如何選擇紫外/可見分光光度計(jì)
[2010/5/9]
一、分光光度計(jì)的工作原理
分光光度法是根據(jù)被測(cè)物質(zhì)分子對(duì)紫外、可見波段范圍單色輻射的吸收或反射強(qiáng)度來進(jìn)行物質(zhì)的定性、定量或結(jié)構(gòu)分析的一種方法。
物質(zhì)呈現(xiàn)特征的顏色,這是由于它們對(duì)可見光中某些特定波長的光線選擇性吸收的緣故。實(shí)際上,一切物質(zhì)都會(huì)對(duì)可見光和不可見光中的某些波長的光線進(jìn)行吸收。但是,一切光線并不都是以相同的程度被物質(zhì)吸收的。物質(zhì)對(duì)不同波長的光線表現(xiàn)不同的吸收能力,叫做選擇性吸收。各種物質(zhì)對(duì)光線的選擇性吸收這一性質(zhì),反映了它們分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異,即各種物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它們對(duì)不同光線的選擇吸收。
朗伯-比耳定律 (Lambert-Beer)是幾乎所有的光學(xué)分析儀器的基本工作原理,它由朗伯定律和比耳定律合并而成。
朗伯定律表明:如果溶液的濃度一定,則光對(duì)物質(zhì)的吸收程度與它通過的溶液厚度成正比。
比耳定律表明:如果吸光物質(zhì)溶于不吸光的溶劑,則吸光度和吸光物質(zhì)的濃度成正比。
兩者合成后的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:
T=I/I。 (1)
A=KCL=‐㏒ I/Io (2)
其中
T 透過率
A 吸光度
C 溶液濃度
K 溶液的吸光系數(shù)
L 液層在光路中的長度
I 光透過被測(cè)試樣后照射到光電轉(zhuǎn)換器上的強(qiáng)度
Io 光透過參比測(cè)試樣后照射到光電轉(zhuǎn)換器上的強(qiáng)度
二、產(chǎn)品類型結(jié)構(gòu):
光度計(jì)
可見分光光度計(jì)
紫外/可見分光光度計(jì)
掃描型紫外/可見分光光度計(jì)
雙光束紫外/可見分光光度計(jì)
三、儀器技術(shù)參數(shù)解釋
波長范圍:儀器可選波長的測(cè)量范圍。不同的物質(zhì)吸收所對(duì)應(yīng)的吸收波長不一樣。
氘燈:紫外光源 185-400nm
鎢燈:可見和近紅外光源 250---2000nm
光譜帶寬:目前國際上對(duì)光譜帶寬的測(cè)試方式一般用“譜線輪廓法”,主要是選用某些光源的特征譜線,對(duì)它進(jìn)行光譜掃描,繪出該譜線的輪廓,再測(cè)出該譜線的半峰高的寬度即為光譜帶寬(又稱自然光譜帶寬)。儀器使用的光譜帶寬通常要比自然光譜帶寬小10倍以上。
波 長 準(zhǔn) 確 度:也叫波長精度,是波長的實(shí)際測(cè)定值與理論值的差值。
波 長 重 復(fù) 性:多次測(cè)量(一般是3次)最大值與最小值之間的差值。
光 度 準(zhǔn) 確 度:光度測(cè)量值與光度理論值之差。
影響光度準(zhǔn)確度的主要因素:
①雜散光 ②光度噪聲 ③基線平直度
④光譜帶寬 ⑤試樣來源 ⑥試樣制備
⑦比色皿
光 度 重 復(fù) 性:多次測(cè)量(一般是3次)最大值與最小值之間的差值。
影響光度重復(fù)性的主要因素:
①光源系統(tǒng)(氘燈、鎢燈)
②光電轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)
③電源系統(tǒng)
④環(huán)境
雜 散 光:不同于測(cè)試所需要的波長的光叫做雜散光。
影響雜散光的主要因素:
①灰塵沾污光學(xué)元件 ②隔板邊緣的反射
③光學(xué)系統(tǒng)屏蔽不好 ④狹縫的缺陷
⑤光束孔徑不匹配 ⑥光學(xué)系統(tǒng)的像差
⑦單色器內(nèi)壁黑化處理不當(dāng) 等等
雜散光對(duì)分析測(cè)試結(jié)果的誤差影響是隨著吸光度值增大而增大的,會(huì)使結(jié)果偏離比耳定律。
·雜散光被試樣吸收時(shí),偏離是正值。
·雜散光不被試樣吸收時(shí),偏離是負(fù)值。
穩(wěn) 定 性:穩(wěn)定性包括基線漂移和光度重復(fù)性。
基線漂移是指冷態(tài)開機(jī)預(yù)熱2小時(shí)后調(diào)零,試劑和參比比色皿都為空氣,在固定波長(500nm)下連續(xù)測(cè)定吸光度1小時(shí),最大值和最小值之差。
光度噪聲(噪聲):
噪聲是指冷態(tài)開機(jī)預(yù)熱0.5小時(shí)后調(diào)零,試劑和參比比色皿都為空氣,在500nm下連續(xù)測(cè)定吸光度1小時(shí),偏離零點(diǎn)的最大值。
基線平直度:
基線平直度是指冷態(tài)開機(jī)預(yù)熱0.5小時(shí)后調(diào)零,從長波長向短波長對(duì)儀器進(jìn)行全波長慢速掃描吸光度,偏離零點(diǎn)的最大值。
吸光度和透過率的關(guān)系:透過率和吸光度是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,關(guān)系式如下:
A=2 – lgT%
其中 A為吸光度
T為透過率
若T=100%,A = 2 - lg100 = 2 - 2 = 0
若T=10% ,A = 2 - lg10 = 2 - 1 = 1
光度分析:固定波長下測(cè)定樣品的吸光度和透過率。
