CN102384785A - 一种分光光度计的全波段波长校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分光光度计的全波段波长校正方法，用于分光光度计，所述分光光度计包括：一个提供复合光的光源单元，一个用于依据位移量产生单色光的单色器，一个用于设置被测样品，使所述单色光射入被测样品，产生测量结果的测量单元，一个依据所述测量结果产生所述位移量的控制单元，所述方法包括如下步骤：加入具有多个特征峰值的标准物质作为被测样品，获取标准物质的测量结果，依据所述测量结果中的两个相邻的特征峰值所对应的单色光的波长和位移量，设定该两个峰值之间的单色光的波长所对应的位移量。本发明能够在复合光全波段范围内将波长分段进行校正，每个波段都有相应的波长校正系数，有效地提高了波长准确度。

Description

一种分光光度计的全波段波长校正方法

技术领域

本发明涉及采用光学测量方法的通用测量装置领域，尤其涉及到一种分光光度计的波长校正方法。

背景技术

分光光度计是利用物质对光的选择吸收现象，进行物质的定性和定量分析的光电式分析仪器，也是一种光谱仪器。根据电磁辐射原理，不同的物质具有不同的选择吸收，也即具有不同的吸收光谱。通过对吸收光谱的分析可方便的判断物质的内部结构和化学组成。分光光度计是分光仪器和光度计的一种组合。按工作光谱原理的不同，分光光度计可分为研究物质分子吸收光谱的分光光度计、研究物质中原子吸收的原子吸收分光光度计、研究物质分子荧光发射的荧光分光光度计和研究物质原子荧光发射的原子荧光分光光度计等。由于分光光度法具有分析精度高、测量范围广、分析速度快、样品用量少等优点，分光光度计已成为现代化分析实验室必备的常规仪器之一。

参照图1，分光光度计1通常包括一个提供复合光的光源单元101，一个依据位移量产生单色光的单色器102，一个产生测量结果的测量单元103，一个依据所述测量结果产生所述位移量的控制单元104，单色器102中通常都有色散元件，色散元件多采用光栅，单色器102中通常采用电动机驱动正玄规机构使色散元件旋转以定位某一波长的单色光，也可以采用脉冲马达和减速机构来驱动以定位某一波长的单色光。所述的位移量可以是所述正弦规机构的丝杠进给量，也可以是所述脉冲马达和减速机构的转动量。单色器102依据不同的位移量产生不同波长的单色光。位移量与单色光的波长之间通常有换算关系，以采用电动机驱动正弦规机构是色散元件旋转以定位某一波长的单色光为例，所述的位移量是所述正弦规机构的丝杠进给量，丝杆进给量S和单色光波长λ的关系如公式(1)所示。

$\mathrm{\λ}=\frac{2d}{n}*\frac{1}{L}*S*\cos \mathrm{\φ}---\left(1\right)$

其中，d是光栅的光栅常数，n为衍射级次，φ是光栅的入射光和衍射光之间夹角的一半，L是正弦规的正弦臂长度。通过公式(1)可以在理论上得出：当需要一个特定波长λ的单色光的时候，可以通过公式(1)计算出一个丝杠进给量S。但实际上，由于机械加工和安装调试等原因带来的误差，使得当运用公式(1)给出一个丝杠进给量S时，输出的单色光波长会出现误差，比如系统设置单色光的波长为254nm，并进给了利用公式(1)计算出的丝杠进给量S，但系统实际输出的单色光波长是254.1nm，这种误差是需要校正的。传统的校正方法是采用光源的两个固有特征峰来进行校正，测量单元103分别测出光源的两个固有特征峰波长λ1和λ2，同时测出分别对应固有特征峰波长λ1和λ2的丝杠进给量S1和S2，利用公式(2)计算出波长校正系数K，

$k=\left|\frac{S_1-S_2}{{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2}\right|---\left(2\right)$

利用波长校正系数K对单色光波长λ进行校正的公式如公式(3)所示，

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{k}*\frac{2d}{n}*\frac{1}{L}*S*\cos \mathrm{\φ}---\left(3\right)$

可以看到，在上述校正方法中，所有波长的单色光都使用一个校正系数，而在实际系统中，机械的加工误差和部件的安装误差对不同波长导致的偏差是不同的，因此，对所有波长的单色光都采用一个波长校正系数进行校正势必会导致波长校正不准确。

