CN1105451A

CN1105451A - 单光束双波长分光光度计

Info

Publication number: CN1105451A
Application number: CN 94100362
Authority: CN
Inventors: 杨克让
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 1994-01-15
Filing date: 1994-01-15
Publication date: 1995-07-19

Abstract

本发明公开了一种可以用来设计制造新型分析测试仪器——单光束双波长分光光度计。这种双波长分光光度计结构简单，便于普及。方法的关键是对参比波长和测定波长的光束分时透过试样溶液后所产生的电信号强度进行调控。使电信号的强度关系等效于双波长的两束光的强度关系。仪器不仅可以进行单波长吸光值测定；而且可以进行双波长四种吸光值测定：等吸收点法，波长增敏法、等吸收法和倍比系数法。

Description

本发明公开了一种设计制造单光束双波长分光光度计的方法。这种分光光度计是一种新类型的分析测试仪器。属于分析测试技术领域。

在专著《紫外-可见光分光光度法》（陈国珍等编著，原子能出版社，1987年）对分光光度计的类型及其结构作了详细介绍，但未提到单光束双波长分光光度计这种类型。国内外厂商出售的各类型分光光度计，也不曾有过这种类型的仪器。分光光度计可以分为两大类型：单波长分光光度计和双波长分光光度计。单波长分光光度计又可分为单光束单波长分光光度计和双光束单波长分光光度计。一般地说来，单光束单波长分光光度计是一种普及型分析测试仪器，它的结构简单，价格低廉、操作方便，维修容易。是目前我国最为广泛使用的一种分析测试仪器。但是，其测试功能单一，测试方法的选择性差，精度低。这是测试方法本身所决定的。因为，单波长吸光值的测定是直接以比尔定律为基础。以透过参比溶液的光束强度代替入射到试样溶液之前的光束强度。这种代替是必要的，但也引入一系列的误差源，例如，两个吸收池常数不同;它们在光路中的位置的差别;吸收池壁的清洁度的不一样;参比溶液和试样溶液的浊度、组分及其浓度的不一致等，均可能影响测定吸光值的精度。双光束单波长分光光度计除能进行单波长吸光值测定外，还可以对物质的吸收曲线进行测定。其吸光值的测定精度较单光束单波长分光光度计所测定的值要高一些。但上述误差源依然存在。这类仪器结构要复杂些，相应地价格也贵一点，维修也困难些。双波长分光光度计目前市场上只有双光束双波长这种类型。这类仪器除具有单波长双光束的功能之外，还可以进行双波长吸光值测定。它是让两束不同波长的光束分时透过同一吸收池。因此上述单波长吸光值测定的误差源不再存在。从而提高了吸光值测试的精度。进行双波长吸光值测定的方法有：等吸收点法、波长增敏法、等吸收法和倍比系数法。后两种吸光值测试方法用来消除干扰物的影响，从而提高了分析测试方法的选择性。但是这种仪器结构更复杂，价格也更高，维修更困难。目前，分光光度计大家族中，尚无结构简单普及型这种双波长分光光度计。

本发明的目的是提供一种设计制造普及型双波长分光光度计的方法。仪器的结构、价格、操作和维修要和单光束单波长分光光度计相当。

为实现上述目的所采取的技术措施是：以现有的单波长单光束分光光度计的结构为基础，改变对光电转换后的电信号的调控方式，并对仪器的电路作相应的局部改造，仪器的操作也作相应的调整。使获得的不同波长的光束产生的电信号强度之间的关系等效於双波长吸光值的光强度之间的关系。这类仪器与单片单板微机配套使用，不仅可以大大简化吸光值测定的操作，而且可以软件方式取代了部分硬件的功能。带单片单板微机的单光束双波长分光光度计的结构稍复杂一些，价格也略高一些。

1.电信号的调控方式：

电信号强度分两级进行调控，第一级调控又备有两套并列的调节装置，使第一级能在不同的工作状态对电信号强度进行分类调控，且工作状态要随波长的变换而变动。两个工作状态的增益系数须满足下式要求：

(G₀(1))/(G₁(1)) = (R(λ₁)·I_o(λ₁))/(R(λ₀)·I_o(λ₀)) (1)

