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紫外可见分光光度计的应用及各项指标重要性

紫外可见分光光度计是基于紫外可见分光光度法原理,利用物质分子对紫外可见光谱区的辐射吸收来进行分析的一种分析仪器。


它是一种广泛应用于许多科学领域的技术,从细菌培养、药物鉴定和核酸纯度检查和定量,到饮料行业的质量控制和化学研究。




紫外可见分光光度计由光源、单色器、吸收池、检测器和信号处理器等部件组成。


• 光源

提供符合要求的入射光的装置,有热辐射光源和气体放电光源两类。热辐射光源用于可见光区,一般为钨灯和卤钨灯,波长范围是350~1000nm;气体放电光源用于紫外光区,一般为氢灯和氘灯,连续波长范围是180~360nm。


• 单色器

将光源产生的复合光分解为单色光和分出所需的单色光束,它是分光光度计的心脏部分。


• 吸收池

又称比色皿,供盛放试液进行吸光度测量之用,其底及两侧为毛玻璃,另两面为光学透光面,为减少光的反射损失,吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。根据材质可分为玻璃池和石英池两种,前者用于可见光光区测定,后者用于紫外光区。


• 检测器

将光信号转变为电信号的装置,测量吸光度时,并非直接测量透过吸收池的光强度,而是将光强度转换为电流信号进行测试,这种光电转换器件称为检测器。


• 信号显示系统

将检测器输出的信号放大,并显示出来的装置。


其分类方法有多种:

• 按光路系统可分为单光束和双光束分光光度计;

• 按测量方式可分为单波长和双波长分光光度计;

• 按绘制光谱图的检测方式分为分光扫描检测与二极管阵列全谱检测


已发现其适用于许多用途和情况,包括但不限于:

• 在水和废水监测中的应用,对于一个水系的监测分析和综合评价,一般包括水相(溶液本身)、固相(悬浮物、底质)、生物相(水生生物)。在水质的常规监测中,紫外可见分光光度法占有较大的比重。由于水和废水的成分复杂多变,待测物的浓度和干扰物的浓度差别很大,在具体分析时必须选择好分析方法;

• 在农产品和食品分析中可用于检测的组分或成分有蛋白质、赖氨酸、葡萄糖、维生素C、硝酸盐、亚硝酸盐、砷、汞等;

• 在植物生化分析中可用于检测叶绿素、全氮和酶的活力等;

• 在饲料分析中可用于检测烟酸、棉酚、磷化氢和甲酯等。


1、DNA和RNA分析

快速验证RNA和DNA的纯度和浓度是一种特别广泛的应用。在制备DNA或RNA样品时,例如用于测序等下游应用时,通常重要的是要验证其中一个样品没有被其他,或从分离过程中携带的蛋白质或化学物质。


2、药物分析

最常见的用途之一是在制药行业。使用数学导数处理允许解析原始光谱中的重叠吸收峰以识别单个药物化合物。例如,苯佐卡因(一种局部麻醉剂)和金霉素(一种抗生素)可通过将第一个数学导数应用于吸光度光谱,同时在商业兽用粉末制剂中进行鉴定。通过为每种化合物构建校准函数,可以在微克/毫升的浓度范围内同时定量这两种物质。


3、细菌培养

OD测量通常使用600nm的波长快速进行,以估计细胞浓度并跟踪生长。600nm是常用和优选的,因为它们在其中生长的细菌培养基的光学特性以及避免在需要继续实验的情况下损坏细胞。


4、饮料分析

识别饮料中的特定化合物是另一个常见应用。咖啡因含量必须在一定的法律限制内,紫外线可以促进量化。某些类别的有色物质,例如在蓝莓、覆盆子、黑莓和樱桃中发现的花青素,可以通过匹配它们在葡萄酒中的已知峰值吸收波长来轻松识别,以便使用紫外可见吸收进行质量控制。


