我們知道，從分光元件來(lái)講, 紫外可見分光光度計(jì)可分為棱鏡式和光柵式兩種。不過(guò), 近幾年國(guó)際上基本不按分光元件來(lái)分類了, 因?yàn)樵S多高檔紫外可見分光光度計(jì), 大多由棱鏡和光柵兩種分光元件聯(lián)合組成分光系統(tǒng), 一般前置單色器用棱鏡作分光部件, 主單色器用光柵作分光部件。而單純的棱鏡式紫外可見分光光度計(jì)已經(jīng)很少見了, 特別是國(guó)外的制造商, 一般都不再制造棱鏡式紫外可見分光光度計(jì)了。但是, 目前我國(guó)還在生產(chǎn)棱鏡式紫外可見分光光度計(jì), 如751紫外可見分光光度計(jì), 它在中國(guó)市場(chǎng)上暢銷了20 多年, 現(xiàn)在仍深受廣大使用者歡迎。
目前, 國(guó)際上一般按紫外可見分光光度計(jì)的儀器結(jié)構(gòu)將其分為單光束、準(zhǔn)雙光束、雙光束和雙波長(zhǎng)四類。本節(jié)將對(duì)這四者之間的主要區(qū)別、各自的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
一、單光束紫外可見分光光度計(jì)
1945 年美國(guó)Beckman 公司推出的世界上第一臺(tái)成熟的紫外可見分光光度計(jì)商品儀器, 就是單光束紫外可見分光光度計(jì)。顧名思義, 單光束紫外可見分光光度計(jì)只有一束單色光, 一只比色皿, 一只光電轉(zhuǎn)換器( 又稱光接收器)。其光電轉(zhuǎn)換器通常采用硅光電池、光敏三極管或光電管, 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜, 但因其雜散光、光源波動(dòng)、電子學(xué)的噪聲等都不能抵消, 故單光束紫外可見分光光度計(jì)的光度準(zhǔn)確度差。國(guó)外的DU70、PU8700 等及我國(guó)目前許多企業(yè)正在生產(chǎn)的751、752、753、754 等紫外可見分光光度計(jì)就都是單光束儀器,一般來(lái)講, 它們屬于低檔儀器。但無(wú)錫英之誠(chéng)高速分析儀器公司生產(chǎn)的753 型儀器可稱得上中檔紫外可見分光光度計(jì), 因?yàn)樗墓δ茌^全, 可以通過(guò)計(jì)算機(jī)解決許多較復(fù)雜的定量分析工作。另外, 我國(guó)目前許多企業(yè)正在生產(chǎn)的721、722、723、727 等可見分光光度計(jì)也是單光束儀器, 這類儀器完全是低檔儀器。一般來(lái)講, 單光束紫外可見分光光度計(jì), 由于其技術(shù)指標(biāo)比較差, 特別是雜散光、光度噪聲、光譜帶寬等主要技術(shù)指標(biāo)比較差, 因此, 分析誤差也較大。所以, 它們?cè)谑褂蒙鲜艿较拗啤Ｒ话銇?lái)講, 要求較高的制藥行業(yè)、質(zhì)量檢驗(yàn)行業(yè)、科研等行業(yè)不適宜使用單光束紫外可見分光光度計(jì)。
二、準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì)
所謂準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì), 就是有兩束光, 但只有一只比色皿的紫外可見分光光度計(jì)。其中, 一束光通過(guò)比色皿, 另一束光不通過(guò)比色皿。不通過(guò)比色皿的那束光, 主要起抵消光源波動(dòng)對(duì)分析誤差影響的作用。
準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì)有兩種類型: 一種是兩束單色光, 一只比色皿, 兩只光電轉(zhuǎn)換器; 另一種是一束單色光, 一束復(fù)合光, 一只比色皿, 兩只光電轉(zhuǎn)換器。
( 一) 兩束單色光
這種準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì)比較多。目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上或用戶正在使用的準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì), 基本上都是這種類型的儀器。這種準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì), 一般都用硅光電池或光電管作光電轉(zhuǎn)換器。不通過(guò)比色皿的這一束光, 除作為參考光束外, 還有一個(gè)很重要的作用, 就是用來(lái)抵消光源波動(dòng), 以提高儀器的穩(wěn)定性。這種儀器的結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單, 價(jià)格較便宜。
