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本文主要介紹了分光光度測量中的兩種不同的分光技術(shù)的原理、構(gòu)造及應(yīng)用，分析了后分光相對(duì)前分光的比較優(yōu)勢，對(duì)后分光測量技術(shù)應(yīng)用于普 通分光光度計(jì)上的改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。

 引言 分光光度計(jì)目前在檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，用于對(duì) 物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析，以及結(jié)構(gòu)分析或測定某些 化合物的理化參數(shù)。 基于光吸收的基本定律即 Lambert—Beer 定律做為 分光光度分析的依據(jù)和基礎(chǔ)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為: A = —lgT = klc。 式中: A—物質(zhì)的吸光度; T—物質(zhì)的透射比; k—物 質(zhì)的吸光系數(shù); l—光程 c—物質(zhì)的深度。 分光光度測量儀器一般由光源系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、樣品 系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、處理存儲(chǔ)系統(tǒng)五大系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)分光 系統(tǒng)相對(duì)樣品檢測位置的不同分光光度測量儀器分為前 分光式和后分光式。若光在經(jīng)過樣品檢測位置前已經(jīng)被 分光系統(tǒng)分離為單色光的，一般稱為前分光。若光先經(jīng) 過樣品檢測位置后再經(jīng)過分光系統(tǒng)進(jìn)行分光成單色光 的，稱之為后分光。 2 目前分光光度計(jì)普遍采用前分光 分光光度計(jì)做為實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器，用于物質(zhì) 成分的光度分析、定量分析，已在各行各業(yè)得到大量使 用。廣泛應(yīng)用于食品藥品、機(jī)械制造、生物研究、教學(xué)科 研、化學(xué)化工、質(zhì)量檢驗(yàn)和水質(zhì)環(huán)保等各大領(lǐng)域。 分光光度計(jì)的光源發(fā)出連續(xù)光譜，經(jīng)過分光器產(chǎn)生 單色光。分光器在分光光度計(jì)中一般使用干涉濾光片、 棱鏡或光柵進(jìn)行分光。干涉濾光片有插入式和轉(zhuǎn)盤式兩 種。插入式就是將需用的濾光片插入濾光片卡槽中，轉(zhuǎn) 盤式是將儀器配備的濾光片都固定安裝在圓盤中，使用 時(shí)旋轉(zhuǎn)至所需波長的濾光片處即可。干涉濾光片雖然價(jià) 格便宜，但易受潮霉變影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。棱鏡分 光是利用光的折射作用產(chǎn)生連續(xù)光譜，因其光譜不如光 柵光譜精細(xì)，分辨率低，而逐漸被光柵所替代。光柵有全 息反射光柵和蝕刻凹面光柵兩種。全息反射光柵在玻璃 上覆蓋一層金屬膜制成，雜散光小，波長范圍大、光譜范 圍寬，對(duì)光能量的利用率高。蝕刻凹面光柵將所選波長 固定地刻制在凹面玻璃上，耐磨損、抗腐蝕、無相差。分 光光度計(jì)利用準(zhǔn)直鏡將發(fā)散光變?yōu)槠叫泄馐?，并把來?分光器的光聚焦于狹縫前。通過轉(zhuǎn)動(dòng)分光器的波長盤， 帶動(dòng)分光器機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，可以改變單色光出射光束的波長。 通過調(diào)節(jié)狹縫的寬度，可以改變出射光束的帶寬和單色 光的純度。經(jīng)選擇后的特定波長的單色光穿過狹縫后進(jìn) 入樣品，經(jīng)樣品物質(zhì)的光吸收，進(jìn)入檢測器?？梢姺止夤?度計(jì)的檢測器就是一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，它把光經(jīng)樣品物 質(zhì)吸收后強(qiáng)弱的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化。可見分光光 度計(jì)的檢測器一般使用用光電池、光電管或光電倍增管。

