紫外可见分光光度计：仪器构造与操作要点

一、仪器构造详解

1. 光源系统

• 紫外光区光源：氢灯和氘灯是常用的紫外光区光源。氢灯通过氢气放电产生紫外光，其光谱范围较宽，但发光强度相对较弱。氘灯则是在氢灯的基础上进行改进，内部充有氘气，发光强度比氢灯高，稳定性也更好，因此在现代紫外可见分光光度计中应用更为广泛。例如，在对一些对紫外光吸收较弱的物质进行分析时，氘灯的高发光强度能够提高检测的灵敏度。

• 可见光区光源：钨灯和卤钨灯用于产生可见光。钨灯是最常见的可见光光源，其发光原理是通过电流加热钨丝使其发光。卤钨灯则在钨灯的基础上，在灯泡内充入少量的卤族元素（如碘、溴等），通过卤钨循环反应，有效地减少了钨丝的蒸发，延长了灯泡的使用寿命，同时提高了发光效率和稳定性。在实际应用中，如进行一些颜色分析实验时，卤钨灯稳定的发光特性能够保证测量结果的准确性。

2. 单色器系统

• 棱镜单色器：棱镜利用光的折射原理来实现分光。当复合光进入棱镜时，由于不同波长的光在棱镜中的折射率不同，它们在棱镜内的传播路径会发生不同程度的偏折，从而在出射端将不同波长的光分开。例如，对于一块玻璃棱镜，蓝光的折射率比红光高，所以蓝光在棱镜中的偏折程度更大，通过合理设计棱镜的形状和角度，可以将不同波长的光按顺序排列输出。棱镜单色器的优点是结构简单，成本较低，但它的色散是非线性的，对不同波长的光分辨率不一致，在一些对波长精度要求较高的应用中存在一定局限性。

• 光栅单色器：光栅是基于光的衍射原理工作的。光栅表面刻有大量等间距的平行刻线，当复合光照射到光栅上时，会发生衍射现象，不同波长的光在不同的衍射角度上形成干涉条纹，通过选择合适的出射狭缝位置，可以获得所需波长的单色光。光栅单色器具有色散线性好、分辨率高的优点，能够更精确地分离出不同波长的光，适用于对波长精度和分辨率要求较高的分析工作，如光谱研究、痕量分析等领域。

3. 样品池组件

• 玻璃样品池：在可见光区测量时，玻璃样品池是常用的选择。玻璃对可见光的透过率较高，且价格相对较低，化学稳定性较好，能够满足大多数可见光区分析实验的需求。例如，在对一些有色溶液进行浓度测量时，玻璃样品池能够很好地保证光的透过和样品的稳定性。但需要注意的是，普通玻璃会吸收紫外光，因此不能用于紫外光区的测量。

• 石英样品池：由于石英材料对紫外光和可见光都具有良好的透过性，且在紫外光区几乎没有吸收，所以在紫外光区测量时必须使用石英样品池。石英样品池的制作工艺要求较高，成本也相对较高，但它对于准确测量物质在紫外光区的吸收特性起着关键作用。例如，在对核酸、蛋白质等生物分子进行紫外吸收光谱分析时，石英样品池是的。

4. 检测器系统

• 光电管：光电管是一种基于光电效应的光电器件。当光照射到光电管的阴极表面时，阴极会发射电子，这些电子在电场的作用下向阳极运动，形成光电流。光电流的大小与入射光的强度成正比。光电管结构简单，成本较低，但灵敏度相对较低，适用于一些对检测灵敏度要求不高的场合。

• 光电倍增管：光电倍增管在光电管的基础上增加了多个倍增极。当光照射到阴极产生光电子后，这些光电子在电场的加速下撞击第一个倍增极，每个光电子可以从倍增极上打出多个二次电子，这些二次电子又继续撞击下一个倍增极，如此逐级倍增，最终在阳极上产生一个放大了很多倍的光电流。光电倍增管具有高的灵敏度，能够检测到非常微弱的光信号，广泛应用于对检测灵敏度要求较高的紫外可见分光光度计中，如在痕量物质分析、弱吸收样品测量等方面发挥着重要作用。

• 光二极管阵列检测器：光二极管阵列检测器由多个光二极管组成阵列。它可以同时检测多个波长的光信号，大大提高了测量效率。在测量过程中，光经过样品后直接照射到光二极管阵列上，每个光二极管对应一个特定的波长范围，通过对各个光二极管输出信号的采集和处理，能够快速获得样品在整个测量波长范围内的吸收光谱。这种检测器常用于需要快速获取全光谱信息的分析工作，如在化学反应动力学研究中，可以实时监测反应过程中光谱的变化。

5. 信号处理与显示系统

• 放大器：由于检测器输出的电信号通常比较微弱，需要经过放大器进行放大处理，以便后续的分析和处理。放大器能够将微弱的电信号增强到合适的幅度，同时尽量减少信号的噪声和失真，保证信号的准确性和稳定性。

