紫外分光光度計(jì)和熒光積分球

1、- -前言：在分光光度計(jì)中，一個(gè)是作為檢測器用的光電倍增管，另一個(gè)是作為附件用的積分球，兩者看似沒有直接的聯(lián)系，實(shí)際上，積分球的問世和使用正是彌補(bǔ)了光電倍增管在檢測多樣化樣品時(shí)的自身缺陷。而對(duì)于積分球檢測器這種附件，許多儀器使用者了解甚少，甚至沒有聽說過。為此，本文針對(duì)這兩者的關(guān)系做一簡單介紹，以饗讀者。1光電倍增管的使用：光電倍增管英文名稱是photomultiplier tube，簡稱PTM。在目前的一些雙光束分光光度計(jì)中經(jīng)常使用光電倍增管作為檢測器。由于光電倍增管具有靈敏度高，噪聲低及響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用在許多光學(xué)儀器中作為檢測器，這是眾所周知的常識(shí)。2光電倍增管的構(gòu)造：光

2、電倍增管有側(cè)窗式和端窗式兩種，在實(shí)際應(yīng)用范圍里又以側(cè)窗式居多，因此、本文以R928型側(cè)窗式光電倍增管為例加以介紹。R928型光電倍增管有11個(gè)電極，分別為：1個(gè)光陰極，9個(gè)倍增極，也稱打拿極DY和1個(gè)陽極P；外觀圖和內(nèi)部圖如圖1，圖2所示：圖1、R928型光電倍增管外觀圖圖2、R928型光電倍增管內(nèi)部構(gòu)造頂視圖3光電倍增管的簡單工作原理：當(dāng)入射的檢測光信號(hào)S/R照射到光陰極K后，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子首先進(jìn)入倍增系統(tǒng)的第一個(gè)打拿極DY1，然后通過進(jìn)一步的二次電子發(fā)射，逐級(jí)通過其余的8個(gè)打拿極DY2DY9而得到遞增式的倍增放大；最后這些被屢次放大后的電子被陽極P收集作為信號(hào)輸出。

3、圖3是R928電極排列及供電電路示意圖：圖3、R928電極排列及供電電路示意圖4光電倍增管靈敏度特性的分析：雖然光電倍增管有許多優(yōu)點(diǎn)，但暇不掩玉，該器件自身也有兩個(gè)致命的缺陷；靈敏度因強(qiáng)光照射這也就是為何儀器在通電的情況下樣品室蓋子不能翻開的原因或因照射時(shí)間過長而降低，停頓照射后又局部地恢復(fù)；鑒于光電倍增管的這種特性致使它隨著使用時(shí)間的累加，靈敏度會(huì)逐漸下降一般從長波長開場下降，俗稱“紅外紫移且噪聲輸出卻逐漸加大，直至被棄用。我們把這種現(xiàn)象稱為“疲乏效應(yīng)。光陰極外表各點(diǎn)的靈敏度不是均勻的，而是根據(jù)入射光束的輸出變動(dòng)而定。對(duì)于第一個(gè)缺陷由于有個(gè)時(shí)間的累積過程，故負(fù)面效應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)不是很凸顯；但是

4、對(duì)于第二個(gè)缺陷，卻直接影響著不同樣品的在線分析結(jié)果。于是就引出了一個(gè)關(guān)于光電倍增管靈敏度特性這樣一個(gè)概念的分析。側(cè)窗型光電倍增管由于光電面光窗的弧形構(gòu)造及電極的幾何形狀等原因，致使光陰極外表各個(gè)位置上的靈敏度是不均勻的，但是造成這種不均勻的原因不是光陰極外表本身，而是入射光束或光斑作用在光陰極光電面上不同的位置locality所致。形象地說，就是入射光束照射在光陰極外表上不同的位置會(huì)直接影響著陽極靈敏度的上下即陽極輸出電流的大小，這種特性關(guān)系見圖4所示：圖4、光電倍增管的靈敏度特性我們從上面示意圖可以看到，入射光束作用在光電倍增管光電面上的位置不同會(huì)改變其輸出的靈敏度；水平位置對(duì)靈敏度的影響最