3 后分光在生化分析儀上廣泛應(yīng)用 分光光度測量技術(shù)也是生化分析的常用技術(shù)手段，經(jīng)歷多年的技術(shù)發(fā)展，生化分析儀器由原來的半自動(dòng)生 化分析發(fā)展為全自動(dòng)生化分析。全自動(dòng)生化分析因其測 量速度快、準(zhǔn)確性高、消耗試劑量小，現(xiàn)已在各級(jí)醫(yī)療機(jī) 構(gòu)得到廣泛使用，極大的提高了常規(guī)生化檢驗(yàn)的效率。 半自動(dòng)分析儀器也采用過前分光測量技術(shù)，而現(xiàn)在的全 自動(dòng)生化分析儀器已廣泛應(yīng)用了后分光測量技術(shù)。 后分光測量系統(tǒng)中，光源發(fā)射的點(diǎn)光束先照射到樣 品所在的反應(yīng)比色杯，點(diǎn)光束通過樣品比色杯后，再經(jīng)過 一組廣差糾正系統(tǒng)的還原透鏡，將點(diǎn)光束還原成原始光 束，然后到達(dá)分光器。分光器一般采用采用凹面全息光 柵，它不僅可以分光得到分辨力高、光譜范圍寬、雜散光 少的單色光，同時(shí)還可以起到準(zhǔn)直和聚焦作用。光束被 分光器分光成單色光后照射到檢測器。后分光測量的檢 測器現(xiàn)在一般采用光電二極管陣列。光電二極管在受到 光照射后，其導(dǎo)電性增強(qiáng)的大小與光強(qiáng)成正比關(guān)系，檢測 器正是利用了它的這個(gè)特性進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換及測量。常見 的檢測器對(duì)應(yīng) 340nm ～ 800nm 中的 10 ～ 12 個(gè)固定波長， 也有的檢測器可進(jìn)行全波段波長檢測。雖然較早的光電 二極管在紫外光區(qū)靈敏度不高，趕不上光電倍增管，但目 前的硅光電二極管的檢測靈敏度有了較大提高，檢測范 圍已可以達(dá)到 170nm ～ 1100nm，履蓋紫外、可見、近紅外 廣譜光區(qū)，而且其穩(wěn)定性更好，使用壽命更長，價(jià)格便宜， 所以在后分光測量系統(tǒng)的檢測器中得到廣泛的采用。

4 后分光相對(duì)前分光的比較優(yōu)勢 前分光測量系統(tǒng)中為了改變所需的波長，需要轉(zhuǎn)動(dòng) 波長調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)使波長發(fā)生變化。波 長切換的速度較慢從而影響測量的速度。前分光測量系 統(tǒng)中頻繁的進(jìn)行調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)波長偏 差。波長的示值誤差一般都要求小于幾個(gè) nm，波長誤差 的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。相對(duì)于前分光，后分 光在使用陣列型檢測元件時(shí)不需要進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，光經(jīng) 過光柵分成固定的 10 ～ 12 種波長或者全波段波長，波長 的切換直接由操作程序控制完成，所以后分光測量的優(yōu) 點(diǎn)就是不需移動(dòng)儀器比色系統(tǒng)中的任何部件，仍可同時(shí) 選用雙波長或多波長進(jìn)行測定，這樣就降低了比色的影 響因素，提高了分析的度，減少了故障率，對(duì)分析的 準(zhǔn)確度有非常大的幫助。 前分光測量系統(tǒng)光路的光束由于狹縫的作用，顯現(xiàn) 為條形光束。后分光測量系統(tǒng)光路使用點(diǎn)光束的較多， 與前分光系統(tǒng)的光源相比可以提率。點(diǎn)光束的使用 使樣品比色杯不再受大小限制，即使再小的比色杯點(diǎn)光 束也可以通過，這樣就使得檢測樣品的量變小，節(jié)約了試 劑消耗量。有統(tǒng)計(jì)顯示后分光系統(tǒng)中由于較多的使用了 微量檢測樣品池使得試劑消耗減少 40% ～ 60% ，節(jié)約了 成本，經(jīng)濟(jì)性更好。 后分光測量系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在多采用光電二極 管陣列。由于技術(shù)的發(fā)展，所使用光電二極管陣列密度 大大提高，陣列內(nèi)光電二極管的數(shù)目已達(dá)到 1000 多個(gè)， 使得檢測分辨率、靈敏度增強(qiáng)。