• 模数转换器（ADC）：放大器输出的模拟信号需要转换为数字信号，才能被计算机等数字设备进行处理和存储。模数转换器的作用就是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，其转换精度和速度会影响到数据采集的准确性和效率。

• 计算机控制系统：现代紫外可见分光光度计通常配备计算机控制系统，它负责对整个仪器的运行进行控制和管理。操作人员可以通过计算机软件设置测量参数（如波长范围、扫描速度、积分时间等），启动和停止测量过程，实时采集和处理检测器输出的数据，并将测量结果以直观的图表（如吸收光谱图）或数字形式显示出来。计算机控制系统还具备数据存储、分析、打印等功能，方便用户对测量数据进行进一步的处理和保存。

二、操作要点

1. 仪器预热：在使用紫外可见分光光度计之前，必须对仪器进行预热。不同类型的光源预热时间要求不同，一般氢灯或氘灯需要预热 20 - 30 分钟，钨灯或卤钨灯预热 5 - 10 分钟。预热的目的是让光源达到稳定的发光状态，避免因光源发光不稳定而影响测量结果的准确性。例如，如果在氘灯未充分预热的情况下进行测量，可能会导致测量的吸光度值出现波动，无法得到准确的结果。

2. 样品准备

• 溶液配制：准确配制样品溶液是保证测量准确性的关键步骤之一。在配制溶液时，要使用合适的溶剂，确保样品能够全溶解，并且溶液中不存在浑浊、沉淀等杂质。例如，在测量某种有机化合物的浓度时，应选择对该化合物溶解性好且在测量波长范围内无吸收的溶剂。同时，要严格按照标准操作规程进行溶液的配制，使用精度合适的天平、移液管等仪器，保证溶液浓度的准确性。

• 样品池清洗：在使用样品池之前，必须对其进行清洗。先用蒸馏水冲洗样品池，去除表面的灰尘和杂质，然后用待测溶液润洗 2 - 3 次，以确保样品池内溶液的浓度与待测溶液一致。清洗后的样品池要擦干外壁，避免残留的水滴影响光的透过和测量结果。如果样品池清洗不全，残留的杂质可能会对测量结果产生干扰，导致测量误差增大。

3. 波长校准：定期对仪器的波长进行校准是保证测量准确性的重要措施。可以使用标准物质（如镨钕滤光片、汞灯等）来校准波长。将标准物质放入样品池中，按照仪器操作规程进行波长扫描，测量标准物质在特定波长处的吸收峰或发射峰位置，并与标准值进行比较。如果测量值与标准值存在偏差，需要根据仪器说明书进行波长校准操作，调整仪器的波长精度。例如，对于一台波长精度要求为 ±0.5nm 的紫外可见分光光度计，如果在校准过程中发现某一特征波长的测量值与标准值相差超过 0.5nm，就需要及时进行校准，以确保后续测量结果的准确性。

4. 基线校正：在测量样品之前，需要进行基线校正。基线校正的目的是消除仪器本身的噪声、样品池和溶剂对光的吸收和散射等因素对测量结果的影响。具体操作是将装有空白溶剂（即与配制样品溶液相同的溶剂）的样品池放入样品池中，按照测量样品的相同条件进行波长扫描，仪器会自动记录下基线信号。在后续测量样品时，仪器会自动扣除基线信号，得到样品真实的吸收光谱。如果不进行基线校正，测量得到的吸收光谱可能会包含仪器和溶剂等因素的干扰，导致对样品吸收特性的误判。

5. 测量过程

• 样品测量：将准备好的样品溶液小心地倒入样品池中，注意不要产生气泡，以免影响光的透过。将样品池放入仪器的样品池中，按照设定的测量参数（如波长范围、扫描速度等）进行测量。在测量过程中，要保持仪器周围环境的稳定，避免震动、强光照射等干扰因素。例如，在进行高精度的痕量分析时，环境的微小震动都可能导致测量结果出现偏差。

• 数据记录与处理：测量完成后，及时记录测量数据，并根据需要对数据进行处理。现代仪器的计算机控制系统通常具备多种数据处理功能，如平滑曲线、扣除背景、计算吸光度与浓度的关系等。在处理数据时，要根据实验目的和要求选择合适的处理方法，确保数据的准确性和可靠性。例如，在进行定量分析时，要根据比尔 - 朗伯定律，通过测量得到的吸光度值计算样品的浓度，并对计算结果进行合理的误差分析。

6. 仪器维护

• 清洁保养：定期对仪器进行清洁保养，保持仪器表面的清洁，避免灰尘、污垢等进入仪器内部。使用干净的软布擦拭仪器外壳、样品池架等部位。对于样品池，使用后要及时清洗干净，并晾干保存。同时，要定期检查仪器的光学部件，如光源、单色器、检测器等，确保其表面无灰尘和污染物，如有必要，可以使用专用的光学清洁剂进行清洁。

• 定期校准：除了波长校准外，还需要定期对仪器的其他性能指标进行校准，如吸光度准确性、杂散光等。校准的频率可以根据仪器的使用频率和精度要求来确定，一般建议每半年或一年进行一次全面