吸光光度法的仪器

人们凭借眼睛观察并比较溶液颜色的深浅以确定有色物质含量的方法称目视比色法，该法以复合光为入射光，不需特殊仪器，操作方法简便，但灵敏度和准确度较差。光电比色法和分光光度法使用光电仪器代替人眼测量物质对光的吸收程度，灵敏度和准确度均有很大提高。特别是分光光度法，由于采用了性能更好的单色器和检测器，其测量范围由可见光区扩展到了紫外和红外光谱区，其应用更为广泛。在现代分析化学中，各种分光光度计 （简称光度计）已基本取代了早期的光电比色计。

11．2．1 分光光度计的构成

分光光度计的种类和型号众多，但基本都由光源、单色器、吸收池、检测系统和信号显示系统五个部分构成。

1．光源

可见分光光度计通常采用6～12 V低压钨丝灯作为光源，其发射的复合光波长在360～2500 nm之间。为了使光源的发射光强度稳定，通常在仪器内同时配有电源稳压器。

2．单色器 （分光系统）

单色器的作用是从光源发出的复合光中分出所需要的单色光。分光光度计的单色器通常由入射狭缝、准直镜、色散元件 （棱镜或光栅）、聚焦镜和出射狭缝组成，色散元件是单色器的核心。

棱镜一般由玻璃或石英材料制成。玻璃棱镜由于对紫外光有吸收，只能用于可见光区；石英棱镜既可用于可见光区，也可用于紫外光区。光栅单色器在整个光学光谱区都具有几乎相同的良好的色散能力，因而目前大多数的分光光度计都采用光栅单色器。

从单色器所获单色光的纯度还受出射狭缝宽度的影响。

3．吸收池

吸收池又称比色皿，是用于盛装参比溶液和试样溶液的玻璃器皿。通常随仪器配有厚度 （光程长度）分别为0．5 cm，1 cm，2 cm和3 cm四种规格的比色皿。

比色皿的表面对入射光有一定的反射作用。因为这种反射作用很小，并且在进行光度分析时，都采用同质料和同厚度的比色皿分别盛装试液与参比溶液，因此可以抵消因器皿表面反射光而引起的误差。使用比色皿时要注意保持清洁，避免磨损其光学面，以保持光学面透明，测定时应选择同一规格中透射比相差小于0．5％的比色皿。

4．检测系统

通常是使通过吸收池后的透射光投射到检测器上，利用光电效应而得到与透射光强度成正比的光电流，并进行测量，因而检测器又称光电转换器。

光电比色计和简易分光光度计是以硒光电池为检测器，响应范围为300～800 nm，尤其对500～600 nm的光最为灵敏。硒光电池在较长时间的连续照射后，会出现 “疲劳”现象，使灵敏度降低。

普通分光光度计采用光电管作为检测器，它具有灵敏度高、光敏范围广及不易疲劳等优点。光电管由一个半圆筒形阴极和一个金属丝阳极组成。阴极的弧形表面上涂有一层光敏材料，当光照射于光敏材料时，阴极就发射电子。给两电极上加一电压，电子便流向阳极，形成光电流。常用的光电管有蓝敏和红敏两种，蓝敏光电管为铯锑阴极，适用波长范围为220～625 nm；红敏光电管为银和氧化铯阴极，适用波长范围为600～1200 nm。

中、高档分光光度计广泛采用光电倍增管作为检测器。由于光电倍增管中有多个倍增极，对微弱的光电流有很强的放大作用，因而较光电管更为灵敏，适用波长范围为160～700 nm。

5．信号显示系统

它的作用是检测光电流强度的大小，并以一定的方式显示或记录下来。早期的中、低档分光光度计采用检流计 （如72型）、微安表 （如721型）和电位计 （如751型）等指针式指示系统，它有透射比T和吸光度A两种标尺。由于吸光度是透射比的负对数，所以吸光度标尺的刻度是不均匀的。现代分光光度计广泛采用数字电压表、函数记录仪、示波器及计算机数据处理台等进行信号处理和显示。

11．2．2 分光光度计的类型

根据仪器适用的波长范围，分光光度计分为可见分光光度计、紫外－可见分光光度计和红外分光光度计，后两种主要用于有机物的结构分析，将在分析化学下册的仪器分析中给予讨论。

根据仪器的结构与功能不同，分光光度计又可分为单光束、双光束和双波长三种基本类型，三者在光路和吸收池的排列方式上的差异如图11－6所示。

1．单光束分光光度计

简易分光光度计都属于这种类型，如我国普遍使用的721型、722型和724型等。其结构见图11－6（a）。单光束分光光度计结构简单、价格低廉，特别适合于固定测定波长的定量分析。但因测量时需先将参比溶液移入光路调节吸光度零点，然后再手动操作盛有吸收池装置的拉杆，将试液推入光路，测量其吸光度，在不同时间内对参比溶液和试样溶液进行比较，所以会由于光源和检测系统的不稳定性而引起测量误差；此外也无法进行吸收光谱的自动扫描，因此单光束分光光度计不适合进行经常变更测量波长的定性分析。

图11－6 各类分光光度计工作原理示意图

（a）单光速 （b）双光速 （c）双波长

2．双光束分光光度计

双光束分光光度计的构造原理如图11－6（b）所示。图中M1和M4为半反射半透射旋转镜，M2和M3为平面反射镜。工作时，来自单色器的单色光在M1旋转到透射位置而M4旋转到反射位置的瞬间，通过参比溶液R照射到检测器上，光强为Io；而在M1旋转到反射位置、M4旋转到透射位置的另一瞬间，单色光则通过试样溶液S照射到检测器上，光强为It。旋转镜快速同步旋转，检测器交替接收光信号Io和It，经处理后，一次即可测得试样溶液和参比溶液的吸光度之差，即试样溶液的吸光度。

由于双光束仪器对透过参比溶液和试样溶液的光强Io和It的测量几乎同时进行，补偿了因光源和检测系统的不稳定而造成的影响，因而具有较高的测量精密度和准确度。双光束仪器可以连续地变更入射光波长，测量在不同波长下试样溶液的吸光度，从而实现吸收光谱的自动扫描。但双光束分光光度计的光路设计要求严格，价格也比较昂贵。

3．双波长分光光度计

介绍略