5、其他应用

这种技术也可用于许多其他行业。例如,测量颜色指数可用于监控变压器油,作为确保电力安全输送的预防措施。测量血红蛋白的吸光度以确定血红蛋白浓度可用于癌症研究。在废水处理中,可用于动力学和监测研究,通过比较一段时间内的光谱,确保某些染料或染料副产品已被正确去除。



各项指标的重要性


1、稳定性的重要性


其稳定性应包括基线漂移和光度重复性两个方面。使用时有一个很重要的原则或宗旨就是仪器要稳定可靠。如果一台仪器的稳定性差,就不可能得到满意的分析测试结果。仪器的稳定性是制造、挑选或使用紫外可见分光光度计的关键问题之一。


有些使用者把基线漂移作为稳定性,实际上基线漂移只是稳定性的内容之一。如果一台紫外可见分光光度计的基线漂移符合使用要求,但其光度重复性很差,它仍然不能满足使用者的使用要求;反之,如果一台紫外可见分光光度计的光度重复性符合使用要求,但其基线漂移大,它也不能满足使用要求。只有基线漂移很小、重复性也很好的仪器才能满足使用要求,才是好仪器。


2、光谱带宽的重要性


影响其定量分析误差的因素很多,光谱带宽就是主要因素之一。


首先来看A.J.Owen关于光谱带宽对分析误差的影响的研究,他指出光谱带宽(SBW)/自然带宽(NBW)≤O.1时,该仪器可满足99%的试样的分析,并且分析准确度可达99. 5%。从他给出的例子可知,当用1nm光谱带宽测试时,可得出一个很漂亮的光谱图;当同一操作者使用同一仪器和同一样品,分别改用5nm、lOnm、20nm、50nm光谱带宽测试时,所得的谱图明显比用1nm光谱带宽测试的峰高低很多。在20nm光谱带宽测试时,两个峰变成了一个马鞍形的峰。特别在50nm光谱带宽测试时,两个峰就变成了一个馒头峰。由此可见,光谱带宽对分析测试误差的影响很大。


所以,应重视对光谱带宽的选择,以便提高分析测试结果的可靠性,提高分析测试技术水平。


3、基线平直度的重要性


其基线平直度是指每个波长上的光度噪声,它是用户最关心的技术指标之一,也是仪器各个波长上主要分析误差的来源之一,它决定仪器在各个波长下的分析检测浓度的下限(或决定各个波长下仪器的灵敏度)。


目前,许多使用者都不正确给出基线平直度这个关键性能技术指标。不管是高档紫外可见分光光度汁,还是一般的紫外可见分光光度计,给的基线平直度都是±0.001A。其实这些达不到±0.001A,而有些优于±0.001A。所以,紫外可见分光光度计的设计者、生产者和使用者都要高度重视基线平直度这个技术指标。


4、线性动态范围的重要性


线性动态范围是影响分析测试误差的技术指标。如果仪器的线性动态范围很宽,则无论是对很稀的样品还是对很浓的样品进行分析时,其分析测试的结果都在所要求的误差范围内。所以应选择线性动态范围大的紫外可见分光光度计。


其线性动态范围取决于仪器的杂散光和噪声,它们是分测试误差的主要来源。杂散光限制被分析测试样品浓度的上限。噪声限制被分析样品浓度的下限。其线性动态范围非常重要,它限制仪器的使用范围(即限制仪器的适用性)。


5、波长准确度的重要性

所谓波长准确度是指波长的实际测定值与理论值(真值)的差。其波长准确度是很重要的技术指标,特别是在对不同仪器的测试结果进行比较时,波长准确度更加重要。


例如,若要比对两台紫外可见分光光度计对同一样品的分析测试结果,如果仪器的波长准确度不好,就无法进行比较,或比较不出正确的结果。同一物质进行测试时,由于不同波长时摩尔吸光系数不同,就会有不同的灵敏度,即使是同一样品,测试的数据也会不相同。如果使用者要用一台紫外可见分光光度计做定量分析,若仪器的波长准确度不好,也会因仪器的波长误差而产生很大的分析误差。因此其波长准确度非常重要,它是制造者和使用者应该重视的一个技术指标。