分光光度计的使用

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
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
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
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。

(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
<一>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。

（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。

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。

<二>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。

（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。

（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。

<三>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。

沾在杯外的液体用柔质纸如高级手纸，擦镜纸等轻轻拭去)。

放入托架内，盖上盖板。

移动样品槽手炳，把装有空白液的比色杯移入光路中，移动时注意滑板是否在定位槽内。

3、调节暗电流使电表指针到零。

为了使测定正确，每测量一次，暗电流要校正一次。

4、旋转灵敏度旋纽，一般从停止位置顺时针方向转动3-5圈。

5、数电位器转到透光率100%(即吸光度0)位置上，选择开关拨到“x1”。

6、据波长选择光电管,手推入为蓝敏光电管(200-625nm)，手柄拉出为红敏光电管(625-1000nm)。

拉开光门纽，让单色光进入光电管。

光门纽拉开时不得打开样品槽盖板，以保护光电管。

7、调节狭缝使电表指针大致到零上，再用灵敏度旋纽进行细调节，使电表指针正确地指在零上。

8、将测溶液的比色杯拉至光路中(注意滑板是否处在定位槽内)，这时电表指针偏离“零”位。

旋转读数刻度盘使电表指针重新指到“零”位，从刻度盘上读取相应吸光度。

再拉出手柄，读取第二、三个被测溶液的吸光度。

立即关上光门纽，以保护光电管。

9、若被测溶液吸光度大于1.0，则把选择开关扳到“X0.1”上再读数，读得的值应加上 1.0。

10、更换被测溶液时，必须先关上光门纽，再打开试样槽盖板，以保护光电管。

被测溶液更换后,盖上槽盖,把空白液拉至光路中，调节暗电流使电表指针到零,然后重复5-10步骤。

11、若测定同一溶液在同一光区不同波长处的吸光度，则每改变一次波长，
必须重新调节一次暗电流和狭缝。

12、测定完毕，推入光门纽，选择开关拨到“关”，关闭放大器电源和灯源开关，切断电源。

（2）注意事项
①在电压变动较大的地方应使用稳压器，以确保仪器稳定工作。

②其它见72型分光光度计注意事项。

<四>722 型分光光度计
1、构造原理
722 型分光光度计由光源室、单色器、试样室、光电管暗盒、电子系统及数字显示器等部件组成。

光源为钨卤素灯,波长范围为330--800nm。

单色器中的色散元件为光栅,可获得波长范围狭窄的接近于一定波长的单色光。

722 型分光光度计能在可见光谱区域内对样品物质作定性和定量分析,其灵敏度、准确性和选择性都较高,因而在教学、科研和生产上得到广泛使用。

2、仪器的性能
①光学系统: 单光束、衍射光栅。

②波长范围: 330--800 nm。

③光源:钨卤素灯12 V,30 W。

④接收元件:端窗式 G1030 光电管。

⑤ 波长精度:±2 nm。

⑥ 波长重现性: 0.5 nm。

⑦透光率测量范围:0--100% (T)。

⑧ 吸光度测量范围:0--1.999(A)。

⑨ 浓度直读范围:0--2000。

⑩读数精度:(I)透光率线性精度±0.5%(T)
(Ⅱ)吸光度精度±0.004 A(在0.5A处)
⑪透光率重现性:0.5%(T)。

3、仪器的使用
①预热仪器:将选择开关置于“T”,打开电源开关,使仪器预热20 min。

为了防止光电管疲劳,不要连续光照,预热仪器时和不测定时应将试样室盖打开,使光路切断。

②选定波长:根据实验要求,转动波长手轮,调至所需要的单色波长。

③固定灵敏度挡:在能使空白溶液很好地调到“100%”的情况下，尽可能采用灵敏度较低的挡,使用时,首先调到“1”挡,灵敏度不够时再逐渐升高。

但换挡改变灵敏度后须重新校正“0%”和“100%”。

选好的灵敏度,实验过程中不要再变动。

④调节T=0%:轻轻旋动“0%”旋钮,使数字显示为“00.0”,(此时试样室是打开的)。

⑤调节T=100%:将盛蒸馏水(或空白溶液,或纯溶剂)的比色皿放入比色皿座架中的第一格内,并对准光路,把试样室盖子轻轻盖上,调节透过率“100%”旋钮,使数字显示正好为“100.0”。

⑥吸光度的测定:将选择开关置于“A”,盖上试样室盖子,将空白液置于光路中，调节吸光度调节旋钮,使数字显示为“.000”。

将盛有待测溶液的比色皿放入比色皿座架中的其他格内,盖上试样室盖,轻轻拉动试样架拉手,使待测溶液进入光路,此时数字显示值即为该待测溶液的吸光度值。

读数后，打开试样室盖，切断光路。

重复上述测定操作1--2次，读取相应的吸光度值,取平均值。

⑦浓度的测定:选择开关由“A”旋置“C”,将已标定浓度的样品放入光路,调节浓度旋钮,使得数字显示为标定值,将被测样品放入光路,此时数字显示值即为该待测溶液的浓度值。

⑧关机:实验完毕,切断电源,将比色皿取出洗净,并将比色皿座架用软纸擦净。

4、注意事项
①为确保仪器稳定工作,如电压波动较大,则应将220V电源预先稳压。

②当仪器工作不正常时,如数字表无亮光,光源灯不亮,开关指示灯无信号，应检查仪器后盖保险丝是否损坏,然后查电源线是否接通,再查电路。

③仪器要接地良好。

④仪器左侧下角有一只干燥剂筒,试样室内也有硅胶,应保持其干燥性,发现变色立即更新或加以烘干再用。

当仪器停止使用后,也应该定期更新烘干。

⑤为了避免仪器积灰和玷污,在停止工作时,用套子罩住整个仪器,在套子内应放数袋防潮硅胶,以免灯室受潮,使反射镜镜面有霉点或玷污,从而影响仪器性能。

⑥仪器工作数月或搬动后,要检查波长精度和吸光度精度等，以确保仪器的使用和测定精度。

⑦为了防止光电管疲劳,不测定时必须将试样室盖打开,使光路切断，以延长光电管的使用寿命。

⑧取拿比色皿时,手指只能捏住比色皿的毛玻璃面,而不能碰比色皿的光学表面。

⑨比色皿不能用碱溶液或氧化性强的洗涤液洗涤,也不能用毛刷清洗。

比色皿外壁附着的水或溶液应用擦镜纸或细而软的吸水纸吸干,不要擦拭,以免损伤它的光学表面。