3《仪器分析》紫外-可见分光光度计认知(2课时)

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图4－8单光束分光光度计
（二）双光束分光光度计
图4－9是一种双光束分光光度计的结构示意图。光源发出的光经单色器M分光后被同步旋转镜M转变为交替入射参比溶液R和试液S是两束光，再经同步旋转镜交替地照射在同一检测器PM上，即检测器交替接收参比信号和试样信号。两信号的比值通过对数转换为试样的吸光度A。调制器T可以带动M和M同步旋转。
二、紫外可见分光光度计的类型
紫外可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。
（一）单光束分光光度计
单光束分光光度计是最简单的分光光度计，它的构造原理如图4－8所示。由光源发出的复合光经单色器分光后获得单色光，此单色光通过吸收池后照射在光电检测器上转变为电信号，再经放大后在显示装置上以吸光度或透射比的形式显示出来。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适于常规分析。国产751型、752型、721型、722型、724型、英国SP－500型属此类。
图4－4紫外可见分光光度计示意图
（一）光源
光源的作用是提供辐射。对光源的主要要求是在仪器操作所需的光谱区内，能发射连续的具有足够强度和稳定性的辐射，并且辐射能随波长的变化尽可能小，使用寿命长。光源有热辐射光源和气体放电光源两类。
热辐射光源用于可见光区，如钨灯卤钨灯，实用范围为320～2500nm；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯，它们在180～375nm波长范围内产生连续辐射。在相同的条件下，氘灯的发射强度比氢灯约大4倍。紫外－可见分光光度计同时配有可见和紫外两种光源。
（二）单色器
单色器是由光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置。最常用的色散元件有棱镜和光栅。
棱镜和光栅单色器结构原理如图4－5所示。主要组成部分和各部分的功能为：
1．入射狭缝；
2．准直镜（透镜或凹面反射镜），它使入射光束变为平行光束；
3．色散元件（棱镜或光栅），它使不同波长的入射光色散开来；
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4． 聚焦透镜或聚焦凹面反射镜，它使不同波长的光聚焦在焦面的不同位置；
图4－6光电管
2．光电倍增管
光电倍增管是检测微弱光信号的光电元件。它由密封在真空管壳内的一个光阴极、多个倍增极（打拿极）和一个阳极组成。工作时，相邻电极间均存在一定电压，当光照射到光阴极上时，光阴极会释放出一定数目的光电子，这些光电子在电场加速下打在第一倍增极上，每个光电子会从该倍增极上发射2～5个次级电子，这些次级电子再被电场加速打在第二个倍增极上，又会发射更多的电子。这一过程在光电倍增管中雪崩式地进行。最后被阳极，产生一个较强的电流。图4－7是光电倍增管的工作原理图。
采用双波长分光光度计进行分析时，可以通过波长的选择方便地校正背景吸收，消除吸收光谱重叠的干扰，因而适用于混浊液和多组分混合物的定量分析。
图4-10双波长分光光度计原理图
（三）双波长分光光度计
双波长分光光度计与单波长分光光度计的主要差别在于采用双单色器，如图4－10所示。从光源出发点光分成两束，分别经过两个单色器，得到两束强度相同、波长分别为 和 的单色光。以切光器（旋转镜）调制使 、 两单色光交替地照射到同一吸收池上，其透过光被检测器所接收，经信号处理系统可直接获得对 及 两单色光的吸光度之差值。
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图4－7光电倍增管工作原理图
一只光电倍增管对光电流的放大倍数主要取决于电极间的电压。在工作电压范围内，电压愈高，放大倍数愈大。通常两极间的电压为75～100V，九个倍增极的光电倍增管的总放大倍数为 。
光电倍增管被强光照射时容易损坏，即使是瞬间的强光照射也会使管子性能产生不可逆的变化。因此，必须将它装于暗盒之中。光电倍增管的暗电流是仪器噪音的主要来源。
图4－9双光束分光光度计
双光束分光光度计对参比信号和试样信号的测量几乎是同时进行的，补偿了光源和检测系统的不稳定性，具有较高的测量精密度和准确度。可以不断地变更入射光波长，自动测量不同波长下试液的吸光度，实现吸收光谱的自动扫描。但双光束分光光度计结构较复杂，价格较贵。国产710型、740型、日立UV－340型等属于这类仪器。
（四）检测器
检测器的功能是检测光信号、材料单色光透过溶液后光强度变化的装置。常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管。
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1． 光电管
光电管由一个半圆筒形阴极和一个金属丝阳极组成（图4－6）。阴极的弧形表面上涂有一层光敏材料，当光照射于光敏材料时，阴极就发射电子。给两电极上加一电压，电子便流向阳极，形成光电流。常用的光电管有蓝敏和红敏两种。蓝敏光电管为铯锑阴极，适用波长范围为 ；红敏光电管为银和氧化铯阴极，适用波长范围为 。紫外可见分光光度计同时配有红敏和蓝敏光电管。
5．出射狭缝。
（a）棱镜单色器
（b）光栅单色器
图4－5单色器
棱镜通常由玻璃、石英等制成。玻璃棱镜可用于350～2000nm波长范围，石英棱镜可用的波长范围为185～4000nm。紫外－可见分光光度计使用石英棱镜。棱镜单色器的缺点在于色散率随波长变化，得到的光谱呈非均匀排列，而且传递光的效率较低，光栅的分辨率在整个光谱范围内是均匀的，使用起来更为方便。因此，现代紫外－可见分光光度计上多采用光栅单色器。
对检测器的要求是：在测定的光谱范围内具有高的灵敏度；辐射能量的响应时间短，线性关系好；对不同波长的辐射响应均相同，且可靠；噪音水平低，稳定性好。
（五）信号指示系统
它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度计配有微机，一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处理。
（三）吸收池
吸收池用于盛放分析试样，一般有玻璃和石英材料两种。石英池适于可见和紫外光区，玻璃池只能用于可见光区。为减少光的反射损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。
在高精度分析测定中（紫外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征及吸收池的光程长度的精度等对方向结果都有影响。
章节名称
第一篇分子光谱技术
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授课安排
授课
时数
2
授课时间
授课
方法
讲授
授课教具
教学目的
1、了解紫外-可见分光光度计的组成、结构和原理
2、了解紫外-可见分光光度计的使用
教学重点
紫外-可见分光光度计的组成、结构和原理
教学
难点
紫外-可见分光光度计的组成、结构
项目四紫外-可见分光光度计
一、主要组成部件
各种型号的分光光度计，就其基本结构来说，主要由五个部分组成，即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。