发明内容

本发明解决的技术问题是，解决对所有波长都采用一个波长校正系数进行校正而导致波长校正不准确的问题。

解决上述技术问题，本发明提供了一种分光光度计的全波段波长校正方法，用于分光光度计，所述分光光度计包括：一个提供复合光的光源单元，一个用于依据位移量产生单色光的单色器，一个用于设置被测样品，使所述单色光射入被测样品，产生测量结果的测量单元，一个依据所述测量结果产生所述位移量的控制单元，所述全波段波长校正方法包括如下步骤：

加入具有多个特征峰值的标准物质作为被测样品，

获取标准物质的测量结果，

依据所述测量结果中的两个相邻的特征峰值所对应的单色光的波长和位移量，设定该两个峰值之间的单色光的波长所对应的位移量。

还包括利用所述复合光的波长范围内，单色光的固有特征峰值所对应的波长和位移量，及标准物质的多个特征峰值中与所述固有特征峰值相邻的边缘峰值所对应的波长和位移量，设定所述固有特征峰值对应的单色光和所述边缘峰值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。

还包括利用所述复合光的波长范围内，单色光的固有特征峰值所对应的波长和位移量，及标准物质的多个特征峰值中与所述固有特征峰值相邻的边缘峰值所对应的波长和位移量，设定所述固有特征峰值对应的单色光和所述复合光的波长上限值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。

还包括利用与所述复合光的波长下限值依次相邻的两个特征峰值所对应的单色光的波长和位移量，设定所述复合光的波长下限值对应的单色光和与所述复合光的波长下限值相邻的特征峰值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。

所述标准物质可以是钬玻璃、钬溶液或镨钕玻璃中的一种。

本发明的分光光度计的全波段波长校正方法，解决了对所有波长都采用一个波长校正系数进行校正而导致波长校正不准确的问题，把波长分段，每个波段的波长都有一个针对该波段的校正系数，从而大大提高了系统波长校正精度。

附图说明

图1是现有技术分光光度计1的结构说明图

图2是本发明一个全波段波长校正方法的优选实施例的操作步骤2的流程说明图

具体实施方式

参照图1，现有技术的分光光度计1通常包括一个提供复合光的光源单元101，一个依据位移量产生单色光的单色器102，一个产生测量结果的测量单元103，一个依据所述测量结果产生所述位移量的控制单元104，光源单元101中通常采用氘灯和钨灯作为光源来提供复合光，当然也可以采用其他的惯用的光源，单色器102中通常都有色散元件，色散元件多采用光栅，单色器102中通常采用电动机驱动正玄规机构使色散元件旋转以定位某一波长的单色光，也可以采用脉冲马达和减速机构来驱动以定位某一波长的单色光。所述的位移量可以是所述正弦规机构的丝杠进给量，也可以是所述脉冲马达和减速机构的转动量。本发明的优选实施例中的位移量采用正弦规机构的丝杠进给量。测量单元103通常包括样品室，在现有技术的波长校正过程中，样品室中没有任何物质。控制单元依据所述测量单元的测量结果控制正弦规机构的丝杠进给量。

参照图2，是本发明一个全波段波长校正方法的优选实施例的操作步骤2的流程说明图，包括如下步骤：

S21加入具有多个特征峰值的标准物质作为被测样品，

S22获取标准物质的测量结果，

S23依据所述测量结果中的两个相邻的特征峰值所对应的单色光的波长和位移量，设定该两个峰值之间的单色光的波长所对应的位移量。

其中，步骤S21是将具有多个特征峰值的标准物质加入到所述测量单元103的样品室中，本优选实施例选用钬玻璃作为标准物质。

S22获取标准物质的测量结果是指通过扫描的方式获得钬玻璃的多个特征峰值，所述扫描的方式是指在所述单色器102不断为所述测量单元提供不同波长的单色光的同时，控制单元104不断检测测量单元103中光电转换后输出的能量值，每检测到一个能量最低值点就记录下来，此时每个所述能量最低值点就对应一个标准物质的特征峰值。由此得到多个特征峰值分别是λ₂：637.9nm、λ₃：536.6nm、λ₄：460.0nm、λ₅：453.6nm、λ₆：446.1nm、λ₇：418.6nm、λ₈：361.0nm，λ₉：287.7nm和λ₁₀：241.5nm。控制单元104同时依次检测出特征峰λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇、λ₈、λ₉和λ₁₀、分别对应的丝杠进给量S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈，S₉和S₁₀。所述的丝杠进给量是基于零点的丝杠进给量，本发明中的零点在霍尔位置。再利用公式(2)计算出波长校正系数K₂、K₃、K₄、K₅、K₆、K₇，K₈和K₉。

