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吸光度测量解决方案

当光束照射到物质上时,光与物质发生相互作用,产生了反射、散射、吸收或透射。若被照射的是均匀的溶液,则光在溶液中的散射损失可以忽略。

当一束由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光复合而成的白光通过某一有色溶液时,一些波长的光被溶液吸收,另一些波长的光则透过。当透射光波长在400-760nm范围时,人眼可觉察到颜色的存在,这部分光被称为可见光透射光和吸收光呈互补色,即物质呈现的颜色是与其吸收光呈互补色的透射光的颜色。

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可见光区物质吸光与颜色的关系

物质吸收了光子的能量由基态跃迁到较高能态(激发态),这个过程叫做物质对光的吸收。

M (基态) +hv → M*(激发态)

当照射光光子的能量hv与物质的基态与激发态能量之差相等时,即△E= hv,才能发生吸收。

不同的物质由于结构不同而具有不同的能级差,所以吸收不同波长的光。物质对不同波长光吸收能力的分布情况,称为吸收曲线,也称为吸收光谱。吸收曲线以波长为横坐标吸光度为纵坐标。每种物质的吸收曲线,一般都有一个最大吸收峰,最大吸收峰所对应的波长叫做最大吸收波长λmax

 

光度测量的基本原理

吸光度原理

吸光度光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数(即lg(I0/I1)) ,其中I0为入射光强,I1为透射光强,影响它的因素有溶剂、浓度、温度等等

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吸光度的测量原理:当入射光频率与物质分子的震动频率一致,或者入射光引起物质分子电子能级跃迁,都会产生光学吸收现象。溶液的浓度越高,穿过溶液的分子也会相应地被吸收越多。

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入射光透过物质没有发生任何反应或者变化,此时直接透过的光即为透射光。弹性散射的发生会引起光改变方向,但是不会引起波长或者能量的变化,反之则为非弹性散射。

朗伯-比耳定律

1729年波格 (Bouguer) 建立了吸光度与吸收介质厚度之间的关系。1760年朗伯 (Lambet) 用更准确的数学方法表达了这一关系。1852年比耳 (Beer) 确定了吸光度与液浓度及液层厚度之间的关系,建立了光吸收的基本定律,称为朗伯-比耳定律。

当一束平行单色光通过液层厚度为b、吸光物质的浓度为c的单一均匀的,非散射的有色溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度成正比。

A = lgl0/I = abc

A吸光度,A =lgl0/I;T: 透光度,T=I/I0I0:入射光强度;I:透射光强度;a称为吸光系数;b:液层厚度(光程长度),b的单位为cm ; c为吸光物质的浓度,若c的单位为g/L,则a的单位为L·g-1·cm-1

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c的单位为mol/L,则此时吸光系数称为摩尔吸光系数用ε表示,单位为L· mol-1· cm-1,它表示1mol/L吸光物质,溶液的厚度为1cm时溶液对光的吸收能力。

A= ε bc    ε = Ma

吸光度具有加合性,即体系总的吸光度等于各组份吸光度之和(设各吸光物质之间没有互相作用)

A=A1+A2+......An = ε1bc1 + ε2bc2 + ......εnbcn

吸光度与透光率的关系

在吸光度的测量中,有时也用透光率或透光度表示物质对光的吸收程度。透光率以T表示:T=I/I0,则吸光度与透光率之间的关系为A=lgI0/I=lg1/T

吸光度越大,透过率越小。当一定强度的光线通过物体的时候,反射光部分不变的情况下,被吸收部分越少,透过部分越多反之也然。一般反光度对于相同物体来说,同一角度入射,在其他条件一定的情况下,其反射光多少是一样的。

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激光通过三种吸光度值不同的溶液

 

吸光度测量的应用

基于吸光度的简单实现与易使用,吸光度被广泛运用于液体和气体的光谱测量技术中。吸光度光谱可以对物质进行定量鉴别或者对物质进行指纹认证,亦或可以对溶液中的分子进行浓度定量分析。还可以将该应用集成到工业应用环境和客户所关注的测试中。