式中G₀（1）、G₁（1）分别是第一级调控参比波长电信号强度和测定波长电信号强度的增益系数。I₀（λ₀）、I₀（λ₁）分别表示分时透过参比溶液后参比波长λ₀和测定波长λ₁的光束强度，R（λ₀）·R（λ₁）分别表示检测器对参比波长λ₀和测定波长λ₁的光电转换系数。则可以进行吸收点法、波长增敏法和等吸收法三种双波长吸光值测定。

当进行倍比系数法双波长吸光值测定时，第一级的两个工作状态的增益系数满足下式要求：

(G₀(1)^K)/(G₁(1)) = (R(λ₁) ·I₀(λ₁))/([R(λ₀)·I₀(λ₀)]^K) ·G(2)^{(1 - K)}(2)

式中G（2）表示第二级调控的增益系数。k代表倍比系数，其他符号同式（1）。

2.电路的局部改造：

（1）现有的单光束单波长分光光度计电路的增益调控为第一级调控，再在其电路后插入一个线性放大电路，作为第二级增益调控装置。

（2）第一级增益调节装置有两组并列粗调和细调电信控制器，对不同波长产生的电信号强度进行分别调控。每转换一次波长，要将相应的一组增益调节装置并入电路，另一组增益调节装置要断开。

（3）暗流补偿电路也应配置两个，分别与两组增益调节装置中的一组配套使用。

（4）电路应加入双向四路开关。其中三路作为暗流补偿、粗调与细调两组装置并入或断开电路之用，另一路用於连接指示灯，用来指示哪一组装置并入电路。

3.仪器使用方法要点：

（1）单波长吸光值测定：

只使用一组电信号强度调节装置，该仪器则相当于一台单光束单波长分光光度计。使用方法完全可以参照类似的单光束单波长分光光度计的操作方法。此时，吸收池要配套使用。

（2）双波长吸光值测定方法之一：

本测定方法适用于等吸收点法、波长增敏法等可吸收法。操作可分为二个阶段，第一阶段设置第一级调控的两个工作的增益系数，使之满足式（1）的要求。第二阶段对试样吸光值进行测定。

a将盛有参比溶液的吸收池置入电光路。电路的第一级的工作状态的转换通过选择开关来控制，由指示灯来指示。分别对参比波长和侧定波长所产生的电信号强度进行调节，是使两个电信号的强度相等。这样，就使式（1）的关系式成立。

b进行试样吸光值测定时，先将波长转换到参比波长。第一级调控处於相应的工作状态。读数选择为A（显示吸光值），通过第二级增益调控，使吸光值读数为“0.000”（即电信号强度为单位值“1.000”），然后将波长转换到测定波长、第一级增益控制转到另一工作状态。此时显示的读数为所测定的双波长吸光值。

c同一种类试样，使用同一吸收池。

（3）倍比系数法双波长吸光值测定（方法之二）：

用数码管显示分光光度测定值的分光光度计，可以采用本法进行双波长吸光值测定。其操作方法可分为三个阶段，第一阶段对倍比系数进行测定与设置。第二阶段用参比溶液对第一级培益调控的两个工作状态进行调节。第三阶段对试样进行测定。

a参照单波长吸光值测定方法，分别测定参比溶液在参比波长和测定波长的吸光值，设所测得的值为A₀和A₁，则它们的比值k＝A₁/A₀测为所求的倍比系数。进行倍比系数设置时，要将原单光束单波长分光光度计显示浓度值改为显示吸光值的倍比值。首先将读数显示定为吸光值显示，假设读数为A。，然后将读数显示定为吸光值的倍比值，调节相应的旋钢，使其读数为kA。这样，倍比系数就算设置好了。

b第一级增益工作状态的调整方法类似于上述3（2）b项所述。不同之处是读数显示方式也要值同波长转变而变换。当波长换到参比波长时，读数显示应为吸光值的倍比值;当波长换到测定波长时，读数显示则为吸光值。用参比比溶液进行调节，使参比波长和测定波长所产生的电信号强度相同，其显示值均为“0.000”，这样第一级的两个工作状态则算调试完毕。

c将待测溶液置於光路，将波长转换到参比波长，第一级增益处在相应的工作状态，读数显示定为吸光值的倍比值，记下读数。将波长转换到测定波长。第一级增益换到另一工作状态。记下读数，两读数之差则为所测的双波长吸光值。

