分光光度计原理及结构

分光光度计原理

分子，包括双原子分子的光谱，要比原子光谱复杂得多。这是由于在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间相对位移引起的振动和转动。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定的能级。分子的总能量可以认为是这三种能量的总和，即E=E。＋E振＋E转
当用频率为υ的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差⊿E恰好等于该电磁波的能量 hυ时，即有⊿E=hυ这里，h为普朗克常数。此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级，在宏观上则表现为透射光的强度变小。若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图——分子吸收光谱图。
紫外--可见区的分子吸收光谱一般是谱带较宽的带状光谱，它是由于电子能级跃迁而产生的光谱，因此又叫做电子光谱。

分子吸收光谱与物质本身的结构有关，吸光度的大小与物质的含量有关，我们利用吸收光谱的形状和吸收程度的大小即可对物质进行定性和定量的分析。这种分析方法叫做分光光度法。
分光光度计的基本结构
与光电比色计相比，在结构上分光光度计用单色器代替了滤光片，其它部分两者比较相似。

（一）单色器：单色器是指一个光学系统，它比滤光片能更有效地提供带宽窄的单色光。单色器的主要组件是玻璃棱镜、复合滤光片或光栅。来自光源的光线，可直接通过单色器的狭缝，照到分光部件上。单色器的效率比普通滤光片高。在紫外和可见光范围内，半宽度不超过1nm。
1．棱镜单色器
从几何光学我们知道，当一束光从一种介质射到另一种介质时，在界面会发生折射和反射，如图4-3所示。设入射角为i，折射角为θ，则其折射率n为:n = Sini/sinθ
不同的光学材料具有不同的折射率，这是众所周知的。即使使用同一种光学材料，以相同的人射角照射，若波长不同，得到的折射角也不一样。透明物质的折射率n和入射光波长的关系可以用下列经验式表示：n＝ A＋B/λ2＋C/λ4＋…
式中A、B、C的数值与物质的性质有关。从式中可以看出，波长越长，折射率越小。一束复合光进入棱镜，由于不同波长的光，其折射率不同，通过棱镜后，复色光就按不同的波长分开来了实验证明，棱镜的色散具有非线性，即①谱线弯曲；②不同波长区域色散效果不同，红端色散差，紫端色散较好。虽然在实际应用中的棱镜单色器与图示的不尽相同，然而它们的工作原理是一样的。

2．光栅单色器
衍射光栅也可用作单色器。衍射光栅是由一系列刻划在高光洁度反射表面上沟纹组成的。沟纹排列异常密集，每英寸长度上有15000或30000条。将光栅放在一平行光束里，光栅的一面被照亮，这一面可看作是块非常小的反射镜。
从沟纹反射镜反射出的光线相重叠，发生干涉。另一方面，如果在光线方向上的沟纹条数是波长的整数倍时，光线就被沟纹分开，这种波就是同向的，射线被反射。当它不是波长的整数倍时，光线被抵消，没有反射现象。改变光线照到光栅上的角度，就可以改变反射光的波长。
射线波长λ与反射角θ的关系，如下式：m λ= 2dsinθ
式中，d是沟纹之间的距离，θ是光栅常数；m是干涉价数。
当m=1时，为一阶谱；
m=2时，为二阶谱。

光栅的分辨能力取决于它的mN值，N是光栅上总沟纹数或总条数。条数多时，一阶谱的分辨力高。与棱镜相比，光栅的分辨能力更高些，并能用于所有谱段范围，光栅的色散呈线性。

光栅的表面镀有铝膜，质地松软，极易擦伤。所以在维护时严禁用任何擦拭物擦拭，更不能用手去触摸，否则，会造成永久损坏。也不准用嘴去吹光栅上的灰尘。光栅万一脏了，可以用洗耳球吹去表面上的灰尘。如不奏效，可以在光栅上均匀地涂上一层粘胶棉（俗称火棉胶）液，等胶液干了以后，将液膜轻轻揭下。此法可以将光栅上的脏物去掉。现在有的光栅已镀有保护膜.

（二）准直镜和聚光镜：准直镜用来减小光束的尺寸并提供平行光，其多由凹面镜制成。凹面镜的反射镜面大都是镀铝的。在可见光区，铝膜外面常常再镀上一层SiO2保护层。但在紫外区，为了保证较高的反射效率。常常不镀此SiO2保护膜，这种准直镜的维护方法与光栅相同。
聚光镜：为一凸透镜。点光源发出的光，经聚光镜后，变成平行光，然后再进入棱镜（或光栅）色散系统。色散后的平行光再经聚光镜会聚后，照射到比色皿上。

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审核编辑黄宇