分光光度计的结构与作用原理及性能
实验室k / 2019-07-20
目前常用的分光光度计有72型、721型及7215型等，这些仪器的结构及光路示意图如图11-7。
.jpg "国产721型分光光度计示意图")
光度计的种类和型号繁多，但它们都是由下列几个部分组成：
现将各部分的作用原理及性能简介如下：
1.光源 在吸收光度法中，要求光源发出所需波长范围内的连续光谱并具有足够的强度，且在一定时间内能保持稳定。
可见光区的光源一般用钨灯，钨灯可发出波长320～3000nm的连续光谱。发出光的强度在各波长的分布随灯丝温度变化而不同。温度升高时，总强度增大，且在可见光区的强度分布增大。但温度增高，会缩短灯的寿命，而钨灯的温度决定于电流电压，电压有微小的波动会引起钨灯光强度的很大变化，因此必须使用稳压电源才能使光源强度保持不变。
2.单色器 该装置是将光源发出的连续光谱分解出所需要的单色光。单色器最简单的可用不同颜色的一组滤光片组成。要求单色光纯度高的单色器一般由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。
滤光片只允许和它颜色相同的光通过，得到的是纯度较差的单色光。例如，图11-8中a是一块标有470nm蓝色滤光片的透光率曲线。曲线表明通过滤光片的光是具有一定波长范围的光带，其最大透过波长为470nm。滤光片的质量以“半宽度”表示，即最大透光度一半处曲线的宽度(图中以CD表示)，滤光片质量越好，半宽度越小，分离出光的单色性越好。一般滤光片的半宽度大于30nm。有一类利用光的干涉作用而制成半宽度相当小的干涉滤光片，它可以提供小到10nm宽的谱带和较大的透光度，如图11-8中b曲线所示。
3.棱镜(或光栅) 将光源发出的连续光色散成按波长大小排列的光谱，使需要的单色光通过一个狭缝照射到吸收池上，单色光的纯度取决于棱镜的色散率和狭缝的宽度。玻璃棱镜对400~1000nm波长的光色散较大而透明。适用于可见光光度计，单色光的纯度较高，半宽度一般在5～10nm左右。性能好的光栅单色器可获得谱带宽小于1nm的单色光。
4.吸收池 亦称比色杯，用于盛待测的试液，能透过所需光谱范围内的光。在可见光分光光度计中，可用无色透明的玻璃吸收池。大多数仪器都附有光程为0.5、1、2、5cm等一套长方形的吸收池。同样光程的吸收池的透光率相差应小于0.5％。为了避免测量的误差，吸收池放在光路中的位置应注意。使其透光面垂直于光束方向。指纹印、油腻或池壁上其他沉积物都会影响透光的特性，因此，应注意保持吸收池，特别是透光面的光洁。
5.检测器 在光度计中，为了把通过试样溶液与参比溶液的光强度的比值显示出来，需要一些设备对光强度进行检测并把光强度转换成相应的电讯号，这种光电转换设备就称为检测器。
可见分光光度计常用的检测器为硒光电池或光电管。
(1)光电池：是一种光敏半导体元件，硒光电池的结构如图1-9所示。当光照射到光电池上时，半导体硒表面就有电子逸出，被收集在金属薄膜(一般为金、银、铝等薄膜)上，因此带负电，成为光电池的负极，由于硒的半导体性质，电子只能单向流动，通过电阻很小的外电路流到金属板(一般为铁、铝或铜)正极，可产生10～100μA的光电流。电流的大小与照射光的强度成正比。
硒光电池对光的灵敏度和人眼相似，对各波长的灵敏度如图11-10所示。它对波长550nm光的灵敏度最大，而对其他波长光的灵敏度较小。适用于检测380～750nm范围的光强度。
硒光电池具有坚固、价廉和不需要外接电源等优点，但有因内阻小、产生的电流不能放大、长久连续使用会出现“疲劳”现象而使灵敏度降低、照射光强度较弱时不易测量等缺点。
(2)光电管：是由一个阳极和一个光敏阴极构成的真空二极管。阴极表面镀有碱金属或碱金属氧化物等光敏材料，当它被足够能量的光子照射时，能够发射出电子，被外加电压引向阳极而产生电流，电流的大小与入射光的强度成正比，光电流经负载电阻(10(6次方)～10(11次方)Ω)，产生的电位降输入放大器放大。图11-11是一个典型的光电管检测器，光电管的灵敏度比光电池大得多，即使光电流小至10(-12次方)A亦能测出。
6.信号显示读数系统 可见光度计中常用的显示读数装置有检流计、微安表、电位计、数字电压表等几种。国产的光电比色计和72型分光光度计用检流计，721型分光光度计用微安表。
(1)检流计：一般都是用悬镜式光点多次反射检流计，其灵敏度为10(-9次方)A/格。检流计光点偏转大小与电流成正比，而电流与光的强度亦成正比。通过光量或电流调节使通过参比溶液的光产生的光点指示在100格上，代表透光率100％，然后将待测溶液的吸收池移入光路，这时检流计的光点读数I就是百分透光率(T％)，在光度计的检流计上同时刻有按透光率换算的吸光度值，故可以在检流计上直接读出待测试液的吸光度A，它们的关系是
A=log(100/I)=2-logI
例如I＝50时，A＝2-log50＝0.301。
(2)微安表：微安表的工作原理及表头上刻度盘与光点式检流计相似。所不同的是微安表采用指针指示电流读数，用于以光电管作检测器的光度计中，指示放大后的电流。
.jpg "光度计的组成部分")
.jpg "滤光片的透光曲线和半宽度")
.jpg "硒光电池光电效应示意图/硒光电池的光谱灵敏度")
.jpg "光电管作用示意图")
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