4.单片单板微机与单光束双波长分光光度计配套使用：

（1）由第二级增益调控输出的电信号可直接输给单片单板微机的模数转换器，由软件进行采数并进行滤波处理和数学处理。可以提高读数的精度。

（2）软件提供的校正曲线拟合程序把校正曲线为两段，低浓度部分为线性，高浓度部分为高次方曲线，在截点相连，呈一条光滑且连续的校正曲线，十分切合实际。校正曲线方程为：

式中A为吸光值，c为浓度，c₀为截点的浓度。b₀、b₁、b₂、b₃、b₄分别为校正曲线方程的系数。

软件还提供牛顿迭代法求解程序，可由吸光值计算待测组分的浓度。

（3）波长定位由软件控制。软件发出信号控制步进电机转动，通过齿轮减速带动波长转盘旋转。齿轮减速装中有一级为计数齿轮，它的一周均分为100等分，它每转一周使波长转盘旋转一度。这样，控制计数齿轮的旋转周数和旋转角度就可以精确地控制波长转盘的旋转周数和旋转角度。波长定位分两步进行-快速和慢速，开始为快速定位，软件只计数计数齿轮的旋转周数。当达到予定值，进入慢速定位阶段，软件发出信号控制计数齿轮旋转的角度。

（4）进行双波长吸光值测定。波长的转换，第一级增益的工作状态的变换也由软件控制。

单光束双波长分光不度计的优点可以从下表看出：

从表中可以看出，按本发明制造的单光束双波长分光光度计兼有单光束单波长分光光和双波长双光一部分光光度计两者的优点。从功能上来说，它不能用来制作吸收曲线。这一点不如双光束双波长分光光度计。它的测定值精度也不如双光束双波态分光光度计高，但比单光束单波长分光光度计好。

实现本专利的途径可分三方面：

1.生产单光束单波长分光光度计厂家可利用本专利，对单光束单波长分光光度计进行改进，生产制造单光束双波长分光光度计。

2.维修单位可以利用本专利，对用户的单光束单波长分光光度计进行改造。

3.培训单位可以利用本专利对单光束单波长分光光度计用户进行人员培训，由用户自己动手对单光束单波长分光光度进行改造。

因此上述单位，均可购买专利使用权。向社会提供有关技术服务。

Claims

一种设计制造单光束双波长分光光度计的方法，其技术特征在于：对电信号强度分类分级调控，第一级备置并列两套电信号强度调控装置，使第一级能在两个工作状态对电信号强度进行分类调控，第二级增益调控作为试样溶液的吸光值测定时的电信号强度的调节，其电信号可用电表表示为透过率或吸光值；或用数码管表示为透过率、吸光值或吸光值倍比值；或直接输给单片单板机，由软件进行采数、滤波和数学处理，读数表示为透过率、吸光值或浓度，校正曲线的低浓度范围为直线，高浓度范围为高次方曲线，在截点处校正曲线连续且光滑，波长的精确定位与转换、第一级增益调控的工作状态的转换等也由软件控制；

进行等吸收点法、波长增敏法和等吸收法测定双波长吸光值时，第一级增益调控的两个工作状态用参比溶液进行调节，使调控参比波长的电信号强度的增益系数G₀(1)和调控测定波长的电信号强度的增益系数G₁(1)要满足下式要求：

(G₀(1))/(G₁(1)) = (R(λ₁)·I_o(λ₁))/(R(λ₀)·I_o(λ0)) (1)

式中R(λ₀)、R(λ₁)分别对检测器对参比波长λ₀和测定波长λ₁的光电转换系数，I₀(λ₀)、I₀(λ₁)分别为透过参比溶液后的参比波长和测定波长的光束强度；

进行倍比系数法测定双波长吸光值测定时，用参比溶液调节第一级调控的两个工作状态，调控参比波长的电信号强度的增益系数G₀(1)和调控测定波长的电信号强度的增益系数G₁(1)要满足下式要求：

(G₀(1)^K)/(G₁(1)) = (R(λ₁) ·I₀(λ₁))/([R(λ₀)·I₀(λ₀)]K) ·G(2)^{(1 - K)}(2)

式中G(2)为电信号的第二级调控的增益系数，k为设置的倍比系数，其他符号的与式(1)所述相同。