我國(guó)企業(yè)目前正在生產(chǎn)的TU-1800、TU-1800S、TU-1800PC、TU-1800SPC、UV-762、UV-1600 等紫外可見分光光度計(jì), 就是兩束單色光, 一只比色皿, 兩只光電轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì)。因其有兩束光, 所以光源波動(dòng)可抵消一部分, 電子學(xué)噪聲也可部分抵消( 因只有一個(gè)比色皿, 雜散光不能抵消) , 故準(zhǔn)確度較單光束儀器好。它屬普及型的常規(guī)儀器。
( 二) 一束單色光, 一束復(fù)合光
這種結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì), 不通過(guò)比色皿的那束參考光束為復(fù)合光, 它不經(jīng)過(guò)分光器, 直接進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器。所以, 參考光束的能量比較大( 要比樣品光束強(qiáng)得多) , 經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換器后, 電信號(hào)也比較強(qiáng)。因?yàn)閮墒獾膹?qiáng)度相差太多, 復(fù)合光的強(qiáng)度過(guò)大, 單色光的強(qiáng)度較小, 很難達(dá)到抵消光源波動(dòng)對(duì)分析誤差影響的作用, 甚至加大這種影響。
目前, 一束單色光和一束復(fù)合光的準(zhǔn)雙光束紫外可見分光光度計(jì)已很少見。
三、雙光束紫外可見分光光度計(jì)
顧名思義, 雙光束紫外可見分光光度計(jì)就是有兩束單色光的紫外可見分光光度計(jì)。它也有兩種類型: 一種是兩束單色光, 兩只比色皿, 兩只光電轉(zhuǎn)換器; 另一種是兩束單色光, 兩只比色皿, 一只光電轉(zhuǎn)換器。目前, 國(guó)內(nèi)外的雙光束紫外可見分光光度計(jì)中, 兩只光電轉(zhuǎn)換器的雙光束紫外可見分光光度計(jì)儀器已很少見,絕大多數(shù)或基本上都是一只光電轉(zhuǎn)換器的儀器, 特別是高檔雙光束紫外可見分光光度計(jì), 都是一只光電轉(zhuǎn)換器的儀器。
這兩種類型的雙光束紫外可見分光光度計(jì), 所用的光電轉(zhuǎn)換器基本上全部是光電倍增管( PMT )。
( 一) 兩只光電轉(zhuǎn)換器的雙光束紫外可見分光光度計(jì)
使用兩只光電倍增管的雙光束紫外可見分光光度計(jì), 光源波動(dòng)、雜散光、電噪聲的影響都能部分抵消, 所以定點(diǎn)測(cè)量時(shí), 光度準(zhǔn)確度好, 但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格較貴。同時(shí), 因光電倍增管的光譜響應(yīng)特性不可能完全配對(duì), 所以,光譜掃描時(shí)測(cè)量誤差很大, 一般不用這種雙光束紫外可見分光光度計(jì)來(lái)掃描。此外, 因一束光分成兩束, 所以每束光的能量低, 信噪比不如單光束紫外可見分光光度計(jì)好。目前, 我國(guó)市場(chǎng)上的TY-1880、TY-8500、UV/ FL-1 型等儀器屬于此類雙光束紫外可見分光光度計(jì)。
( 二) 一只光電轉(zhuǎn)換器的雙光束紫外可見分光光度計(jì)
目前, 國(guó)際上的高檔雙光束紫外可見分光光度計(jì)都是兩束光、兩只比色皿, 一只光電轉(zhuǎn)換器的儀器。如美國(guó)的Lambda900、Lambda9、Cary6000、Cary500、Ca ry5 型和日本的UV-2450、UV-3101、U-3400 型以及我國(guó)的T U-1901、TU-1900、UV-2100、UV-763 型雙光束紫外可見分光光度計(jì)等都是如此。這類雙光束紫外可見分光光度計(jì)的技術(shù)指標(biāo)大多都很先進(jìn)。由于有兩束光, 所以對(duì)光源波動(dòng)、雜散光、電子學(xué)噪聲等的影響都能部分抵消, 所以其雜散光、光度噪聲都很小。因此, 這種類型的雙光束紫外可見分光光度計(jì)的光度準(zhǔn)確度好。這是一只光電轉(zhuǎn)換器的雙光束紫外可見分光光度計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)。