5、為明顯，垂直位置其次。如果入射光束照射在光電面的水平方向的邊緣時(shí)，甚至使檢測器失去了放大功能，這也就是為何儀器在更換光電倍增管后需要仔細(xì)地調(diào)整管子與入射光束的垂直角度和上下的原因。如果有時(shí)機(jī)你會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多儀器上的光電倍增管的光電面光窗不是與入射光束形成垂直0度角，而是有個(gè)小小的偏差角度，其原因就是為了尋找檢測器最正確靈敏度位置的結(jié)果。5不同測試樣品對(duì)靈敏度的影響：由于入射光束的強(qiáng)弱變化和檢測器靈敏度的變化，故我們在使用分光光度計(jì)之前一般均要做基線校正，這是根本使用常識(shí)。以雙光束單檢測器的儀器測試液體樣品為例：在測試前，兩個(gè)通道的比色池內(nèi)均放置了溶劑調(diào)零或做用戶基線掃描，注意：這時(shí)兩個(gè)通道的各種

6、誤差包括光強(qiáng)、折射率、光束照射在檢測器光陰極上的位置的偏差均得到了校正，然后再測試未知樣品。如果樣品的濃度及構(gòu)造較為簡單時(shí)，也就是說樣品光束與先前作為校正用的溶劑的光束一致或相近時(shí)，測試結(jié)果是可信的這也就是許多使用者經(jīng)常談到的吸光值在0.7Abs以下最適合的出處所在；可是當(dāng)被測樣品的濃度過高或構(gòu)造較為復(fù)雜例如渾濁樣，此時(shí)樣品光束的形狀與溶劑光束的形狀相差甚遠(yuǎn)，所測試的結(jié)果的可信度就會(huì)大大打折扣的；當(dāng)樣品構(gòu)造過于復(fù)雜時(shí)例如腦積液幾乎無法測試，不但結(jié)果不可信同時(shí)噪聲還會(huì)加大。何況現(xiàn)在的分光光度計(jì)還不僅僅局限于測試液體樣品呢？圖5就是各種樣品光束的形狀：圖5、各種樣品的光束從上面示意圖可以看出，通過

7、空氣的光束在檢測器光陰極上形成的光斑面積最小，而光強(qiáng)最集中，故檢測器輸出的信號(hào)噪聲也最小，這是因?yàn)楣馐鴽]有受到任何樣品的散射作用；而透鏡類的固體樣品所產(chǎn)生的光斑最大且有可能平移，光強(qiáng)較為分散，故會(huì)引起檢測結(jié)果精度的下降及噪聲的增大，這是因?yàn)楣馐艿綐悠返纳⑸渥饔弥剩还腆w樣品的厚度越大，這種散射越嚴(yán)重。結(jié)論：即使儀器的條件全部一致光源、單色器、波長等，但由于樣品的不一致，那么作用在光電倍增管光電面上的光束的位置、面積、光壓強(qiáng)也不一致。眾所周知，當(dāng)今的分光光度計(jì)，不僅僅測試液體樣品的透過率或吸光度，而是還要測試固體樣品的透射率，甚至固體外表的漫反射率。因此圖5所表示的傳統(tǒng)的測光方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿

8、足現(xiàn)代分析的需要了。對(duì)于渾濁的液體樣品或某些固體樣品的測試，那么需要使用一種特殊的附件，那就是積分球檢測器。6積分球檢測器的構(gòu)造和原理：積分球附件其實(shí)就是一個(gè)特殊的檢測器，它的英文名稱是Integrating Sphere；其構(gòu)造示意圖如圖6所示：圖6、積分球檢測器構(gòu)造示意圖從圖6中可以看到，積分球的外觀確是個(gè)中空的球體，外壁由金屬構(gòu)成，內(nèi)壁涂有擴(kuò)散率很高的物質(zhì)，如：硫酸鋇(BaSO4)或詩貝倫(SPEKTRON)；硫酸鋇涂層的積分球價(jià)格較廉價(jià)，等效透過率的基線平坦度T稍差，但反射率(P)較高，可到達(dá) P0.92；而詩貝倫涂層的積分球剛好與硫酸鋇涂層的相反，它的基線平坦度T更趨于平直，但反射率

