分光光度计

111220013

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分光光度计
  
1.吸收光谱原理
* j) n& E! u* B物质中分子内部的运动可分为电子的运动、分子内原子的振动和分子自身的转动，因此具有电子能级、振动能级和转动能级。
当分子被光照射时，将吸收能量引起能级跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级。而三种能级跃迁所需能量是不同的，需用不同波长的电磁波去激发。电子能级跃迁所需的能量较大，一般在1eV～20eV，吸收光谱主要处于紫外及可见光区，这种光谱称为紫外及可见光谱。如果用红外线(能量为1eV～0.025eV)照射分子，此能量不足以引起电子能级的跃迁，而只能引发振动能级和转动能级的跃迁，得到的光谱为红外光谱。若以能量更低的远红外线(0.025eV～0.003eV)照射分子，只能引起转动能级的跃迁，这种光谱称为远红外光谱。由于物质结构不同对上述各能级跃迁所需能量都不一样，因此对光的吸收也就不一样，各种物质都有各自的吸收光带，因而就可以对不同物质进行鉴定分析，这是光度法进行定性分析的基础。
根据朗伯—比耳定律:当入射光波长、溶质、溶剂以及溶液的温度一定时，溶液的光密度和溶液层厚度及溶液的浓度成正比，若液层的厚度一定，则溶液的光密度只与溶液的浓度有关，
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# a+ ^! P" h8 j+ ~8 Z$ H) {式中，c为溶液浓度，E为某一单色波长下的光密度(又称吸光度)，I0为入射光强度，I为 透射光强度，T为透光率，ε为摩尔消光系数，l为液层厚度。
在待测物质的厚度l一定时，吸光度与被测物质的浓度成正比，这就是光度法定量分析的依据。
9 a$ E' D/ y8 y8 W. C2.分光光度计的构造原理
将一束复合光通过分光系统，将其分成一系列波长的单色光，任意选取某一波长的光，根据被测物质对光的吸收强弱进行物质的测定分析，这种方法称为分光光度法，分光光度法所使用的仪器称为分光光度计。
! N; F8 }0 k* K分光光度计种类和型号较多，实验室常用的有72型、721型、752型等。各种型号的分光光度计的基本结构都相同，由如下五部分组成:①光源(钨灯、卤钨灯、氢弧灯、氘灯、汞灯、氙灯、激光光源);②单色器(滤光片、棱镜、光栅、全息栅);③样品吸收池;④检测系统(光电池、光电管、光电信增管);⑤信号指示系统(检流计、微安表、数字电压表、示波器、微处理机显像管)。
光源→单色器→样品吸收池→检测系统→信号指示系统
4 l7 ?! ?9 m( C4 N0 \/ j/ E在基本构件中，单色器是仪器关键部件。其作用是将来自光源的混合光分解为单色光，并提供所需波长的光。单色器是由入口与出口狭缝、色散元件和准直镜等组成，其中色散元件是关键性元件，主要有棱镜和光栅两类。
0 `0 O: ^3 i4 y1 H1 W2 |$ W5 W       (1)棱镜单色器
    光线通过一个顶角为θ的棱镜，从AC方向射向棱镜，如图Ⅱ-5-8所示，在C点 发生折射。光线经过折射后在棱镜中沿CD方向到达棱镜的另一个界面上，在D点又一次发生折射，最后光在空气中DB方向行进。这样光线经过此棱镜后，传播方向从AA′变为BB′，两方向的夹角δ称为偏向角。偏向角与棱镜的顶角θ、棱镜材料的折射率以及入射角i有关。如果平行的入射光由λ1，λ2，λ3三色光组成，且λ1<λ2<λ3，通过棱镜后，就分成三束不同方向的光， 且偏向角不同。波长越短、偏向角越大，如图Ⅱ-5-9所示δ1>δ2>δ3，这即为棱镜的分光作用，又称光的色散，棱镜分光器就是根据此原理设计的。
        棱镜是分光的主要元件之一，一般是三角柱体。由于其构成材料不同，透光范围也就不同，比如，用玻璃棱镜可得到可见光谱，用石英棱镜可得到可见及紫外光谱，用溴化钾(或氯化钠)棱镜可得到红外光谱等。 棱镜单色器示意图如图Ⅱ-5-10所示。
9 g2 x1 v/ Q& d! z: i(2)光栅单色器
单色器还可以用光栅作为色散元件，反射光栅是由磨平的金属表面上刻划许多平行的、等距离的槽构成。辐射由每一刻槽反射，反射光束之间的干涉造成色散。
     
