我們知道，從分光元件來講, 紫外可見分光光度計可分為棱鏡式和光柵式兩種。不過, 近幾年國際上基本不按分光元件來分類了, 因為許多高檔紫外可見分光光度計, 大多由棱鏡和光柵兩種分光元件聯(lián)合組成分光系統(tǒng), 一般前置單色器用棱鏡作分光部件, 主單色器用光柵作分光部件。而單純的棱鏡式紫外可見分光光度計已經很少見了, 特別是國外的制造商, 一般都不再制造棱鏡式紫外可見分光光度計了。但是, 目前我國還在生產棱鏡式紫外可見分光光度計, 如751紫外可見分光光度計, 它在中國市場上暢銷了20 多年, 現(xiàn)在仍深受廣大使用者歡迎。
目前, 國際上一般按紫外可見分光光度計的儀器結構將其分為單光束、準雙光束、雙光束和雙波長四類。本節(jié)將對這四者之間的主要區(qū)別、各自的特點進行簡單介紹。
一、單光束紫外可見分光光度計
1945 年美國Beckman 公司推出的世界上第一臺成熟的紫外可見分光光度計商品儀器, 就是單光束紫外可見分光光度計。顧名思義, 單光束紫外可見分光光度計只有一束單色光, 一只比色皿, 一只光電轉換器( 又稱光接收器)。其光電轉換器通常采用硅光電池、光敏三極管或光電管, 其結構簡單、價格便宜, 但因其雜散光、光源波動、電子學的噪聲等都不能抵消, 故單光束紫外可見分光光度計的光度準確度差。國外的DU70、PU8700 等及我國目前許多企業(yè)正在生產的751、752、753、754 等紫外可見分光光度計就都是單光束儀器,一般來講, 它們屬于低檔儀器。但無錫英之誠高速分析儀器公司生產的753 型儀器可稱得上中檔紫外可見分光光度計, 因為它的功能較全, 可以通過計算機解決許多較復雜的定量分析工作。另外, 我國目前許多企業(yè)正在生產的721、722、723、727 等可見分光光度計也是單光束儀器, 這類儀器完全是低檔儀器。一般來講, 單光束紫外可見分光光度計, 由于其技術指標比較差, 特別是雜散光、光度噪聲、光譜帶寬等主要技術指標比較差, 因此, 分析誤差也較大。所以, 它們在使用上受到限制。一般來講, 要求較高的制藥行業(yè)、質量檢驗行業(yè)、科研等行業(yè)不適宜使用單光束紫外可見分光光度計。
二、準雙光束紫外可見分光光度計
所謂準雙光束紫外可見分光光度計, 就是有兩束光, 但只有一只比色皿的紫外可見分光光度計。其中, 一束光通過比色皿, 另一束光不通過比色皿。不通過比色皿的那束光, 主要起抵消光源波動對分析誤差影響的作用。
準雙光束紫外可見分光光度計有兩種類型: 一種是兩束單色光, 一只比色皿, 兩只光電轉換器; 另一種是一束單色光, 一束復合光, 一只比色皿, 兩只光電轉換器。
( 一) 兩束單色光
這種準雙光束紫外可見分光光度計比較多。目前國內外市場上或用戶正在使用的準雙光束紫外可見分光光度計, 基本上都是這種類型的儀器。這種準雙光束紫外可見分光光度計, 一般都用硅光電池或光電管作光電轉換器。不通過比色皿的這一束光, 除作為參考光束外, 還有一個很重要的作用, 就是用來抵消光源波動, 以提高儀器的穩(wěn)定性。這種儀器的結構也較簡單, 價格較便宜。
我國企業(yè)目前正在生產的TU-1800、TU-1800S、TU-1800PC、TU-1800SPC、UV-762、UV-1600 等紫外可見分光光度計, 就是兩束單色光, 一只比色皿, 兩只光電轉換器的準雙光束紫外可見分光光度計。因其有兩束光, 所以光源波動可抵消一部分, 電子學噪聲也可部分抵消( 因只有一個比色皿, 雜散光不能抵消) , 故準確度較單光束儀器好。它屬普及型的常規(guī)儀器。
( 二) 一束單色光, 一束復合光
這種結構的準雙光束紫外可見分光光度計, 不通過比色皿的那束參考光束為復合光, 它不經過分光器, 直接進入光電轉換器。所以, 參考光束的能量比較大( 要比樣品光束強得多) , 經過光電轉換器后, 電信號也比較強。因為兩束光的強度相差太多, 復合光的強度過大, 單色光的強度較小, 很難達到抵消光源波動對分析誤差影響的作用, 甚至加大這種影響。
目前, 一束單色光和一束復合光的準雙光束紫外可見分光光度計已很少見。
三、雙光束紫外可見分光光度計
顧名思義, 雙光束紫外可見分光光度計就是有兩束單色光的紫外可見分光光度計。它也有兩種類型: 一種是兩束單色光, 兩只比色皿, 兩只光電轉換器; 另一種是兩束單色光, 兩只比色皿, 一只光電轉換器。目前, 國內外的雙光束紫外可見分光光度計中, 兩只光電轉換器的雙光束紫外可見分光光度計儀器已很少見,絕大多數(shù)或基本上都是一只光電轉換器的儀器, 特別是高檔雙光束紫外可見分光光度計, 都是一只光電轉換器的儀器。
