科学仪器。
特定波长处或一定波长范围内光的吸收度,对该物质进行定性或定量分析。
常用的波长范围为:
(1)200~380nm的紫外光区,
(2)380~780nm的可见光区,
(3)2.5~25μm (按波数计为4000cm<-1>~400cm<-1>)的红外光区。
图 1
所用仪器:
紫外分光光度计、可见光分光光度计(或比色计)、红外分光光度计、荧光光度计和原子吸收分光光度计。
原理:
分光光度计采用一个可以产生多个波长的光源,通过系列分光装置,从而产生特定波长的光源,光线透过测试的样品后,部分光线被吸收,计算样品的吸光值,从而转化成样品的浓度。样品的吸光值与样品的浓度成正比。
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(1)可见分光光度计
用来测量待测物质对可见光(400~760nm)的吸光度并进行定量分析的仪器,称为可见分光光度计。可在600nm测定细菌细胞密度。
应用领域:冶金、地质环保、食品、医疗、化工、农林等行业的材料分析及质量控制部门进行常量、微量金属(半金属)元素分析的有力工具,是生产、教育、科研单位分析实验室的比备常规仪器之一。
(2)紫外可见分光光度计
紫外可见光谱仪用来测量待测物质对可见光或紫外光(200~760nm)的吸光度并进行定量分析的仪器。可以测定核酸和蛋白的浓度,也可以测定细菌细胞密度。
应用领域:药品检验、药物分析、环境检测、卫生防疫食品、化工、科研等领域对物质进行定性、定量分析。
分类:单光束紫外可见分光光度计、假双光束紫外可见分光光度计和双光束紫外可见分光光度计。
单光束:适于在给定波长处测量吸光度或透光度,一般不能作全波段光谱扫描,要求光源和检测器具有很高的稳定性。
双光束:自动记录,快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响,特别适合于结构分析。仪器复杂,价格较高。
假双光束:也就是比例双光束,它的原理是由同一单色器发出的光被分成两束,一束直接到达检测器,另一束通过样品后到达另一个检测器。这种仪器的优点是可以监测光源变化带来的误差,但是并不能消除参比造成的影响。
图 2 单光束和双光束概念图
(3)红外分光光度计
一般的红外光谱是指大于760nm的红外光谱,这是研究有机化合物最常用的光谱区域,能分析各种状态(气、液、固)的试样。
应用领域:化学、物理、地质、生物、医学、纺织、环保及材料科学等的重要研究工具和测试手段,而远红光谱更是研究金属配位化合物的重要手段。
分类:色散型、干涉型
特点:快速、样品量少(几微克-几毫克),特征性强(各种物质有其特定的红外光谱图)、能分析各种状态(气、液、固)的试样以及不破坏样品。
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(4)荧光分光光度计
荧光分光光度计是用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光光谱的一种仪器。能提供包括激发光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等许多物理参数,从各个角度反映了分子的成键和结构情况。通过对这些参数的测定, 不但可以做一般的定量分析, 而且还可以推断分子在各种环境下的构象变化,从而阐明分子结构与功能之间的关系。
图 3荧光分光光度计
应用领域:科研、化工、医药、生化、环保以及临床检验、食品检验、教学实验等领域。
分类:单光束式荧光分光光度计和双光束式荧光分光光度计
组成:
光源:高压汞蒸气灯或氙弧灯
激发单色器:
置于光源和样品室之间的为激发单色器或第一单色器,筛选出特定的激发光谱。
发射单色器:
置于样品室和检测器之间的为发射单色器或第二单色器,常采用光栅为单色器
样品室:
石英池(液体样品用)或固体样品架(粉末或片状样品)组成。测量液体时,光源与检测器成直角安排;测量固体时,光源与检测器成锐角安排。
检测器:
一般用光电管或光电倍增管作检测器。
(5)原子吸收分光光度计
该法主要适用样品中微量及痕量组分分析常规仪器之一。
应用领域:冶金、地质环保、食品、医疗、化工、农林等行业的材料分析及质量控制部门进行常量、微量金属(半金属)元素分析的有力工具 。
组成:光源、原子化系统、分光系统和检测系统。
光源:空心阴极灯 无极放电灯
一般要求:发射的待测元素的锐线光谱有足够的强度、背景小、稳定性。
原子化系统:火焰原子化器(premixed flame atomizer),石墨炉原子化器(graphite furnace atomizer),石英炉原子化器(quartz furnace atomizer),阴极溅射原子化器(cathode sputtering atomizer)。
分光系统(单色器):由凹面反射镜、狭缝或色散元件组成。
检测系统: 检测器(光电倍增管)、放大器、对数转换器和电脑组成。
图 4 AAS结构原理示意图
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