实验室里通常会使用紫外分光光度计、微量分光光度计以及酶标仪三种不同的仪器测量溶液吸光度,这正好触及了分光光度法在不同应用场景下的核心设计理念。这三种技术最根本的不同在于,光程是物理固定的,还是通过物理调节或数学计算得出。而酶标仪的光程是不固定的。
测量 方式 | 光的决定因素 | 光程是 否固定 | 是否需“校正”为1cm |
紫外分光光度计 | 物理固定。由比色皿的内壁间距精确决定,光路水平通过。 | 是,恒为1cm | 不需要。测量值本身就是1cm光程下的吸光度。 |
微量分光光度计 | 物理调节。利用液体表面张力形成液柱,仪器自动控制检测臂下落,形成固定的、极短的物理光程 | 是,但极短 (<1cm) | 内置自动换算。仪器测得吸光度后,软件会根据实际光程(如1mm),自动乘以10倍,换算并显示为等效的1cm光程下的浓度值。 |
酶标仪 | 数学计算。光路垂直通过微孔,光程等于孔内液体的液柱高度 | 不固定,可变 | 软件实时校正。通过测量水在特定波长的吸光度,反推算出实际液柱高度(光程),再将所有孔的吸光度值标准化换算为1cm光程下的等效值。 |
用酶标仪测吸光度计算溶液中分析物
的浓度,需要知道其光程长度
使用酶标仪检测吸光度时,光子会穿透液体样品后被检测系统捕捉。部分分析物,在特定波长下具备天然的光吸收特性。若已知该分析物的特定消光系数,即可根据朗伯-比尔定律直接计算出样品溶液中的分析物浓度。但该方法存在一项限制:依赖于分析溶液的光程长度。
影响微孔板光程的因素
液体体积与液面形态
? 液体体积与垂直光程的线性关系:
在垂直光路检测模式下,检测光路垂直于孔底平面穿过液体,光程长度由孔内液柱的垂直高度决定。在孔横截面积恒定的条件下,液体体积与液柱高度呈正比,即体积越大,垂直光程越长。
? 弯月面导致的液面不均匀性:
由于液体表面张力的作用,液面在与孔壁接触处形成凹形弯月面,导致液面在径向方向上呈非平面分布。具体表现为孔中心区域的液面高度略低于孔边缘区域,使得孔内不同径向位置的光程存在微小差异。
? 蒸发引起的光程动态变化:
在开放体系或长时间动力学检测过程中,液体蒸发导致孔内液体体积逐渐减少,进而引起液柱高度下降,使得垂直光程长度随时间发生动态变化。
微孔板孔底形状
? 平底孔的光程特征:
平底微孔板的孔底为平面结构,孔底各处在垂直于光路方向上具有相同的几何厚度。当检测光路垂直穿过时,孔内不同径向位置的光程保持一致,光程分布具有均一性。
U形底孔的光程特征:
U形底微孔板的孔底呈曲面结构,孔底中心位置低于边缘位置。当检测光路垂直穿过时,孔中心区域的液体层厚度最大,向边缘方向液体层厚度逐渐减小,导致光程随径向位置呈现连续梯度变化。
V形底孔的光程特征:
V形底微孔板的孔底呈锥形结构,液体汇聚于孔底中心锥尖处。检测光路垂直穿过时,孔中心区域的光程显著大于孔边缘区域,光程分布呈现中心高、边缘低的特征。
所以光程校正的目的,就是为了确定分析溶液的光程,从而计算出样品溶液中分析物的浓度。
如何确定分析溶液的光程
水分子在特定近红外波长(如977 nm)具有稳定的特征吸收,其吸光度与水层厚度成正比。通过测量样品孔在该波长的吸光度,并与标准1 cm光程下的基准值(K因子)进行比较,即可计算出孔内液体的实际垂直光程。获得实际光程后,再将样品在目标波长的实测吸光度按比例换算成标准1 cm光程下的等效吸光度,从而消除孔间液体体积差异带来的影响。
奥盛的光程校正功能如何设置
奥盛Feyond系列酶标仪只需在参数设置中激活“光程校正”选项即可。选择此选项后,酶标仪和软件将利用水溶液的一个天然特性——水峰(water peak)将测量数据内部标准化为1cm光程。
光程校正的局限性
该技术的核心前提是仅水分子在 977nm 附近近红外区产生特异性线性吸收,无其他干扰,且吸光度与光程严格符合朗伯 - 比尔定律,仅适配高水相体系:有机溶剂含量>10%(如 DMSO、乙醇、甲醇)、高浓度离液盐(6M 以上尿素、4M 以上盐酸胍),会破坏水分子氢键网络,导致水的吸收峰位、强度大幅偏移,直接干扰水的净吸光度计算,除此以外,不能有其它分析组分吸收900-975nm区域的光,因此光程校正功能也不能用作浊度检测,其会测量非均相固体颗粒的散射,这些颗粒可能会在近红外区域产生散射。
关于奥盛
奥盛定位生命科学工具提供商,专注生命科学检测设备及自动化解决方案。公司围绕生物样品核酸蛋白纯化、自动化工作站,生物吸收光、荧光及发光检测三大技术平台,在生命科学领域进行了深度布局。
目前,公司拥有省级高新技术企业研究院,是2022年第一批浙江省”专精特新”中小企业。
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