; b+ p* f  m' U8 ]) c图Ⅱ-5-8  棱镜的折射             图II-5-9  不同波长的光在棱镜中的色散

' t% F  L5 o0 Y                    图Ⅱ-5-10     棱镜单色器示意图
/ r& T4 f9 l' _, k8 s% ?  G                                     1.入射狭缝;2.准直透镜;3.色散元件;4.聚焦透镜;5.焦面;6.出射狭缝。
(3)几种类型的分光光度计简介
    ①72型分光光度计
        a.构造原理及结构
72型分光光度计是可见光分光光度计，波长范围为420nm～700nm，它由三大部分组 成:磁饱和稳压器、光源、单色光器和测光机构、微电计。其光学系统如图Ⅱ-5-11所示。
9 G# _/ n  c. g; Q+ x% K4 n! c 72型分光光度计的基本依据是朗伯—比耳定律，它是根据相对测量原理工作的，即先选定某一溶剂作为标准溶液，设定其透光率为100%，被测试样的透光率是相对于标准溶液而言的，即让单色光分别通过被测试样和标准溶液，二者能量的比值就是在一定波长下对于被测试样的透光率。如图所示，白色光源经入射狭缝、反射镜和透光镜后，变成平行光进入棱镜，色散后的单色光经镀铝的反射镜反射后，再经过透镜并聚光于出射狭缝上，狭缝宽度为0.32nm。反射镜和棱镜组装在一可旋转的转盘上并由波长调节器的凸轮所带动，转动波长调节器便可以在出光狭缝后面选择到任一波长的单色光。单色光透过样品吸收池后由一光量调节器调节为适度的光通量，最后被光电电池吸收，转换成电流后由微电计指示，从刻度标尺 上直接读出透光率的值。   
  K' p" ?2 L) h4 v% O 图Ⅱ-5-11 72型分光光度计光路图
. q' i) y9 b2 ~7 W+ C1.稳压电源;2.钨丝灯;3.入射狭缝;4.反射镜;5.透镜;6.玻璃棱镜;7.波长凸轮;8.反射镜;9.透镜;10.波长读数盘;11.出射狭缝;12.吸收池架;13.光量调节;14.硒光电池;15.检流计。
# C) M$ f( n, N2 x* o" U           b.使用方法
①在仪器通电前，先检查供电电源与仪器所需电压是否相符，然后再接通电源。
3 z) @: n: E/ J( `! o, J②把单色光器的光路闸门拔到“黑”光位置，打开微电计开关，指示光点即出现在标尺上，用零位调节器把光点准确调到透光率标尺“0”位上。
1 m4 g4 s/ `% D7 R      ③打开稳压器及单色光器的电源开关，把光路闸门拔到红点位置，按顺时针方向调节光量调 节器，使微电计的指示光点达到标尺右边上限附近，10min后，等硒光电池趋于稳定后开始使用仪器。
2 A! f6 ]7 c+ o) v  O/ z- Z: Y④打开比色皿暗箱盖取出比色皿架，将四只比色皿中的一只装入标准溶液或蒸馏水，其余三只装待测溶液，为便于测量，将标准溶液放入比色皿架的第一格内，然后将比色皿架放入暗箱内固定好，盖好暗箱盖。
% H$ B" {% N* P  ]⑤将光路闸门重新拔到“黑”点，校正微电计至“0”位，再打开光路闸门，使光路通过标准溶液，用波长调节器调节所需波长，转动光量调节器把光点调到透光率为“100”的读数上。
. G3 I) A# G9 z! b; j2 b⑥然后将比色皿拉杆拉出一格，使第二个比色皿的待测溶液进入光路中，此时微电计标尺上的读数即为溶液中溶质的透光率。然后再测定另外两个待测溶液。
  c.注意事项
1)仪器应放置在清洁、干燥、无尘、无腐蚀气体和不太亮的室内，工作台应牢固稳定。
2)在测定溶液的色度不太强的情况下，尽量采用较低的电源电压(5.5V)以便延长光源灯泡的寿命。
       3)仪器连续使用时间不应超过两小时，如要长时间使用，中间应间歇后再用。
2 y& w1 n2 Y! L8 e* q7 F  {- }       4)测定结束后，应依次关闭光路闸门、光源、稳压器及检流计电源，取出比色皿洗净， 用镜头纸擦干，放于比色皿盒内。
' r2 z% T* z5 A/ `( t0 h* {7 C       5)注意单色仪的防潮，及时检查硅胶是否受潮，若变红色应及时更换。
      6)搬动仪器时，检流计+、-极必须接上短路片，以免损坏。
' U0 F9 W. j* m) K     ②721型分光光度计
721型分光光度计也是可见光分光光度计，是72型分光光度计的改进型，适用波长范围368nm～800nm，主要用作物质定量分析。721与72型的主要区别在于:
1)所有部件组装为一体，使仪器更紧凑，使用更方便。
2)适用波长范围更宽。
3)装备了电子放大装置，使读数更精确。
& N$ H% u' P& M4 x& A1 C8 C) ^内部构造和光路系统如下(图Ⅱ-5-12，图Ⅱ-5-13):
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4 X& z6 X# X# Z5 r图Ⅱ-5-12  721型分光光度计内部结构图
/ i; {( X. R1 R+ b) ?2 j1.光源;2.单色光器;3.比色皿槽；4.光量调节器;5.光电管暗盒部件；6.微安表;7.稳压电源。   
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图Ⅱ-5-13  721型分光光度计电路和系统示意图
. z; X  c8 C0 ]% p+ F2 w; V1.光源灯;2.透镜;3.棱镜;4.准直镜;5、13.保护玻璃;6.狭缝;7.反射镜;8.光栏;9.聚光透镜;10.比色皿;11.光门;12.光电管
③752型分光光度计
. F1 b/ i& ~4 T" Z- @752型分光光度计为紫外光栅分光光度计，测定波长200nm～800nm。
a.结构原理
752型分光光度计由光源室、单色器、样品室、光电管暗盒、电子系统及数字显示器等 部件组成，仪器的工作原理如图Ⅱ-5-14所示。 仪器内部光路系统如图Ⅱ-5-15所示。 从钨灯或氢灯发出的连续辐射经滤色片选择聚光镜聚光后投向单色器进狭缝，此狭缝正好位 于聚光镜及单色器内准直镜的焦平面上，因此进入单色器的复合光通过平面反射镜反射及准 直镜变成平行光射向色散光栅。光栅将入射的复合光通过衍射作用形成按照一定顺序均匀排 列的连续单色光谱，此时单色光谱重新返回到准直镜，然后通过聚光原理成像在出射狭缝上 。出射狭缝选出指定带宽的单色光通过聚光镜落在试样室被测样品中心，样品吸收后透射的 光经光门射向光电管阴极面。根据光电效应原理，会产生一股微弱的光电流。此光电流经电 流放大器放大，送到数字显示器，测出透光率或吸光度，或通过对数放大器实现对数转换， 显示出被测样品的浓度C值。
   
