技術(shù)文章
Technical articles一、儀器原理
分光光度計(jì)用于有色溶液的定量比色分析。
溶液中的有色物質(zhì)對光的吸收具有選擇性【注1】。如圖0-29所示,當(dāng)某單色光通過溶液時,其能量就會因被吸收而減弱,光能量減弱的程度與物質(zhì)的濃度有一定的比例關(guān)系,服從郎伯-比爾(Lambert-Beer)定律:
A = kcl
式中A為吸光度,它是入射光強(qiáng)度I0與透射光強(qiáng)度It比值的對數(shù),即
A=lg(I0/It),c為有色溶液的濃度,l為液層的厚度,k為吸光系數(shù),它與入射光的波長以及溶液的性質(zhì)、溫度有關(guān)。
分光光度計(jì)是按上述物理光學(xué)的基本原理設(shè)計(jì)的。現(xiàn)以721型分光光度計(jì)為例,簡單說明之。
I0 -入射光強(qiáng)度 It -投射光強(qiáng)度
c -溶液濃度 l -液層厚度
圖0-29 光的吸收示意圖
儀器由電源穩(wěn)定器、單色光器和微安計(jì)等三部分組成【注2】。
電源穩(wěn)定器的作用是對光源提供穩(wěn)定的電壓(即電流),以確保在測量過程中入射光強(qiáng)度的恒定。單色光器的作用是利用棱鏡對各種波長的光有不同的折射率,使白光分散成各種單色光,使其透過溶液,后經(jīng)光電管轉(zhuǎn)換為電信號,并在微安計(jì)上以吸光度A或透光率T(T=(I0/It)×)的形式讀出。
儀器的光學(xué)系統(tǒng)如圖0-30所示。
1.光源;2.聚光透鏡;3.反射鏡;4.狹縫;5.棱鏡;6.準(zhǔn)直鏡;
7.聚光透鏡;8.比色皿;9.光門;10.光電管;11.微安計(jì)
圖0-30 721型分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)示意圖
由光源1發(fā)出的白光經(jīng)聚光透鏡2、反射鏡3反射至狹縫4,并經(jīng)準(zhǔn)直鏡6入射到棱鏡5上,鍍鋁的棱鏡5把色散后的單色光反射,并按原來路線返回,重新通過狹縫4以及聚光透鏡7,進(jìn)入比色皿8,被有色溶劑吸收后的透射光射入光電管10(測量時光門9被打開),光電管10所接受的光信號在這里轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)電子系統(tǒng)放大,在微安計(jì)11上讀出溶液的吸光度或透射率。
二、 操作步驟
1.儀器未接通電源前,先檢查微安計(jì)1(參見圖0-31)上指針是否指在零處(即透光率T=0或吸光度A=∞),若指針不指在零處,則需籍微安計(jì)1上的螺絲調(diào)節(jié)之。
2.使儀器接上電源,開通電源開關(guān)8(指示燈9亮),將儀器預(yù)熱15分鐘。
3.用波長調(diào)節(jié)器3選擇所需波長,用靈敏度調(diào)節(jié)器7所選擇適當(dāng)?shù)撵`敏度。儀器的靈敏度共分5檔,即1-5檔,靈敏度依次升高。選擇靈敏度的原則是保證在溶液位置時,能使指針指在啊“100”的前提下,盡可能采用靈敏度較低檔,這樣可使儀器有更高的穩(wěn)定性。
1.微安計(jì);2.波長刻度盤;3.波長調(diào)節(jié)器;4.零點(diǎn)調(diào)節(jié)器;5.調(diào)節(jié)器;6.比色皿
定位拉桿;7.靈敏度調(diào)節(jié)器;8.電源開關(guān);9.指示燈;10.光門拉桿;11.比色皿暗箱
圖0-31 721型分光光度計(jì)示意圖
4.打開比色皿暗箱11箱蓋(此時光門杠桿10彈出,圖中光門9擋住了透過待測比色溶液的光線),用零點(diǎn)調(diào)節(jié)器4調(diào)節(jié)使微安計(jì)1指針指在零處。
