紫外可见分光光度计的过去与未来

发布于 2015-01-12 01:43
UV1901 双光束紫外可见光分光光度计

在1930年代,科学家从对於维生素的研究指出,维他命A有吸收紫外光的现象。之後,美国利用紫外光可见光 (UV-Vis)来测量士兵口粮内的维他命含量。这项研究最终在1940年代初期,发展成商用的紫外可见光光谱仪。

在1941年,贝克曼仪器公司(Beckman Instruments)推出全世界第一台商用紫外光 / 可见光 分光光度计 DU UV-Vis Spectrophotometer,这台分光光度计,可将从前需要数小时丶甚至数天的测量过程,缩短到几分钟。虽然现代的紫外可见光分光光度计已经不可同日而语,但基本的运作原理还是大同小异:测量光线通过样品前後的光通量差异,根据光线被吸收的程度,量测液态样品的特性。

Beckman分光光度計

贝克曼仪器公司推出全球第一部分光光度计

现代的紫外可见光分光光度计(之後简称 UV / VIS),已经发展出数种不同的架构,以适用於不同的测试需求。UV / VIS 仪器有两种主流的类型:「色散式 (Dispersive)」以及「光二极体阵列式 (Photodiode Array)」:

色散式的仪器会在光线通过样品之前,将光源的白光,以绕射光栅(作为「波长选择器」),过滤出某种单一波长的光线,最後由光二极体检测该光线的强度。绕射光栅是「单色器 Monochromator」的一种,从前也有用棱镜的仪器,但现在比较少见。

光二极体阵列式的仪器,则是直接将白光照射样品以後,再利用色散器将光线拆解成不同波长的光线,再以每个光二级体能个别感测不同波长光线的「光二极体阵列」,解读光线的吸收程度。他的特色是快速,但有些缺点,有待未来更进步的光侦测器及相关技术有所突破,因此,目前还是色散型的仪器较为常见。

现代色散型的 UV / VIS 仪器根据光源的设计方式,可分为两种:

单光束 (Single Beam):构造是一个单一光源加上一个单色器,一个比色液管注一,一个侦测器构成。构造简单,价格也最便宜。

單光束 UV-Vis 分光光度計
单光束紫外光/可见光分光光度计架构图

双光束 (Double Beam):直接有两个光源丶两组比色液槽,及两组侦测器。如势动科技推出的 UV1901 系列 双光束紫外 / 可见光分光光谱仪,就是这样的架构,不但性能优异,价格也相当亲民,是一台在市场上高性价比的仪器。

Dual Bean UV-Vis Spectrophotometer
双光束紫外光/可见光分光光度计架构图

 

未来的紫外可见分光光度计,还是会不断地进化。而且它将朝着「方便使用」丶「可携」丶以及「应用专门」等方向继续改进。另外,对於固体样品的分析领域,像太阳能电池研究半导体产品,以及表面涂层镀膜材料等等,UV / VIS 仪器还是不断地进步。另外,光源技术的突破,如LED光源注二,也为 UV / VIS 带来新的生命。这种新型光源,不但有机会改进传统的 UV / VIS 仪器,对於手持式装置,将带来新的应用领域。而远距感测器(透过光纤设备)能更进一步将样品的量测,带到实验室外面完成。

[注一] Cuvette 有多种中文翻译,比色液槽比色槽比色管光析管透光槽样品槽

[注二] 紫外线发光二极体 (UVC LED, Ultraviolet Light-emitting Diodes)

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