因一束單色光被分成兩束, 所以每束光的能量降低了一半。因此, 一只光電轉(zhuǎn)換器的雙光束紫外可見分光光度計(jì)的信噪比不如單光束紫外可見分光光度計(jì)大。但因兩束光路對(duì)噪聲可相互抵消, 所以其靈敏度仍然很好。但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格較貴。
關(guān)于紫外可見分光光度計(jì)中的單光束和雙光束的優(yōu)劣問(wèn)題, 目前國(guó)際上的科技工作者看法不一, 存在著明顯的分歧: 一種觀點(diǎn)認(rèn)為雙光束儀器好, 因?yàn)閮墒饪梢缘窒徊糠蛛s散光, 抵消一部分噪聲, 抵消一部分由于光源波動(dòng)對(duì)
儀器穩(wěn)定性的影響, 從而可以提高紫外可見分光光度計(jì)儀器的可靠性。美國(guó)的P-E 公司目前認(rèn)為雙光束紫外可見分光光度計(jì)優(yōu)于單光束紫外可見分光光度計(jì)。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為單光束儀器好, 因?yàn)橛捎谟?jì)算機(jī)的發(fā)展, 許多單光束儀器的缺點(diǎn)都可以用計(jì)算機(jī)的軟件來(lái)彌補(bǔ)。單光束的光能量較雙光束強(qiáng), 信噪比較大, 儀器靈敏度較高, 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單, 價(jià)格較便宜。美國(guó)的Beckman 公司目前認(rèn)為單光束紫外可見分光光度計(jì)優(yōu)于雙光束紫外可見分光光度計(jì)。我國(guó)目前生產(chǎn)的紫外可見分光光度計(jì)中, 單光束多于雙光束。
四、雙波長(zhǎng)紫外可見分光光度計(jì)
雙波長(zhǎng)紫外可見分光光度計(jì)都采用兩個(gè)單色器。光源發(fā)出的光被兩個(gè)單色器分別分離出波長(zhǎng)為λ1 和λ2 , 通過(guò)斬波器將兩束單色光λ1 和λ2 交替入射到同一試樣中, 光電倍增管交替地接收到經(jīng)過(guò)試樣吸收后的這兩束單色光, 并把它們變成電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)電子學(xué)系統(tǒng)處理, 并轉(zhuǎn)化為它們之間的吸光度差ΔA。
假設(shè)開始時(shí)交替照射到試樣的兩束單束光λ1 和λ2 的強(qiáng)度相等, 且都為I0 。那么, 根據(jù)比耳定律可得
雙波長(zhǎng)紫外可見分光光度計(jì)主要適用于試樣的多組分測(cè)量。
多組分中的單組分測(cè)量一般選擇待測(cè)組分的λm ax 為測(cè)量波長(zhǎng)λ2 , 等吸收點(diǎn)波長(zhǎng)或待測(cè)組分吸收曲線下端的某一波長(zhǎng)作為參比波長(zhǎng)λ1 , 然后, 測(cè)量差吸光度值ΔA = Aλ
1 - Aλ
2 , 求出試樣中待測(cè)組分的含量或濃度。
如果試樣中有共存干擾吸收物質(zhì), 則可采用等吸收點(diǎn)法和系數(shù)倍率法測(cè)量。讀者可參考有關(guān)文獻(xiàn)。
如果試樣的吸收光譜上, 有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分的吸收峰互相重疊或非常接近, 或者有很大的渾濁背景吸收干擾, 則可利用導(dǎo)數(shù)光譜來(lái)分析測(cè)試。這時(shí), 可以不經(jīng)過(guò)任何復(fù)雜的分離程序( 如萃取、色譜分離、離子交換分離等) ,就可直接把它們區(qū)分開, 這是導(dǎo)數(shù)光譜最大的優(yōu)點(diǎn)(雙波長(zhǎng)法只能獲得一階導(dǎo)數(shù))。
以上是根據(jù)光束、比色皿、光電轉(zhuǎn)換器的數(shù)量來(lái)分類的, 也有人根據(jù)光接收器的類型, 把紫外可見分光光度計(jì)分為光電二極管陣列多通道紫外可見分光光度計(jì)、CCD ( 電荷耦合光接收器) 多通道紫外可見分光光度計(jì)等。
