分光光度計，又稱光譜儀（spectrometer），是一種將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器。它的基本原理建立在光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)上，當(dāng)光子和溶液中的物質(zhì)分子相碰撞時，會發(fā)生吸收現(xiàn)象，而物質(zhì)對光的吸收是具有選擇性的。通過測量這種吸收現(xiàn)象，即吸光度值的大小，可以反映某一物質(zhì)存在量的多少。

工作原理

分光光度計的工作原理基于物質(zhì)對特定波長光的吸收或透過來分析物質(zhì)成分和含量，基于朗伯-比爾定律（Lambert-Beer Law），即當(dāng)一束單色光通過均勻的非散射介質(zhì)時，其吸光度A與介質(zhì)中吸光物質(zhì)的濃度c及光通過介質(zhì)的厚度l成正比，關(guān)系式為A = kcl，其中k為比例常數(shù)，與吸光物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長有關(guān)。

（圖源自圣問技術(shù)職業(yè)技能培訓(xùn)中心，侵刪）

儀器組成

分光光度計主要由光源、單色器、樣品室、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。光源提供寬譜帶的光輻射，單色器將光分解為單色光，樣品室用于放置待測樣品，檢測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則對電信號進行處理和分析。

（分光光度計工作原理）

核心部件與工作流程

分光光度計的核心部件包括光源、單色器、樣品室（吸收池）、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

光源：提供寬譜帶的光輻射，光源一般為鎢燈和鹵鎢燈，提供340-2500nm波長光，一般用于可見光區(qū)，而氫燈和氘燈用于紫外區(qū)，提供150-400nm波長的紫外光。

單色器：通常置于吸收池的前面，可防止強光照射引起吸收池中物質(zhì)分解，用于將光源發(fā)出的光分解為單色光，并允許特定波長的光通過，其性能直接影響射出光純度，進而影響靈敏度、選擇性和標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍，一般通過棱鏡或光柵等分光裝置實現(xiàn)。

樣品室：用于放置待測樣品。當(dāng)單色光通過樣品時，部分光被樣品吸收，剩余的光則透過樣品進入檢測器。一般分別用玻璃或石英，玻璃用于可見光，使用可用于紫外和可見光；切記：空白+試樣吸收池要匹配，同厚度與通透性。

檢測器：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)過放大和處理，用于后續(xù)的測量和分析，內(nèi)部可能包括光電池（硒光電池-可見光；硅光電池-紫外可見光）、光電管（紫敏光電管：銫陰極200-625nm；紅敏光電管-銀氧化銫陰極625-1000nm）、電倍增管（PMT）、多道二極管陣列檢測器（DAD）。

（光多道二級管陣列檢測器，素源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：對檢測器輸出的電信號進行分析處理，最終得到樣品的吸光度或透光度等參數(shù)。這些參數(shù)可以用于物質(zhì)的定量和定性分析。

分光光度計分類

按波長及應(yīng)用領(lǐng)域分類一般分為可見光分光光度計、紫外分光光度計、紅外分光光度計、熒光分光光度計、原子吸收分光光度計。

可見光分光光度計：測定波長范圍為400～760nm的可見光區(qū)，主要用于測量物質(zhì)在可見光波段的吸收，適用于研究顏色、顏色深淺、濁度等與光有關(guān)的性質(zhì)。

紫外分光光度計：測定波長范圍為200～400nm的紫外光區(qū)，主要用于測量物質(zhì)在紫外光波段的吸收，可用于研究分子結(jié)構(gòu)、分子量、純度等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、分子生物學(xué)、有機化學(xué)等領(lǐng)域。

紅外分光光度計：測定波長范圍為大于760nm的紅外光區(qū)，用于測量物質(zhì)在紅外光波段的吸收，可研究有機化合物的結(jié)構(gòu)信息，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、材料科學(xué)、石油等領(lǐng)域。

熒光分光光度計：用于掃描液相熒光標(biāo)記物所發(fā)出的熒光光譜，特別適用于生物樣本中熒光標(biāo)記物的檢測和分析。

原子吸收分光光度計：光源發(fā)出被測的特征光譜輻射，被經(jīng)過原子化器后的樣品蒸氣中的待測元素基態(tài)原子所吸收，通過測定特征輻射被吸收的大小，來求出被測元素的含量。