9、稍差，P0.80。它的內(nèi)徑可以做到從幾十毫米幾百毫米不等；但內(nèi)徑越大那么價(jià)格也越貴。沿球體的直徑，對(duì)開兩個(gè)圓口，一個(gè)為入光口、一個(gè)為反光口。入光口處可以放置液體或固體樣品，以做透過率測試之用；這時(shí)、反光口處那么要放置由氧化鋁(Al2O3)制成的副白板作為擴(kuò)射元件，如圖6所示；如果需要測試固體樣品的反射率，那么要將樣品放置在副白板處，而副白板是否仍然需要繼續(xù)使用，這就要視樣品的性質(zhì)而定了。如果樣品完全不透明，那么無需使用副白板；如果樣品透明或半透明狀，那么一般仍需使用副白板，只是該白板要放置在樣品的后面做襯底之用。但是無論是測透射還是測反射，具有各向異性的樣品光束在積分球體內(nèi)進(jìn)展全方位的漫反射,

10、最后一個(gè)被平均化了的光信號(hào)被置于積分球底部或上部的光電倍增管接收并加以進(jìn)一步的放大。這就是積分球檢測器的簡單放大原理。這種積分球檢測器的優(yōu)點(diǎn)是抑制了傳統(tǒng)的單一使用光電倍增管作為檢測器所產(chǎn)生的弊病，對(duì)于不同的樣品光束的形狀那么無需再加考慮了，使光電倍增管的光電面承受的光束形狀和位置幾乎一致，最終使測試精度得以提高了。圖6只是積分球構(gòu)造和原理的示意圖；實(shí)際上的積分球需要開兩組窗口，每組兩個(gè)光口，一個(gè)入光口，一個(gè)反光口，共四個(gè)光口。兩組窗口可以互為垂直，也可以互為平行；一組窗口作為樣品光束用，另一組為參比光束用。下面介紹實(shí)際的積分球的構(gòu)造和用法。 Last edit by anping儀器專場展示：

11、紫外可見光譜可見分光光度計(jì)便攜式分光光度計(jì)關(guān)鍵詞：積分球光電倍增管第二屆網(wǎng)絡(luò)原創(chuàng)原創(chuàng)大賽收藏分享評(píng)分夕陽 技術(shù) 財(cái)富 個(gè)人資料加為好友 給他留言帖子合集沙發(fā)只看作者回復(fù)于：2021-10-9 11:07:25回復(fù)本貼回復(fù)主題編輯舉報(bào)管理7積分球檢測器的實(shí)際應(yīng)用：現(xiàn)在將一個(gè)內(nèi)直徑為60mm的積分球的實(shí)例照片和光路圖作為說明之用。圖7是這種積分球的外觀圖，圖8是光路示意圖：圖7、60mm積分球外觀圖圖8、積分球光路示意圖當(dāng)需要測試液體樣品的透過率時(shí)，比色池架安放在積分球入光口的前面，并且可以放置 1010,1020,1030,1040四種比色池子，另外也可以選擇安放由24只1010規(guī)格的比色池串接

12、的池組；此時(shí)，樣品測的反光口處只能安放副白板作為擴(kuò)散用。這種測試方式見圖9所示：圖9、測試液體樣品的透過率當(dāng)要進(jìn)展固體樣品的透過率的測試時(shí)，需將比色池架取掉，此時(shí)在樣品光束入口處可以放置厚度小于50mm的固體樣品。這種測試方式見圖10所示：圖10、測試固體樣品的透過率當(dāng)要進(jìn)展固體樣品的透過率的測試時(shí)，需要將樣品放置在樣品側(cè)的反光口處以進(jìn)展漫反射的測量。圖11所展示的照片為對(duì)不透明的固體樣品進(jìn)展漫反射的測量狀態(tài)：圖11、測試固體樣品的反射率8其他類型的積分球:在某些專用的分光光度計(jì)上，例如可以檢測光學(xué)器件的分光光度計(jì)，只能使用積分球檢測器。此類儀器為了適應(yīng)測試體積大的光學(xué)樣品例如照相機(jī)變焦鏡頭，故樣品倉設(shè)計(jì)的很寬闊，因此所測樣品無需放置在積分球附近。這種積分球外觀如圖12所示：圖1