分光光度計(jì)原理及結(jié)構(gòu)

分光光度計(jì)原理

分子，包括雙原子分子的光譜，要比原子光譜復(fù)雜得多。這是由于在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有核間相對(duì)位移引起的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。這三種運(yùn)動(dòng)能量都是量子化的，并對(duì)應(yīng)有一定的能級(jí)。分子的總能量可以認(rèn)為是這三種能量的總和，即E=E。＋E振＋E轉(zhuǎn)
當(dāng)用頻率為υ的電磁波照射分子，而該分子的較高能級(jí)與較低能級(jí)之差⊿E恰好等于該電磁波的能量 hυ時(shí)，即有⊿E=hυ這里，h為普朗克常數(shù)。此時(shí)，在微觀上出現(xiàn)分子由較低的能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)，在宏觀上則表現(xiàn)為透射光的強(qiáng)度變小。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并記錄下來，就可以得到一張光強(qiáng)度變化對(duì)波長的關(guān)系曲線圖——分子吸收光譜圖。
紫外--可見區(qū)的分子吸收光譜一般是譜帶較寬的帶狀光譜，它是由于電子能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的光譜，因此又叫做電子光譜。

分子吸收光譜與物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，吸光度的大小與物質(zhì)的含量有關(guān)，我們利用吸收光譜的形狀和吸收程度的大小即可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量的分析。這種分析方法叫做分光光度法。
分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)
與光電比色計(jì)相比，在結(jié)構(gòu)上分光光度計(jì)用單色器代替了濾光片，其它部分兩者比較相似。

（一）單色器：單色器是指一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，它比濾光片能更有效地提供帶寬窄的單色光。單色器的主要組件是玻璃棱鏡、復(fù)合濾光片或光柵。來自光源的光線，可直接通過單色器的狹縫，照到分光部件上。單色器的效率比普通濾光片高。在紫外和可見光范圍內(nèi)，半寬度不超過1nm。
1．棱鏡單色器
從幾何光學(xué)我們知道，當(dāng)一束光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)時(shí)，在界面會(huì)發(fā)生折射和反射，如圖4-3所示。設(shè)入射角為i，折射角為θ，則其折射率n為:n = Sini/sinθ
不同的光學(xué)材料具有不同的折射率，這是眾所周知的。即使使用同一種光學(xué)材料，以相同的人射角照射，若波長不同，得到的折射角也不一樣。透明物質(zhì)的折射率n和入射光波長的關(guān)系可以用下列經(jīng)驗(yàn)式表示：n＝ A＋B/λ2＋C/λ4＋…
式中A、B、C的數(shù)值與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。從式中可以看出，波長越長，折射率越小。一束復(fù)合光進(jìn)入棱鏡，由于不同波長的光，其折射率不同，通過棱鏡后，復(fù)色光就按不同的波長分開來了實(shí)驗(yàn)證明，棱鏡的色散具有非線性，即①譜線彎曲；②不同波長區(qū)域色散效果不同，紅端色散差，紫端色散較好。雖然在實(shí)際應(yīng)用中的棱鏡單色器與圖示的不盡相同，然而它們的工作原理是一樣的。

2．光柵單色器
衍射光柵也可用作單色器。衍射光柵是由一系列刻劃在高光潔度反射表面上溝紋組成的。溝紋排列異常密集，每英寸長度上有15000或30000條。將光柵放在一平行光束里，光柵的一面被照亮，這一面可看作是塊非常小的反射鏡。
從溝紋反射鏡反射出的光線相重疊，發(fā)生干涉。另一方面，如果在光線方向上的溝紋條數(shù)是波長的整數(shù)倍時(shí)，光線就被溝紋分開，這種波就是同向的，射線被反射。當(dāng)它不是波長的整數(shù)倍時(shí)，光線被抵消，沒有反射現(xiàn)象。改變光線照到光柵上的角度，就可以改變反射光的波長。
射線波長λ與反射角θ的關(guān)系，如下式：m λ= 2dsinθ
式中，d是溝紋之間的距離，θ是光柵常數(shù)；m是干涉價(jià)數(shù)。
當(dāng)m=1時(shí)，為一階譜；
m=2時(shí)，為二階譜。

光柵的分辨能力取決于它的mN值，N是光柵上總溝紋數(shù)或總條數(shù)。條數(shù)多時(shí)，一階譜的分辨力高。與棱鏡相比，光柵的分辨能力更高些，并能用于所有譜段范圍，光柵的色散呈線性。

光柵的表面鍍有鋁膜，質(zhì)地松軟，極易擦傷。所以在維護(hù)時(shí)嚴(yán)禁用任何擦拭物擦拭，更不能用手去觸摸，否則，會(huì)造成永久損壞。也不準(zhǔn)用嘴去吹光柵上的灰塵。光柵萬一臟了，可以用洗耳球吹去表面上的灰塵。如不奏效，可以在光柵上均勻地涂上一層粘膠棉（俗稱火棉膠）液，等膠液干了以后，將液膜輕輕揭下。此法可以將光柵上的臟物去掉?，F(xiàn)在有的光柵已鍍有保護(hù)膜.

（二）準(zhǔn)直鏡和聚光鏡：準(zhǔn)直鏡用來減小光束的尺寸并提供平行光，其多由凹面鏡制成。凹面鏡的反射鏡面大都是鍍鋁的。在可見光區(qū)，鋁膜外面常常再鍍上一層SiO2保護(hù)層。但在紫外區(qū)，為了保證較高的反射效率。常常不鍍此SiO2保護(hù)膜，這種準(zhǔn)直鏡的維護(hù)方法與光柵相同。
聚光鏡：為一凸透鏡。點(diǎn)光源發(fā)出的光，經(jīng)聚光鏡后，變成平行光，然后再進(jìn)入棱鏡（或光柵）色散系統(tǒng)。色散后的平行光再經(jīng)聚光鏡會(huì)聚后，照射到比色皿上。

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審核編輯黃宇