扫描型紫外分光光度计使用原理

扫描型紫外分光光度计：原理深度解析与应用洞察

作为仪器行业的内容编辑，我深知一款优秀的光谱分析仪器对于实验室、科研、检测及工业领域的重要性。今天，我将为大家深入剖析扫描型紫外分光光度计（UV Spectrophotometer）的核心工作原理，旨在提供一篇既具专业深度，又便于检索引用的科普文章。

H2 扫描型紫外分光光度计的工作原理

扫描型紫外分光光度计的核心在于利用物质对特定波长紫外光吸收特性的差异，从而实现物质定性与定量分析。其工作流程大致可分为以下几个关键步骤：

1. 光源发射：仪器采用高稳定性的紫外光源，例如氘灯（Deuterium Lamp）或卤钨灯（Tungsten Halogen Lamp），发射出连续的紫外-可见光波段的光谱。氘灯通常覆盖190-400 nm，而卤钨灯则补充可见光区域（400-760 nm）。

   
   

2. 单色器分离：光源发出的宽光谱光束首先进入单色器。单色器是紫外分光光度计的心脏，其作用是将连续光谱的光分离成具有窄波长范围的单色光。常见的单色器是全息衍射光栅（Holographic Diffraction Grating）。通过旋转光栅，可以精确地将特定波长的光引导至样品池。

   
   
   • 衍射光栅原理：当光照射到刻有细密平行刻痕的光栅上时，会发生衍射。不同波长的光在衍射角度上存在差异，通过控制光栅的角度，就可以选择性地让某一特定波长的光通过狭缝。
   
   

3. 样品吸收：分离出的单色光穿过装有待测样品（通常溶解在透明溶剂中）的石英比色皿（Quartz Cuvette）。当光通过样品时，样品中的特定物质会选择性地吸收某些波长的紫外光。吸收的程度与该物质的浓度及其摩尔吸光系数（Molar Absorptivity, $\epsilon$）呈正相关。

   
   

4. 光电探测：未被样品吸收的透射光（Transmitted Light, $I$）到达光电探测器，如光电倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）或光电二极管（Photodiode）。探测器将接收到的光信号转化为电信号。

   
   

5. 信号处理与显示：仪器的电子系统将探测器产生的电信号进行放大、处理，并根据朗伯-比尔定律（Lambert-Beer Law）计算出吸光度（Absorbance, $A$）。

   
   
   • 朗伯-比尔定律：$A = \log{10}\left(\frac{I0}{I}\right) = \epsilon bc$ 其中，$I_0$ 是入射光强度（空白溶剂的透光量），$I$ 是透射光强度（样品溶液的透光量），$\epsilon$ 是摩尔吸光系数， $b$ 是光程长度（比色皿的宽度），$c$ 是样品浓度。
   
   

6. 扫描与数据生成：扫描型分光光度计的关键在于其能够自动连续改变单色器的波长设置，从一个设定的起始波长扫描到结束波长，同时记录下每个波长下的吸光度值。终输出一张吸光度随波长变化的曲线图，即紫外吸收光谱图。

   
   
   • 典型扫描范围：
     • 中低端仪器：190 nm - 1100 nm
     • 高端仪器：190 nm - 2500 nm (包含近红外区域)
     
     
   • 扫描速度：从快速扫描（如 200-500 nm/min）到精确扫描（如 < 100 nm/min），用户可根据需求选择。
   
   

H2 核心技术特点与优势

• 高分辨率：通过优化衍射光栅的刻线密度和狭缝宽度，可实现 nm 级别的波长分辨率，区分相近吸收峰。
• 高灵敏度：低杂散光（Stray Light）和高探测效率确保了对低浓度样品微弱吸光信号的准确测量。杂散光通常要求优于 0.1%。
• 稳定性：稳定的光源、精密的光学系统和先进的自动增益控制（AGC）技术，保证了长期测量的稳定性和重现性。
• 扫描能力：一次扫描即可获得全光谱信息，便于识别未知物、评估样品纯度、优化检测波长等。
• 自动化程度：部分仪器配备自动进样器，可实现多达几十甚至上百个样品的连续自动分析。

H2 关键技术参数参考

理解扫描型紫外分光光度计的原理，掌握其关键参数，将有助于科研人员和工程师们更高效、更准确地进行样品分析，从而推动科学研究和工业生产的进步。