任務一　選擇配套吸收池

任務引入

任務目標

1.會操作紫外-可見分光光度計。

2.會正確使用吸收池。

3.會選擇配套吸收池，會校正吸收池。

4.說出光的基本特性。

5.記住紫外線、可見光的波長范圍。

6.說出紫外-可見分光光度計的基本組成部件。

7.記住單色光、透射比、吸光度概念。

工作頁

（一）任務分析

1.明晰任務流程

2.任務難點分析

（1）查閱儀器說明書；

（2）查找任務活動中的操作方法。

3.條件需求與準備

（1）紫外-可見分光光度計；

（2）紫外-可見分光光度計使用說明書。

4.吸收池計量性能要求（見表2-1）

通用技術要求：吸收池不得有裂紋，透光面應清潔，無劃痕和斑點。

環境條件：溫度（10～35℃），相對濕度不大于85％，電壓220V±22V，頻率50Hz±1Hz，儀器不應受強光直射，周圍無強磁場、電場干擾，無強氣流及腐蝕性氣體。

（二）任務實施

活動1　認識分光光度計

紫外-可見分光光度計有各種型號，外形也略有差異，如圖2-1所示。

各種型號的分光光度計均由五部分組成，如圖2-2所示。

知識鏈接

分光光度計的型號很多，但它們的基本結構相似，都是由光源、單色器、吸收池、檢測器和顯示系統等部件構成。

1.光源

紫外-可見分光光度計的光源有兩種，如圖2-3所示，一種是熱輻射光源，提供可見光，另一種是氣體放電光源，提供紫外線，測定時根據需要打開相應的光源。熱輻射光源利用固體燈絲材料高溫放熱產生的輻射作為光源，如鎢燈、鹵鎢燈。鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在320～2500nm，最適宜的波長使用范圍是320～1000nm，鹵鎢燈的使用壽命及發光效率高于鎢燈。氣體放電光源是指在低壓直流電條件下，氫氣或氘氣放電所產生的連續輻射，一般為氫燈或氘燈，最適宜的波長使用范圍是185～375nm。

2.單色器

單色器是將光源發射的復合光分解成單色光并可從中選出任一波長單色光的光學系統，如圖2-4所示。紫外-可見分光光度計的色散元件，目前主要采用棱鏡和光柵。單色器由以下五個部分組成。

①入射狹縫：光源的光由此進入單色器。

②準光裝置：透鏡或凹面反射鏡使入射光成為平行光束。

③色散元件：將復合光分解成單色光。

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫。

⑤出射狹縫：所需要的單色光由此射出。

3.吸收池

吸收池又稱比色皿，是用于盛放待測液和決定透光液層厚度的器件，如圖2-5所示。吸收池一般為長方體（也有圓鼓形或其他形狀，但長方體最普通），其底及兩側為毛玻璃，另兩面為光學透光面。根據光學透光面的材質，吸收池有玻璃吸收池和石英吸收池兩種。玻璃吸收池用于可見光區，石英吸收池用于可見光區和紫外光區均可。吸收池的規格是以光程為標志的。紫外-可見分光光度計常用的吸收池規格有：0.5cm、1.0cm、2.0cm、3.0cm、5.0cm等，使用時，根據實際需要選擇。

4.檢測器

檢測器又稱接收器，其能對透過吸收池的光做出響應，并把它轉變成電信號輸出，其輸出信號大小與透過光的強度成正比。

分光光度計中的光電轉換元件有光電池、光電管（見圖2-6）、光電倍增管等。

目前最常見的檢測器是光電倍增管，其特點是在紫外-可見光區的靈敏度高，響應快。但強光照射會引起不可逆損害，因此高能量檢測不宜，需避光。

5.顯示系統

顯示測量的實驗數據，如透射比、吸光度、濃度等。

分光光度計工作流程：由光源發出的光，經過單色器分解成單色光，單色器選擇所需要的單色光通過吸收池，裝在吸收池中溶液吸收一部分光，透過的光進入檢測器，檢測器將接收到的光信號轉變成電信號，放大后輸出給顯示系統，由顯示系統顯示出吸光度或透射比。