图Ⅱ-5-14   752型分光光度计结构原理图
2 x0 W& m/ I  Q4 b, R9 H$ x
/ h( I: g# Q9 i, B$ o图Ⅱ-5-15   752型分光光度计光学系统图
7 a: x8 x% @) |1 p) L1 L5 B1.钨灯;2.滤色片;3.氢灯;4.聚光镜;5.进狭缝;6.保护玻璃;7.反射镜;8.准直镜;9.光栅;10.保护玻璃;11.出狭缝;12.聚光镜;13.样品;14.光门;15.光电管。
b.使用方法
752型分光光度计的外部面板如图Ⅱ-5-16所示。
1)将灵敏度旋钮调到“1”档(放大倍数最小)。
+ Z5 s/ y, q9 d0 v2)打开电源开关，钨灯点亮，预热30min即可测定。若需用紫外光则打开“氢灯”开关，再按氢灯触发按钮，氢灯点亮，预热30min后使用。
3)将选择开关置于“T”。
! j' `+ ?1 o. ~4)打开试样室盖，调节0%旋钮，使数字显示为“0.000”。
5)调节波长旋钮，选择所需测的波长。
, A% F5 `9 \* G' m. m. ~  O: f       6)将装有参比溶液和被测溶液的比色皿放入比色皿架中。
7)盖上样品室盖，使光路通过参比溶液比色皿，调节透光率旋钮，使数字显示为100.0%(T)。如果显示不到100.0%(T)，可适当增加灵敏度的档数。然后将被测溶液置于光路中，数字显示值即为被测溶液的透光率。
4 u9 X- R0 Q/ I" W9 M+ s& Q2 J8)若不需测透光率，仪器显示100.0%(T)后，将选择开关调至“A”，调节吸光度旋钮，使数字显示为“000.0”。再将被测溶液置于光路后，数字显示值即为溶液的吸光度。
" @* a5 |9 G) ]) O9)若将选择开关调至“C”，将已知标定浓度的溶液置于光路，调节浓度旋钮使数字显示为标定值，再将被测溶液置于光路，则可显示出相应的浓度值。
1 Y' M8 B2 e, C1 h& u, N   
. k# u0 G) V# B. P图Ⅱ-5-16     752型分光光度计面板图
1.数字显示器;2.吸光度调零旋钮;3.选择开关;4.浓度旋钮;5.光源室;6.电源室;7.氢灯电源开关;8.氢灯触发按钮;9.波长手轮;10.波长刻度窗;11.试样架拉手;12.100%T旋钮;13.0%T旋钮;14.灵敏度旋钮;15.干燥器。
1 z& w+ l) z% k1 O7 Q9 t& v4 i  c.注意事项
1)测定波长在360nm以上时，可用玻璃比色皿;波长在360nm以下时，要用石英比色皿。比色皿外部要用吸水纸吸干，不能用手触摸光面的表面。
2)仪器配套的比色皿不能与其它仪器的比色皿单个调换。如需增补，应经校正后方可使用。
3)开关样品室盖时，应小心操作，防止损坏光门开关。
& e6 Z' l" H) L1 R6 f6 M4)不测量时，应使样品室盖处于开启状态，否则会使光电管疲劳，数字显示不稳定。
5)当光线波长调整幅度较大时，需稍等数分钟才能工作。因光电管受光后，需有一段响应时间。
       6)仪器要保持干燥、清洁。

jiayuch

不错  好文章顶一下

jldwd

谢谢了 楼主辛苦了 哈哈哈哈哈

zgc910705

不过，很有价值
6 M# O& w" Y+ p1 ?' i/ ^5 l8 {

whj520fly

谢谢分享，学习了

w19851229

学习了!

w19851229

这图片还不能复制下来的!

solez

学习了，谢谢！

asd1378

多多学习~~`