按自動化程度分類

手動分光光度計：需要人工操作完成測量過程，適用于對自動化要求不高的場合。

半自動分光光度計：部分操作自動化，但仍需人工干預(yù)，提高了測量效率。

自動分光光度計：完全自動化操作，從樣品放置到結(jié)果輸出全程無需人工干預(yù)，大大提高了測量速度和精度。

按分光系統(tǒng)分類

棱鏡分光光度計：利用棱鏡的色散作用將復(fù)合光分解為單色光。

光柵分光光度計：利用光柵的衍射和干涉作用將復(fù)合光分解為單色光，具有較高的分辨率和穩(wěn)定性。

濾色片分光光度計：通過濾色片選擇特定波長的光進行測量，一般只用于測色或特定波長下的分析。

（分光光度計類型，圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

按光度方法分類

單光束分光光度計：僅使用一束光進行測量，適用于對測量精度要求不高的場合。

雙光束分光光度計：使用兩束光進行測量，一束作為參比光，另一束作為測量光，通過比較兩者的差異來消除光源波動等誤差，提高了測量精度。

其他分類方式

按軟件分類：可分為帶掃描和不帶掃描的分光光度計。帶掃描的分光光度計能夠自動掃描一定波長范圍內(nèi)的光譜，適用于需要全面分析光譜特性的場合。

按用途分類：還可分為測色用分光光度計、分析用分光光度計等，分別適用于不同的應(yīng)用場景。

分光光度法的應(yīng)用

定性分析：用于測試物質(zhì)純度檢測、未知物的鑒定、分子結(jié)構(gòu)中功能團的推測以及同分異構(gòu)體的判別。

定量分析：包括單組分分析、多組分分析、有機元素分析和無機元素分析等。

分光光度計測算和計算

分光光度計采用一個可以產(chǎn)生多個波長的光源，通過系列分光裝置（如棱鏡或光柵）產(chǎn)生特定波長的單色光。當(dāng)單色光照射到樣品上時，部分光被樣品吸收，剩余的光則透過樣品。樣品對光的吸收程度與樣品中待測組分的濃度成正比，這是分光光度計定量分析的基礎(chǔ)。

測量步驟

準(zhǔn)備階段：確保儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)，進行必要的預(yù)熱和校準(zhǔn)。準(zhǔn)備好待測樣品和相應(yīng)的試劑。

設(shè)置參數(shù)：根據(jù)實驗需要，設(shè)置單色器的波長、樣品室的溫度等參數(shù)。選擇合適的測量模式和參數(shù)。

測量空白：通常先測量空白溶液（即不含待測組分的溶液）的吸光度，作為背景信號扣除。

測量樣品：將待測樣品放入樣品室，啟動儀器進行測量。儀器會自動記錄樣品對特定波長光的吸收情況。

數(shù)據(jù)處理：測量完成后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)進行處理和分析。根據(jù)朗伯-比爾定律（A=kcl），將吸光度A轉(zhuǎn)換為樣品中待測組分的濃度c。其中，A為吸光度，k為比例常數(shù)（與待測組分的性質(zhì)及入射光的波長有關(guān)），l為光通過樣品的路徑長度（通常為比色皿的邊長），c為待測組分的濃度。

注意事項

確保儀器穩(wěn)定：在測量過程中，應(yīng)保持儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免振動和溫度變化對測量結(jié)果的影響。

準(zhǔn)確校準(zhǔn)：定期對儀器進行校準(zhǔn)和驗證，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

避免干擾：注意避免其他物質(zhì)的干擾，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

選擇適當(dāng)波長：根據(jù)待測組分的特性選擇合適的測量波長，以獲得最佳的測量效果。

（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

分光光度計應(yīng)用領(lǐng)域

1. 化學(xué)分析

成分測定：通過測量樣品對光的吸收特性，可以確定樣品中的化學(xué)成分及其濃度。這是分光光度計在化學(xué)領(lǐng)域中的基本應(yīng)用之一。

質(zhì)量控制：在制藥、化工等行業(yè)中，分光光度計常用于產(chǎn)品的質(zhì)量控制，確保產(chǎn)品的成分和含量符合標(biāo)準(zhǔn)。

2. 生物科學(xué)

生物分子測定：分光光度計可用于測量生物分子如蛋白質(zhì)、核酸和酶的濃度，這對于生物學(xué)研究、生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及醫(yī)學(xué)診斷具有重要意義。

細(xì)胞分析：在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，分光光度計可用于測量細(xì)胞密度和生長情況，幫助研究人員了解細(xì)胞的生長規(guī)律和代謝特性。

3. 藥學(xué)和醫(yī)學(xué)研究

藥物分析：分光光度計在藥物研發(fā)和生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。它可用于分析藥物的純度、含量以及藥物與生物分子之間的相互作用，為藥物的質(zhì)量控制提供有力支持。

醫(yī)學(xué)診斷：在醫(yī)學(xué)診斷方面，分光光度計可用于測量血液中藥物的濃度、檢測體液中的生化指標(biāo)和生物標(biāo)志物等，為臨床診斷和治療提供重要信息。

4. 環(huán)境監(jiān)測

水質(zhì)監(jiān)測：分光光度計可用于監(jiān)測水體中的溶解氧、重金屬、有機污染物等物質(zhì)的濃度，評估水體的污染程度和生態(tài)狀況。

空氣質(zhì)量監(jiān)測：通過測量大氣中的顆粒物、臭氧等污染物的含量，分光光度計在空氣質(zhì)量監(jiān)測中也發(fā)揮著重要作用。

5. 食品科學(xué)

成分分析：分光光度計可用于測量食品中的營養(yǎng)物質(zhì)（如維生素、脂肪和糖分）的含量，以及食品中的添加劑和殘留物的濃度。

質(zhì)量控制：在食品工業(yè)中，分光光度計被廣泛應(yīng)用于食品成分分析和質(zhì)量控制，確保食品的安全性和品質(zhì)。

6. 材料科學(xué)

光學(xué)性能分析：分光光度計可用于測量材料的透明度和光學(xué)性能，通過測量材料對特定波長的光線的吸收和透射情況，可以了解材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。

熒光和磷光特性分析：部分分光光度計還具備測量材料的熒光和磷光等特性的功能，這對于材料科學(xué)的研究具有重要意義。

7. 其他領(lǐng)域

遙感與地球科學(xué)：在遙感與地球科學(xué)領(lǐng)域，分光光度計可用于對地球表面的物質(zhì)進行探測和分析，如土壤濕度、海洋污染、森林健康狀況等。

教學(xué)與科研：分光光度計也是教學(xué)和科研中的重要工具，幫助教師和學(xué)生深入了解光譜分析的原理和方法。