$k=\left|\frac{S_1-S_2}{{\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2}\right|---\left(2\right)$

作为举例说明，也可以通过预先分析钬玻璃获得钬玻璃的多个特征峰值。

计算出上述波长校正系数K₂、K₃、K₄、K₅、K₆、K₇，K₈和K₉，可以分别对波长范围在λ₂λ₃之间、λ₃λ₄之间、λ₄λ₅之间、λ₅λ₆之间、λ₆λ₇之间、λ₇λ₈之间，λ₈λ₉之间和λ₉λ₁₀之间的波长进行分段校正。由于本实施例的系统中复合光的波长范围是190nm至900nm，为了使校正更加准确，分段更加细致，还包括利用所述复合光的波长范围内，单色光的固有特征峰值所对应的波长和位移量，及标准物质的多个特征峰值中与所述固有特征峰值相邻的边缘峰值所对应的波长和位移量，设定所述固有特征峰值对应的单色光和所述边缘峰值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。具体就是扫描出氘灯光源的固有特征峰值λ₁：656.1nm，及λ₁对应的丝杠进给量S₁，这样在656.1nm和637.9nm之间就可以利用公式(2)计算出针对这一波长段的波长的校正系数K₁。

波长在656.1nm和900nm之间的波长段的校正系数采用波长段与其最相邻的段的校正系数，即656.1nm和637.9nm之间的波长校正系数K₁。

作为举例说明，为了使656.1nm和900nm之间的波长段的波长校正更准，可以采用扫描镨钕玻璃的特征峰值及特征峰值对应的丝杠进给量的办法，将656.1nm和900nm之间的波长再进行细致分段，针对每段利用公式(2)计算出相应的校正系数进行更加细微地校正。

作为举例说明，所述标准物质还可以是钬溶液或镨钕玻璃，以及其他具有多个特征峰值的物质，一般波长在656.1nm以下时，采用钬玻璃或钬溶液作为标准物质，波长在656.1nm以上时，采用镨钕玻璃作为标准物质。

波长在190nm和241.5nm之间的波长段的校正系数采用波长段与其最相邻的段的校正系数，即241.5nm和287.7nm之间的波长校正系数K₉。

利用波长校正系数K对单色光波长λ进行校正的公式如公式(4)所示，

$S_{\mathrm{\λ}}=\left\{\begin{array}{cc}{k}_{\mathrm{\λ}}*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\Λ}\_\mathrm{Max}}|+S_{\mathrm{\Λ}\_\mathrm{Max}}& \mathrm{\λ}\≤656.1\\ S_1-k_1*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|\mathrm{\λ}-656.1|& \mathrm{\λ}>656.1\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，S_λ是校正后得到的丝杠进给量，d是光栅的光栅常数，n为衍射级次，φ是光栅的入射光和衍射光之间夹角的一半，L是正弦规的正弦臂长度，k_λ是单色光波长λ所在波长段的校正系数，λ_{Λ_Max}是单色光波长λ所在波长段的两个边界波长值中较大值，S_{Λ_Max}是单色光波长λ所在波长段的两个边界波长值中较大值的丝杆进给量。

例如，欲使254nm的光到达样品室，具体是这样完成的：

判断254nm在(287.7，241.5)波长段，此波长段的校正系数是K₉，较大的波长是287.7。

根据公式(4)计算丝杆的进给量

$S_{254}=k_9*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|\mathrm{\λ}-287.7|+S_{287.7}$

根据公式(4)计算出的丝杆进给量驱动脉冲马达，使出射的单色光波长准确地达到254nm，完成波长校正过程。

作为举例说明，利用波长校正系数K对单色光波长λ进行校正的公式也可以采用公式(5)。

$S=\left\{\begin{array}{cc}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(k_i*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|{\mathrm{\λ}}_i-{\mathrm{\λ}}_{i-1}|)+S_1& \mathrm{\λ}\≤656.1\\ S_1-k_1*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|{\mathrm{\λ}}_i-656.1|& \mathrm{\λ}>656.1\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，d是光栅的光栅常数，n为衍射级次，φ是光栅的入射光和衍射光之间夹角的一半，L是正弦规的正弦臂长度，N是单色光波长λ到656.1nm的波长段总数，例如，254nm到656.1nm经过了：(656.1，637.9]、(637.9，536.6)、(536.6，460.0)、(460.0，453.6)、(453.6，446.1)、(446.1，418.6)、(418.6，361.0)、(361.0，287.7)和(287.7，241.5)共9个波长段，那么N＝9，k_i是出射光波长λ距656.1nm所需要经过的波长段的校正系数，其中，λ_i是两个边界值中较小的边界值，λ_i-1是两个边界值中较大的边界值。在包含λ的波长段时λ_i取值为λ。

