分光光度计的核心检测原理是基于物质对特定波长光的选择性吸收,并遵循朗伯-比尔定律(Lambert-Beer Law) 进行定量分析。具体原理可分解如下:
选择性吸收与分光特性:
物质分子中的电子在特定能量(对应特定波长)的光照射下会发生能级跃迁,吸收该波长的光。不同物质的分子结构不同,因此具有独特的吸收光谱(即对不同波长光的吸收程度不同)。分光光度计的核心功能是将复合光(如白光)通过单色器(棱镜或光栅)分解为单色光(单一波长),然后选择特定波长的光照射样品。
朗伯-比尔定律(定量基础):
当一束单色光穿过均匀透明的样品溶液时,光被吸收的程度(吸光度 A)与溶液中吸光物质的浓度(c)及光穿过的路径长度(吸收池厚度 l)成正比23。数学表达式为:
A = ε × c × l
其中:
A 为吸光度(无单位)。
ε 为摩尔吸光系数(或吸光系数),是与吸光物质性质、入射光波长及温度有关的常数(单位:L·mol⁻¹·cm⁻¹ 或 L·g⁻¹·cm⁻¹)。
c 为吸光物质的浓度(单位:mol/L 或 g/L)。
l 为光程长度,即吸收池的厚度(单位:cm)。
该定律表明,在固定光程厚度下,吸光度 (A) 与样品浓度 (c) 呈线性关系,这是分光光度计进行定量分析的根本依据。
工作原理流程简述:
光源(如紫外区用氘灯、可见区用钨灯/卤钨灯)发出连续光谱。
单色器将复合光色散,并通过狭缝选择出特定波长的单色光。
单色光通过装有待测样品的吸收池(比色皿),部分光被样品吸收。
检测器(如光电管、光电倍增管)接收透过样品的光,将其光强度信号转换为电信号。
信号处理系统计算并显示吸光度 A(或透光度 T),公式为 A = log₁₀(I₀/I),其中 I₀ 是入射光强度,I 是透射光强度。
根据测得的 A 和已知的 ε、l,或利用标准曲线(一系列已知浓度标准溶液的 A 值绘制),即可计算出未知样品的浓度 。
总结核心原理: 分光光度计通过将光分解为单色光,测量物质对特定波长光的吸收程度(吸光度),并依据朗伯-比尔定律所揭示的吸光度与浓度之间的线性关系,实现对溶液中特定组分浓度的定量测定。