多波長直排式光電二極 管陣列，可以對(duì)每一項(xiàng)光化學(xué)反應(yīng)同時(shí)作多波長分析。 光電二極管檢測的動(dòng)態(tài)范圍寬、響應(yīng)速度快，產(chǎn)生的信號(hào) 易于檢測和放大，噪聲較低，它作為固體元件比以往的光 電倍增管更加耐用，使用壽命較長。在采用了光—數(shù)碼 信號(hào)直接轉(zhuǎn)換技術(shù)后，也可以將光路中的光信號(hào)直接變 成數(shù)碼信號(hào)，使得電磁波對(duì)信號(hào)的干擾及信號(hào)傳遞過程 中的衰減*消除，提高了靈敏度。 后分光測量系統(tǒng)在信號(hào)傳輸過程中也有的采用光導(dǎo) 纖維，可使信號(hào)達(dá)到無衰減，測試精度提高近 100 倍。光 路系統(tǒng)數(shù)碼處理技術(shù)與數(shù)字光纖傳輸檢測信號(hào)聯(lián)用，可 以減少各種干擾，提高檢測精度和速度，對(duì)實(shí)現(xiàn)超微量檢 測非常有利。檢測處理系統(tǒng)完成對(duì)信號(hào)的計(jì)算機(jī)輔助存 儲(chǔ)、處理，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度很快，特別是在進(jìn)行全 波段掃描時(shí)速度較快，在 10ms 內(nèi)即可完成掃描并繪制 出波長、吸光度相對(duì)時(shí)間的 3D 立體光譜圖，還可以方便 快捷的得到不同波長對(duì)應(yīng)的吸光度數(shù)據(jù)，這種應(yīng)用特別 是對(duì)連續(xù)監(jiān)測的檢測時(shí)優(yōu)點(diǎn)突出，是理想的檢測途徑。 5 后分光在分光光度計(jì)上的應(yīng)用 目前在用的分光光度計(jì)使用后分光測量技術(shù)的還不 多，但是后分光測量技術(shù)已在諸如全自動(dòng)生化分析儀上 得到了廣泛應(yīng)用，后分光測量技術(shù)也*可以應(yīng)用于分 光光度計(jì)之上。 后分光分光光度計(jì)在硬件上的設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在系 統(tǒng)上的后分光測量技術(shù)設(shè)計(jì)。樣品檢測位置設(shè)計(jì)在分光 系統(tǒng)之前，光源發(fā)射的光束直接照射在樣品，光束經(jīng)過樣 品其特定波長被吸收后進(jìn)入分光器。分光器可以采用凹 面全息光柵，可有助簡化分光結(jié)構(gòu)。檢測器可采用光電 二極管陣列，提高測量速度，也可累積測量吸光度，提高 動(dòng)態(tài)測量范圍。光路系統(tǒng)采用封閉組合，因其沒有需要 活動(dòng)的部件，可使光路無需任何保養(yǎng)，且分光，使用壽命長?；诤蠓止獾姆止夤舛扔?jì)設(shè)計(jì)可以提高分光光 度計(jì)的性能技術(shù)指標(biāo)，波長準(zhǔn)確性、重復(fù)性高，故障率低， 有效保證分析測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。 后分光測量技術(shù)在自動(dòng)生化分析儀上的廣泛應(yīng)用還 得益于其程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。后分光測量技術(shù)若 應(yīng)用于分光光度計(jì)，必少不了對(duì)操作程序控制系統(tǒng)的開 發(fā)。分析數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等都可通過程序自動(dòng) 完成?，F(xiàn)代測量儀器從使用角度來考量，儀器操作是否 簡單、人機(jī)界面是否友好、是否人性化，對(duì)操作者的影響 較大，所以測量儀器的設(shè)計(jì)一定要有更合理的設(shè)計(jì)工藝。 6 結(jié)語 基于 Lambert － Beer 定律的分光光度測量是分析測 試的常用方法。前分光測量技術(shù)在分光光度計(jì)中被普遍 采用。后分光測量技術(shù)在自動(dòng)生化分析中已得到長足發(fā) 展并得到充分應(yīng)用。后分光相對(duì)前分光在測量準(zhǔn)確度、 數(shù)據(jù)處理快捷性、應(yīng)用廣泛性等方面具有比較優(yōu)勢，也完 全可以應(yīng)用于普通分光光度計(jì)之上。雖然目前這種結(jié)合 還不多，較少有后分光測量技術(shù)應(yīng)用其中，但隨著技術(shù)應(yīng) 用的不斷探索，這種結(jié)合也必將得到更廣泛的應(yīng)用。