当前位置:主页 > 新闻中心 > 基于后分光测量技术的分光光度计设计探讨
基于后分光测量技术的分光光度计设计探讨
时间:2018-11-23 点击次数:815

本文主要介绍了分光光度测量中的两种不同的分光技术的原理、构造及应用,分析了后分光相对前分光的比较优势,对后分光测量技术应用于普 通分光光度计上的改进设计进行了讨论。

 引言 分光光度计目前在检验检测领域广泛应用,用于对 物质进行定性分析、定量分析,以及结构分析或测定某些 化合物的理化参数。 基于光吸收的基本定律即 Lambert—Beer 定律做为 分光光度分析的依据和基础,其数学表达式为: A = —lgT = klc。 式中: A—物质的吸光度; T—物质的透射比; k—物 质的吸光系数; l—光程 c—物质的深度。 分光光度测量仪器一般由光源系统、分光系统、样品 系统、检测系统、处理存储系统五大系统构成。根据分光 系统相对样品检测位置的不同分光光度测量仪器分为前 分光式和后分光式。若光在经过样品检测位置前已经被 分光系统分离为单色光的,一般称为前分光。若光先经 过样品检测位置后再经过分光系统进行分光成单色光 的,称之为后分光。 2 目前分光光度计普遍采用前分光 分光光度计做为实验室的常规实验仪器,用于物质 成分的光度分析、定量分析,已在各行各业得到大量使 用。广泛应用于食品药品、机械制造、生物研究、教学科 研、化学化工、质量检验和水质环保等各大领域。 分光光度计的光源发出连续光谱,经过分光器产生 单色光。分光器在分光光度计中一般使用干涉滤光片、 棱镜或光栅进行分光。干涉滤光片有插入式和转盘式两 种。插入式就是将需用的滤光片插入滤光片卡槽中,转 盘式是将仪器配备的滤光片都固定安装在圆盘中,使用 时旋转至所需波长的滤光片处即可。干涉滤光片虽然价 格便宜,但易受潮霉变影响检测结果的准确性。棱镜分 光是利用光的折射作用产生连续光谱,因其光谱不如光 栅光谱精细,分辨率低,而逐渐被光栅所替代。光栅有全 息反射光栅和蚀刻凹面光栅两种。全息反射光栅在玻璃 上覆盖一层金属膜制成,杂散光小,波长范围大、光谱范 围宽,对光能量的利用率高。蚀刻凹面光栅将所选波长 固定地刻制在凹面玻璃上,耐磨损、抗腐蚀、无相差。分 光光度计利用准直镜将发散光变为平行光束,并把来自 分光器的光聚焦于狭缝前。通过转动分光器的波长盘, 带动分光器机械转动,可以改变单色光出射光束的波长。 通过调节狭缝的宽度,可以改变出射光束的带宽和单色 光的纯度。经选择后的特定波长的单色光穿过狭缝后进 入样品,经样品物质的光吸收,进入检测器。可见分光光 度计的检测器就是一种光电转换设备,它把光经样品物 质吸收后强弱的变化转化为电信号的变化。可见分光光 度计的检测器一般使用用光电池、光电管或光电倍增管。

3 后分光在生化分析仪上广泛应用 分光光度测量技术也是生化分析的常用技术手段,经历多年的技术发展,生化分析仪器由原来的半自动生 化分析发展为全自动生化分析。全自动生化分析因其测 量速度快、准确性高、消耗试剂量小,现已在各级医疗机 构得到广泛使用,极大的提高了常规生化检验的效率。 半自动分析仪器也采用过前分光测量技术,而现在的全 自动生化分析仪器已广泛应用了后分光测量技术。 后分光测量系统中,光源发射的点光束先照射到样 品所在的反应比色杯,点光束通过样品比色杯后,再经过 一组广差纠正系统的还原透镜,将点光束还原成原始光 束,然后到达分光器。分光器一般采用采用凹面全息光 栅,它不仅可以分光得到分辨力高、光谱范围宽、杂散光 少的单色光,同时还可以起到准直和聚焦作用。光束被 分光器分光成单色光后照射到检测器。后分光测量的检 测器现在一般采用光电二极管阵列。光电二极管在受到 光照射后,其导电性增强的大小与光强成正比关系,检测 器正是利用了它的这个特性进行光电转换及测量。常见 的检测器对应 340nm ~ 800nm 中的 10 ~ 12 个固定波长, 也有的检测器可进行全波段波长检测。虽然较早的光电 二极管在紫外光区灵敏度不高,赶不上光电倍增管,但目 前的硅光电二极管的检测灵敏度有了较大提高,检测范 围已可以达到 170nm ~ 1100nm,履盖紫外、可见、近红外 广谱光区,而且其稳定性更好,使用寿命更长,价格便宜, 所以在后分光测量系统的检测器中得到广泛的采用。