1. 吸光度测量

2. 浓度测量

3. 物质识别测量

 

吸光度测量方法——分光光度计

分光光度计仪器主要由光源、单色器、样品室、检测器、信号处理器和显示与存储系统组成,是很成熟的吸光度检测设备,在实验室中运用较多。

单光束分光光度计

利用可见光或紫外线范围内的单光束,该光束穿过比色皿中的样品。在光穿过样品之前和之后测量光的强度。通过应用比尔-朗伯定律,将光的吸光度与分析物的浓度联系起来,可以计算出浓度。

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单光路分光光度计的基本组成

双光束分光光度计

双光束分光光度计:在双光束分光光度计,单色光被分成两束。一束光束穿过标准溶液,而另一束光束穿过测试溶液。这样可以同时分析和比较两个样本。

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双光路分光光度计的基本组成

 

吸光度测量方法——光纤光谱仪

近年来,随着光纤光谱仪的普及,越来越多的科研、企业实验室、工业在线分析用户采用这种选择采用光纤光谱仪来替代传统实验室用的分光光度计。

液体吸光度测量

相比传统的分光光度计,光纤光谱仪具有稳定性好、体积小、重量轻、快速检测且低成本的优势,能够满足多种应用场合下对吸光度的测量要求。

比色皿支架

适用于能够简单的使用比色皿支架进行测量的样品。无需暗室操作,操作简便、消耗试剂量小、重复性好、测量精度高、检测快速。

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透射透射探头

当无法将样品放入比色皿时,可以选择透射吸收探头。把探头浸入或固定在液体中就可以测量,适用于溶液在线分析,可避免二次污染。

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气体吸光度测量

关于气体的吸光度测量,一般选择高浓度样品或者选择长光程容器进行测量。光学密度 OD 值直接影响测试样品所需容器的光程选择。光学密度越高,所需要的光程就越短。

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吸光度测量中的注意事项

吸光度测量常见于紫外-可见波段,测量时需根据待测样品的特征波长范围选择合适的光源。

测量范围:由于A = A(λ),T = 10-A,因此:

A → 0时,T → 100%,c → 0

A → 1时,T → 10%

A → 2时,T → 1%,Sample(样品透射光谱)→ Dark(暗背景)

A → 3时,T → 0.1%,Sample (样品透射光谱)→ Dark(暗背景)

A(吸光度)应小于2,在零点几左右最好,此时T=10%-90%,样品透射光谱与暗背景接近,分子小,抖动多,此时测量精度较高高;A太小时可适当浓缩,A太大时可适当稀释。

 

 

应用领域

生物学领域:核酸和蛋白质或者其他小体积样品分析

医学领域:血液中各成分含量;可用于对酸碱平衡失调等疾病的诊断

环保领域:监测污水中有机物、水中溶解氧和二氧化碳的含量;监测大气中臭氧等化学物质;汽车尾气分析

食品领域:测量分析橄榄油纯度

还可广泛应用与石化、原材料和制药等领域


当我们对物体进行吸光度测量时,光谱仪及其他附件的选择很重要,需要根据测量需求、样品类型及实验场景等进行附件的选择。整套解决方案的每个部分都和测量结果的可靠性和准确性密切相关以下将为您推荐选型:

Ø 光谱仪

LiSpec-Mini/UV系列微型光谱仪

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Ø 光源

iLight-HALiLight-HAL-HPiLight-HAL-UV卤钨灯

iLight-DH-ADJ 氚卤组合光源

iLight-Xe 氙灯

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Ø 吸收比色皿

LS-CUV-AS 直通光谱比色皿支架

LS-CUV-FL-ALL 双光路光谱吸收比色皿支架

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Ø 气体气室

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Ø 透射吸收探头

采用纯度很高的进口石英纤芯,光纤类型采用多模光纤,数值孔径为0.22,也可以为用户提供如NA=0.120.15/0.26/0.37等数值孔径的多模光纤。

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