活動2　操作分光光度計

1.閱讀儀器使用說明書。

2.打開分光光度計箱蓋，打開儀器電源開關，預熱20min。

3.轉動手輪，選擇所需波長。

4.在控制面板上切換到τ模式，練習調τ=0％和τ=100％。

5.練習拉桿按照擋位拉出和復位。

注意事項

1.轉動波長手輪時要沿著一個方向轉動，不要來回振蕩。

2.切換模式時，按鍵的力度要合適。

3.在非測量狀態下，暗箱蓋是打開的。

知識鏈接

1.光

（1）光的性質

光是一種電磁波，如表2-2所示，既有波動性又有粒子性。光的波動性可用波長λ、頻率ν、光速c等參數來描述：

光由具有能量的光子流組成，光子的能量用下式表達：

式中，E為能量，eV；ν為頻率，Hz；λ為波長，nm；c為光速，299792458m/s；h為普朗克常數，6.626×10-34J·s。

從式（2-1）中可見，光的能量與波長成反比，光的波長越短（頻率越高），其能量越大。

（2）單色光、復合光

單色光是指具有單一頻率的光。實際上，頻率范圍甚小的光既可看成單色光，也可用空氣或真空中的波長來表征單色光。復合光是指包含兩種或兩種以上單色成分的光，如白光。可見光是指能直接引起視感覺的光學輻射，其波長范圍為380～780nm。

2.透射比

透射比τ：透射光通量與入射光通量之比（見圖2-7）。

式中，Φ0為入射光通量；Φtr為透射光通量。

透射比可以用小數表示，也可以用百分數表示，用百分數表示時稱為百分透射比。

3.吸光度

物質對光的吸收程度可用吸光度A表示。吸光度是透射比倒數的對數。

活動3　檢驗吸收池的配套性

1.洗滌吸收池，裝入蒸餾水至2/3高度，用濾紙吸干外壁水分，用擦鏡紙擦拭光學面，如圖2-8所示，依次放入儀器樣品室。

2.拉動吸收池拉桿，將第一只吸收池置于光路中，在儀器控制面板上切換到τ模式，開蓋時調τ=0％。

3.合上箱蓋，調τ=100％。

4.重復調節τ=0％、τ=100％。

5.拉桿，分別測其他各吸收池的透射比，并記錄數據至表2-3中。

6.開蓋，拉桿復位，取出吸收池洗凈、晾干。

7.關儀器電源，填寫儀器使用記錄。

注意事項

1.拿取吸收池時，只能用手指接觸兩側的毛玻璃面，不可接觸光學面，不能將光學面與硬物或臟物接觸。

2.凡含有腐蝕玻璃的物質（如F-、SnCl2、H3PO4等）的溶液，不得長時間盛放在吸收池中。

3.測量完畢立即清洗吸收池，擦干或晾干，不得在電爐或火焰上對吸收池進行烘烤。

知識鏈接

吸收池配套性檢定方法

儀器所附的同一光徑吸收池中，裝蒸餾水于220nm（石英吸收池）、440nm（玻璃吸收池）處，將一個吸收池的透射比調至100％，測量其他各池的透射比值，其差值即為吸收池的配套性。對透射比范圍只有0％～100％擋的儀器，可用95％代替100％。

（三）任務數據記錄（見表2-3）

（四）任務評估（見表2-4）

拓展知識　紫外-可見分光光度計類型

紫外-可見分光光度計按波長范圍劃分，可分為可見分光光度計、紫外-可見分光光度計；按光路劃分，可分為單光束分光光度計、雙光束分光光度計；按波長數劃分，可分為單波長分光光度計、雙波長分光光度計。如圖2-9所示。

1.單光束分光光度計

從光源發出的光經過單色器等一系列光學元件及吸收池后，最后照在檢測器上始終為一束光，結構簡單、價格低廉，缺點是不能消除光源或檢測器波動帶來的影響。

2.雙光束分光光度計

單色器分光后經反射鏡分解為強度相等的兩束光，一束通過參比池，另一束通過樣品池。光度計能自動比較兩束光的強度，此比值即為試樣的透射比，經對數變換將它轉換成吸光度并作為波長的函數記錄下來。雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時分別通過參比池和樣品池，還能自動消除光源強度變化所引起的誤差。