4 后分光相对前分光的比较优势 前分光测量系统中为了改变所需的波长,需要转动 波长调节机构,通过进行机械运动使波长发生变化。波 长切换的速度较慢从而影响测量的速度。前分光测量系 统中频繁的进行调节、转动,会使机械结构出现波长偏 差。波长的示值误差一般都要求小于几个 nm,波长误差 的出现会导致测量结果出现偏差。相对于前分光,后分 光在使用阵列型检测元件时不需要进行机械运动,光经 过光栅分成固定的 10 ~ 12 种波长或者全波段波长,波长 的切换直接由操作程序控制完成,所以后分光测量的优 点就是不需移动仪器比色系统中的任何部件,仍可同时 选用双波长或多波长进行测定,这样就降低了比色的影 响因素,提高了分析的度,减少了故障率,对分析的 准确度有非常大的帮助。 前分光测量系统光路的光束由于狭缝的作用,显现 为条形光束。后分光测量系统光路使用点光束的较多, 与前分光系统的光源相比可以提率。点光束的使用 使样品比色杯不再受大小限制,即使再小的比色杯点光 束也可以通过,这样就使得检测样品的量变小,节约了试 剂消耗量。有统计显示后分光系统中由于较多的使用了 微量检测样品池使得试剂消耗减少 40% ~ 60% ,节约了 成本,经济性更好。 后分光测量系统的光电转换,现在多采用光电二极 管阵列。由于技术的发展,所使用光电二极管阵列密度 大大提高,阵列内光电二极管的数目已达到 1000 多个, 使得检测分辨率、灵敏度增强。多波长直排式光电二极 管阵列,可以对每一项光化学反应同时作多波长分析。 光电二极管检测的动态范围宽、响应速度快,产生的信号 易于检测和放大,噪声较低,它作为固体元件比以往的光 电倍增管更加耐用,使用寿命较长。在采用了光—数码 信号直接转换技术后,也可以将光路中的光信号直接变 成数码信号,使得电磁波对信号的干扰及信号传递过程 中的衰减完全消除,提高了灵敏度。 后分光测量系统在信号传输过程中也有的采用光导 纤维,可使信号达到无衰减,测试精度提高近 100 倍。光 路系统数码处理技术与数字光纤传输检测信号联用,可 以减少各种干扰,提高检测精度和速度,对实现超微量检 测非常有利。检测处理系统完成对信号的计算机辅助存 储、处理,系统对数据的处理速度很快,特别是在进行全 波段扫描时速度较快,在 10ms 内即可完成扫描并绘制 出波长、吸光度相对时间的 3D 立体光谱图,还可以方便 快捷的得到不同波长对应的吸光度数据,这种应用特别 是对连续监测的检测时优点突出,是理想的检测途径。 5 后分光在分光光度计上的应用 目前在用的分光光度计使用后分光测量技术的还不 多,但是后分光测量技术已在诸如全自动生化分析仪上 得到了广泛应用,后分光测量技术也完全可以应用于分 光光度计之上。 后分光分光光度计在硬件上的设计,主要体现在系 统上的后分光测量技术设计。样品检测位置设计在分光 系统之前,光源发射的光束直接照射在样品,光束经过样 品其特定波长被吸收后进入分光器。分光器可以采用凹 面全息光栅,可有助简化分光结构。检测器可采用光电 二极管阵列,提高测量速度,也可累积测量吸光度,提高 动态测量范围。光路系统采用封闭组合,因其没有需要 活动的部件,可使光路无需任何保养,且分光,使用寿命长。基于后分光的分光光度计设计可以提高分光光 度计的性能技术指标,波长准确性、重复性高,故障率低, 有效保证分析测试数据的准确可靠。 后分光测量技术在自动生化分析仪上的广泛应用还 得益于其程序控制系统的设计应用。后分光测量技术若 应用于分光光度计,必少不了对操作程序控制系统的开 发。分析数据的处理、数据的存储等都可通过程序自动 完成。现代测量仪器从使用角度来考量,仪器操作是否 简单、人机界面是否友好、是否人性化,对操作者的影响 较大,所以测量仪器的设计一定要有更合理的设计工艺。 6 结语 基于 Lambert - Beer 定律的分光光度测量是分析测 试的常用方法。前分光测量技术在分光光度计中被普遍 采用。后分光测量技术在自动生化分析中已得到长足发 展并得到充分应用。后分光相对前分光在测量准确度、 数据处理快捷性、应用广泛性等方面具有比较优势,也完 全可以应用于普通分光光度计之上。虽然目前这种结合 还不多,较少有后分光测量技术应用其中,但随着技术应 用的不断探索,这种结合也必将得到更广泛的应用。

扫一扫,加微信

版权所有 © 2019 上海奥析科学仪器有限公司
备案号:沪ICP备13035263号-2 技术支持:化工仪器网 管理登陆 GoogleSitemap