作为举例说明，利用波长校正系数K对单色光波长λ进行校正的公式也可以采用公式(6)。

$S_{\mathrm{\λ}}=\left\{\begin{array}{cc}{k}_{\mathrm{\λ}}*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\Λ}\_\mathrm{Max}}|+T_{\mathrm{\Λ}\_\mathrm{Max}}+S_1& \mathrm{\λ}\≤656.1\\ S_1-k_1*\frac{n}{2d}*\frac{1}{\cos \mathrm{\φ}}*L*|\mathrm{\λ}-656.1|& \mathrm{\λ}>656.1\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，d是光栅的光栅常数，n为衍射级次，φ是光栅的入射光和衍射光之间夹角的一半，L是正弦规的正弦臂长度，k_λ是出射光波长λ所在波长段的校正系数，λ_{Λ_Max}是出射光波长λ所在波长段的两个边界波长值中较大值，T_{Λ_Max}是出射光波长λ所在波长段的两个边界波长值中较大值的丝杆进给量与S₁的差值。

利用公式(6)的计算方法，可以有效避免分光光度计重新开机后零点位置发生改变使校正计算出现偏差的问题。

再次参照图1，当按照本发明优选实施例的方法得到校正系数K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆、K₇，K₈和K₉，控制单元104将所述校正系数K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆、K₇，K₈和K₉存储，此时将标准物质从测量单元103中的样品室中取出，放入样品，开始分光光度计1的测量过程：光源单元101为分光光度计1提供复合光，单色器102为所述测量单元103提供一定波长的单色光，所述测量单元103需要的单色光的波长取决于使用者对样品的测试需求，当测试需求确定后，所述测量单元103需要的单色光的波长就确定了，单色光的波长确定后，所述控制单元104依据所述单色光的波长、所述存储的校正系数，及上述本发明优选实施例公式(4)或公式(5)或公式6计算出针对所述单色光波长的丝杆进给量，并依据所述丝杠进给量控制所述单色器102提供所述单色光。

本发明的分光光度计的全波段波长校正方法，解决了对所有波长都采用一个波长校正系数进行校正而导致波长校正不准确的问题，把波长分段，每个波段的波长都有一个针对该波段的校正系数，从而大大提高了系统波长校正精度。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。

Claims (5)

1.一种分光光度计的全波段波长校正方法，用于分光光度计，所述分光光度计包括：一个提供复合光的光源单元，

一个用于依据位移量产生单色光的单色器，

一个用于设置被测样品，使所述单色光射入被测样品，产生测量结果的测量单元，

一个依据所述测量结果产生所述位移量的控制单元，其特征在于，包括如下步骤：

加入具有多个特征峰值的标准物质作为被测样品，

获取标准物质的测量结果，

依据所述测量结果中的两个相邻的特征峰值所对应的单色光的波长和位移量，设定该两个峰值之间的单色光的波长所对应的位移量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤，

利用所述复合光的波长范围内，单色光的固有特征峰值所对应的波长和位移量，及标准物质的多个特征峰值中与所述固有特征峰值相邻的边缘峰值所对应的波长和位移量，设定所述固有特征峰值对应的单色光和所述边缘峰值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤，

利用所述复合光的波长范围内，单色光的固有特征峰值所对应的波长和位移量，及标准物质的多个特征峰值中与所述固有特征峰值相邻的边缘峰值所对应的波长和位移量，设定所述固有特征峰值对应的单色光和所述复合光的波长上限值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤，

利用与所述复合光的波长下限值依次相邻的两个特征峰值所对应的单色光的波长和位移量，设定所述复合光的波长下限值对应的单色光和与所述复合光的波长下限值相邻的特征峰值对应的单色光之间的单色光的波长所对应的位移量。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于：所述标准物质是钬玻璃、钬溶液或镨钕玻璃中的一种。

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