3.雙波長分光光度計

由同一光源發出的光被分成兩束，分別經過兩個單色器，得到兩束不同波長（λ1和λ2）的單色光；利用切光器使兩束光以一定的頻率交替照射同一吸收池，然后經過光電倍增管和電子控制系統，最后由顯示器顯示出兩個波長處的吸光度差值ΔA（ΔA=Aλ1-Aλ2）。對于多組分混合物、渾濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。利用雙波長分光光度計，能獲得導數光譜。通過光學系統轉換，使雙波長分光光度計能很方便地轉化為單波長工作方式。如果能在λ1和λ2處分別記錄吸光度隨時間變化的曲線，還能進行化學反應動力學研究。優點是可以完全消除吸收池或空白與樣品溶液不匹配，所引起的測量誤差。

思考題

一、判斷題

1.可見分光光度計中的光源是氫燈或氘燈。（　）

2.單色器是能從復合光中分出一種所需波長的單色光的光學裝置。（　）

3.吸收池外面的溶液先用濾紙吸，再用擦鏡紙擦拭。（　）

4.吸收池使用后立即用水沖洗干凈。（　）

5.紫外分光光度計的光源常用碘鎢燈。（　）

6.紫外-可見分光光度分析中，在入射光強度足夠強的前提下，單色器狹縫越窄越好。（　）

7.分光光度計檢測器的作用是將光信號轉變為電信號。（　）

8.光電倍增管的靈敏度高于光電管。（　）

9.紫外-可見分光光度計使用前必須預熱20min。（　）

10.吸收池可以烘干。（　）

11.玻璃吸收池可以使用在紫外光區。（　）

12.檢測器不能長時間曝光，應避免強光照射或受潮積塵。（　）

13.按光路分，紫外-可見分光光度計分為單光路和雙光路兩種。（　）

14.吸收池配套性誤差一般不大于5％。（　）

二、選擇題

1.鎢燈或鹵鎢燈作為光源它們主要用于（　）。

A.紫外光區

B.紫外和可見光區

C.可見光區

D.紅外光區

2.比色分光光度法測定中，下列操作正確的是（　）。

A.手捏吸收池的毛面

B.手捏吸收池的透光面

C.用普通紙擦拭吸收池的外壁

D.溶液注滿吸收池

3.722N型分光光度計適用于（　）。

A.可見光區

B.紫外光區

C.紅外光區

D.都適用

4.紫外分光光度計常用的光源是（　）。

A.鎢燈

B.氘燈

C.元素燈

D.無極放電燈

5.分光光度計底部干燥筒內的干燥劑要（　）。

A.定期更換

B.使用時更換

C.保持潮濕

6.分光光度計的核心部件是（　）。

A.光源

B.單色器

C.檢測器

D.顯示器

7.雙光束分光光度計與單光束分光光度計相比，其突出優點是（　）。

A.可以采用快速響應的檢測系統

B.可以抵消吸收池所帶來的誤差

C.可以擴大波長的應用范圍

D.可以抵消因光源強度的變化而產生的誤差

8.在分光光度法中，當改變儀器波長時，則對零點和透光率100％應（　）。

A.不必校正

B.只需校正零點

C.只需校正100％

D.零點和透光率100％都重新校正

9.透射比是指（　）。

A.透射光通量Φtr與入射光通量Φ0之比

B.入射光通量Φ0與透射光通量Φtr之比

C.吸收光通量Φa與入射光通量Φ0之比

D.入射光通量Φ0與吸收光通量Φa之比

10.某溶液的吸光度A=0.500，其透射比為（　）。

A.0.694

B.0.500

C.0.316

D.0.158

11.百分透射比τ由36.8％變為30.6％時，吸光度A改變了（　）。

A.增加了0.080

B.增加了0.062

C.減少了0.080

D.減少了0.062

三、填空題

1.紫外-可見分光光度計由（　）、（　）、（　）、（　）、（　如果超出其不確定度范圍）五大部件組成。

2.紫外分光光度計用的光源是（　）燈或（　）燈。

3.分光光度分析時，待測溶液一般注到吸收池高度的（　）。

4.紫外線的波長范圍是（　），可見光的波長范圍是（　）。