定量分析:通過對(duì)已知濃度的樣品進(jìn)行吸光度的測(cè)定,制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,得出曲線的線性方程C=KA+b。再測(cè)定未知樣品的吸光度,通過線性方程求出樣品的濃度。
動(dòng)力學(xué)測(cè)試:固定波長下,測(cè)定樣品在一段時(shí)間內(nèi)吸光度或透過率的變化圖譜,可計(jì)算樣品的反應(yīng)率△A/t。
需設(shè)定的參數(shù):
掃描時(shí)間,最多9小時(shí);
采樣間隔,最小為0.5秒;
延時(shí)時(shí)間
掃描波長
全波長掃描:在儀器波長范圍內(nèi),設(shè)定任意波長區(qū)間,對(duì)未知試樣進(jìn)行吸光度、透過率的圖譜掃描。
需設(shè)定的參數(shù):
掃描波長范圍
掃描間隔,0.1、0.2、0.5、1、2、5nm;
掃描速度,建議為低速;
T/A模式
圖譜處理
圖譜放大、縮小、峰谷檢測(cè)、平滑等處理;
圖譜存儲(chǔ)和調(diào)用;
使用PC版軟件可進(jìn)行1-4階求導(dǎo)、四則運(yùn)算、疊加等分析。
多波長測(cè)試:對(duì)某一待測(cè)物質(zhì)在多個(gè)波長點(diǎn)進(jìn)行吸光度、透過率測(cè)試。
單機(jī)版可測(cè)試10個(gè)波長點(diǎn);
PC版可測(cè)試32個(gè)波長點(diǎn)。
DNA/蛋白質(zhì)測(cè)試
測(cè)試波長缺省值為260、280、320nm,可修改。
可計(jì)算DNA、Protein的濃度和Ratio。
單光束分光光度計(jì)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜
雜散光、光度噪聲、光譜帶寬等主要技術(shù)指標(biāo)差,不適合用于技術(shù)要求較高的行業(yè),如制藥、科研、質(zhì)量檢驗(yàn)行業(yè)。
準(zhǔn)雙光束分光光度計(jì)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、價(jià)格較便宜。
有一束作為參考光束,能部分抵消光源振動(dòng)、電子學(xué)噪聲,以提高儀器的穩(wěn)定性。
只有一個(gè)比色皿,不能抵消雜散光。
雙光束雙轉(zhuǎn)換器分光光度計(jì)特點(diǎn):能部分抵消光源波動(dòng)、雜散光、電噪聲的影響,光度準(zhǔn)確好;
結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格昂貴;
因一束光分為兩束,每束光的能量低,信噪比不如單光束光度計(jì)好;
兩個(gè)轉(zhuǎn)換器不能完全匹配,故掃描測(cè)量誤差大,不建議用來做光譜掃描。
雙光束單檢測(cè)器分光光度計(jì)特點(diǎn):能部分抵消光源波動(dòng)、雜散光、電噪聲的影響,光度準(zhǔn)確好、技術(shù)指標(biāo)很先進(jìn);
結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格昂貴;
因一束光分為兩束,每束光的能量低,信噪比不如單光束光度計(jì)好。但兩束光路對(duì)噪聲可相互抵消,靈敏度仍然很好。
四、分光光度計(jì)的評(píng)價(jià)和挑選:
適用性
可靠性
智能型
經(jīng)濟(jì)性
美學(xué)性
工藝性
適 用 性:適用性—滿足使用要求的程度,主要由技術(shù)指標(biāo)所決定。
波長準(zhǔn)確度:
對(duì)于一般的定量分析,波長準(zhǔn)確度不是很重要;
對(duì)不同試樣進(jìn)行比對(duì)測(cè)試時(shí),波長準(zhǔn)確度就相當(dāng)重要。
雜散光:
在分析的試樣較多,濃度較大時(shí)很重要。
雜散光一定時(shí),分析測(cè)試的數(shù)據(jù)會(huì)隨著濃度的增大,偏離比耳定律的程度就越大,故對(duì)待測(cè)試樣的濃度上限有嚴(yán)格要求;
分析品種較多的食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,必須挑選雜散光小的儀器。
光度噪聲:
分析測(cè)試誤差的主要來源,且限制被分析試樣濃度的下限。
光度噪聲一定時(shí),濃度越低,分析測(cè)試的數(shù)據(jù)的誤差就越大,故對(duì)待測(cè)試樣的濃度下限限制較大;
生化、海洋研究等領(lǐng)域,必須挑選光度噪聲小的儀器。
光譜帶寬
一般常規(guī)的在可見光區(qū)的分析工作,帶寬一般選擇4nm;
用于制藥行業(yè)的藥檢,光譜帶寬在2nm或以下;
科研工作建議選擇可調(diào)帶寬的儀器。
可 靠 性:從狹義上講,可靠性就是儀器的故障率。
從廣義上講,可靠性應(yīng)從分光光度計(jì)的制造和使用兩個(gè)方面衡量,包括光度準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、故障率及售后服務(wù)等內(nèi)容。
影響可靠性的因素:首先要查看自己對(duì)儀器條件(如光譜帶寬、掃描速度、采樣間隔、標(biāo)尺設(shè)定等)的選擇是否恰當(dāng),是否對(duì)儀器進(jìn)行了調(diào)零、基線校正、暗電流校正等;
要嚴(yán)格檢查影響儀器光度準(zhǔn)確度的主要指標(biāo):雜散光、光學(xué)元件(尤其是舊機(jī)器)、光度噪聲、基線平直度;
檢查比色皿是否被污染;
查看周圍有無干擾源,主要是電和磁的干擾;
檢查試樣制備的過程;
檢查試樣是否過期等等。
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