這兩種類型的雙光束紫外可見分光光度計, 所用的光電轉換器基本上全部是光電倍增管( PMT )。
( 一) 兩只光電轉換器的雙光束紫外可見分光光度計
使用兩只光電倍增管的雙光束紫外可見分光光度計, 光源波動、雜散光、電噪聲的影響都能部分抵消, 所以定點測量時, 光度準確度好, 但結構較復雜、價格較貴。同時, 因光電倍增管的光譜響應特性不可能完全配對, 所以,光譜掃描時測量誤差很大, 一般不用這種雙光束紫外可見分光光度計來掃描。此外, 因一束光分成兩束, 所以每束光的能量低, 信噪比不如單光束紫外可見分光光度計好。目前, 我國市場上的TY-1880、TY-8500、UV/ FL-1 型等儀器屬于此類雙光束紫外可見分光光度計。
( 二) 一只光電轉換器的雙光束紫外可見分光光度計
目前, 國際上的高檔雙光束紫外可見分光光度計都是兩束光、兩只比色皿, 一只光電轉換器的儀器。如美國的Lambda900、Lambda9、Cary6000、Cary500、Ca ry5 型和日本的UV-2450、UV-3101、U-3400 型以及我國的T U-1901、TU-1900、UV-2100、UV-763 型雙光束紫外可見分光光度計等都是如此。這類雙光束紫外可見分光光度計的技術指標大多都很先進。由于有兩束光, 所以對光源波動、雜散光、電子學噪聲等的影響都能部分抵消, 所以其雜散光、光度噪聲都很小。因此, 這種類型的雙光束紫外可見分光光度計的光度準確度好。這是一只光電轉換器的雙光束紫外可見分光光度計的最大優(yōu)點。
因一束單色光被分成兩束, 所以每束光的能量降低了一半。因此, 一只光電轉換器的雙光束紫外可見分光光度計的信噪比不如單光束紫外可見分光光度計大。但因兩束光路對噪聲可相互抵消, 所以其靈敏度仍然很好。但是其結構較復雜、價格較貴。
關于紫外可見分光光度計中的單光束和雙光束的優(yōu)劣問題, 目前國際上的科技工作者看法不一, 存在著明顯的分歧: 一種觀點認為雙光束儀器好, 因為兩束光可以抵消一部分雜散光, 抵消一部分噪聲, 抵消一部分由于光源波動對
儀器穩(wěn)定性的影響, 從而可以提高紫外可見分光光度計儀器的可靠性。美國的P-E 公司目前認為雙光束紫外可見分光光度計優(yōu)于單光束紫外可見分光光度計。另一種觀點認為單光束儀器好, 因為由于計算機的發(fā)展, 許多單光束儀器的缺點都可以用計算機的軟件來彌補。單光束的光能量較雙光束強, 信噪比較大, 儀器靈敏度較高, 結構較簡單, 價格較便宜。美國的Beckman 公司目前認為單光束紫外可見分光光度計優(yōu)于雙光束紫外可見分光光度計。我國目前生產的紫外可見分光光度計中, 單光束多于雙光束。
四、雙波長紫外可見分光光度計
雙波長紫外可見分光光度計都采用兩個單色器。光源發(fā)出的光被兩個單色器分別分離出波長為λ1 和λ2 , 通過斬波器將兩束單色光λ1 和λ2 交替入射到同一試樣中, 光電倍增管交替地接收到經過試樣吸收后的這兩束單色光, 并把它們變成電信號。電信號經電子學系統(tǒng)處理, 并轉化為它們之間的吸光度差ΔA。
假設開始時交替照射到試樣的兩束單束光λ1 和λ2 的強度相等, 且都為I0 。那么, 根據比耳定律可得
雙波長紫外可見分光光度計主要適用于試樣的多組分測量。
多組分中的單組分測量一般選擇待測組分的λm ax 為測量波長λ2 , 等吸收點波長或待測組分吸收曲線下端的某一波長作為參比波長λ1 , 然后, 測量差吸光度值ΔA = Aλ
1 - Aλ
2 , 求出試樣中待測組分的含量或濃度。
如果試樣中有共存干擾吸收物質, 則可采用等吸收點法和系數(shù)倍率法測量。讀者可參考有關文獻。
如果試樣的吸收光譜上, 有兩個或兩個以上組分的吸收峰互相重疊或非常接近, 或者有很大的渾濁背景吸收干擾, 則可利用導數(shù)光譜來分析測試。這時, 可以不經過任何復雜的分離程序( 如萃取、色譜分離、離子交換分離等) ,就可直接把它們區(qū)分開, 這是導數(shù)光譜最大的優(yōu)點(雙波長法只能獲得一階導數(shù))。
以上是根據光束、比色皿、光電轉換器的數(shù)量來分類的, 也有人根據光接收器的類型, 把紫外可見分光光度計分為光電二極管陣列多通道紫外可見分光光度計、CCD ( 電荷耦合光接收器) 多通道紫外可見分光光度計等。