5.將盛有溶液【注3】和待測溶液【注4】的比色皿,依次垂直地放入比色皿框【注5】內(nèi),然后將比色皿框定位在比色皿暗箱11中,輕輕放下暗箱(此時光門桿10自動被壓下,圖中光門9被打開),并使比色皿框處于溶液位置,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器5,使微安計(jì)1指針在“100”(即吸光度A=0,透射率T=)處。
6.重復(fù)操作3、4,連續(xù)幾次調(diào)整“0”、“100”,以期即可進(jìn)行測定工作。
7.在放下比色皿暗箱11箱蓋的情況下,將比色皿定位拉桿6拉出一格(每拉出一格或推入一格時,定位裝置都會發(fā)出“喀嚓”聲,才表明比色皿處于單色光的照射中),依次測量待測溶液的吸光度。將溶液再次推入光格,核對微安計(jì)1指針是否仍在“100”處。
三、注意事項(xiàng)
1.在使用分光光度計(jì)進(jìn)行測量過程中,為避免光電管因受光連續(xù)照射而疲勞,只有在測量時才將比色皿暗箱的箱蓋放下。
2.取用比色皿時,應(yīng)捏持比色皿的兩側(cè)磨砂玻璃面,手不得觸及其透光面,以免沾上油污或磨損,影響其吸光度的測定。在用去離子水洗凈比色皿后,還需用待測溶液淋洗數(shù)次,再注入待測溶液(為什么?)。隨后用濾紙(或吸水紙)將沾附于比色皿外壁和底部的溶液吸干,不能留有水跡。應(yīng)將比色皿垂直地放入比色皿框中(位置要妥帖),否則會由于光透過液層厚度的不同而導(dǎo)致測量誤差。
[注1]用分光光度計(jì)進(jìn)行的比色測定,不同于目測比色,可以選擇各種波長的單色光作為入射光。通常根據(jù)溶液的顏色,選擇能被它大吸收的波長的光進(jìn)行比色,這樣就可以獲得高的靈敏度,溶液的顏色與需選擇的光的波長成互補(bǔ)關(guān)系,如表0-4所示:
表0-4 溶液顏色與互補(bǔ)色及選擇的波長
[注2]721型分光光度計(jì)的這三部分是裝配成整套儀器的。721型分光光度計(jì)的這三部分是分離的,它們都有各自的電源開關(guān)。并籍導(dǎo)線將它們連接起來,即電源穩(wěn)定器的輸出端與單色光器連接,單色光器的輸出端與微安計(jì)(即檢流計(jì))連接。使用72型儀器的操作步驟與721型的基本相同,僅有三處差別:一是721中的調(diào)節(jié)器在72型中為光量調(diào)節(jié)器,;是721型的光門杠桿在72型中是手動的光路閘門;三是721型微安計(jì)用指針指示讀數(shù),在72型中是籍檢流計(jì)鏡片反射的一帶標(biāo)線的光點(diǎn)顯示讀數(shù)。
[注3]在測定有色溶液的吸光度時,不論是已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,還是未知濃度的待測溶液,都需要用溶液作對比,其目的在于消除待測物質(zhì)以外其它成分對光的吸收、散射等的影響。通常采用不含待測物質(zhì),但組成與待測溶液的組成盡可能相似的溶液作為溶液;要求不高時,也可采用去離子水代替之。
[注4]一般儀器附有多種規(guī)格的比色皿,如1/2cm,1cm,2cm,3cm等,通常可根據(jù)待測溶液的不同而進(jìn)行選擇。對濃度較低的溶液,一般選用厚度較大的比色皿。但同一次實(shí)驗(yàn)必須選用同一規(guī)格的比色皿。
[注5]一般比色皿框中可安放4只比色皿,溶液防在*格內(nèi),其余3只可按待測溶液的編號,依次放置。
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