【液体吸光度测量】典型配置、硬件说明、软件操作

2024-05-07 09:35:55

从紫外到近红外再到更长的波长，吸光度测量提供了有关物质在所有状态下的化学成分的有价值的信息。

吸光度测量优势：

无损测量-除非你的样品是光敏的，否则测量可以在不改变样品的情况下重复进行。
定量结果-用吸光度测定溶液浓度。
准确性和重复性-使用适当的工具和方法，吸光度可以被量化，具有很高的测量到测量的精度。

表1 典型系统配置▼

		紫外/可见光波段	近红外波段
光谱仪		Flame 系列，HR/Maya 系列,QE Pro	NIRQUEST，Flame-S-VIS-NIR
软件		Oceanview 1.6.3
光源		HL-2000 系列
采样部件	比色皿	石英比色皿CV-Q-10，***次性比色皿CVD-UV 或CVD-VIS
	比色皿支架	CUV-UV，CUV-UV-10， CUV-VAR ，CUV-FL-DA
光纤		QP400-2-VIS-NIR，QP600-2-VIS-NIR

【HL -2000 光源介绍】

HL-2000 卤钨光源是***种多用途光源，使用范围VIS-NIR (360 nm-2000 nm)。该光源内置致冷风扇，可以保证光源的稳定性。HL-2000 卤钨光源配有内嵌滤光片支架，支架的尺寸为25.4 mm² 或50.8 mm²，厚度为3mm。其中，HL-2000-FHSA 型号有手动和TTL 快门，用来控制光源的强弱。

光源的基本操作步骤：

启动光源，预热 10 分钟，以达到稳定状态；
光纤与光源连接后，可通过转动调节光阑旋钮控制光强；
如果用户在实验操作中对光源的输出光谱有特殊要求，可在插片凹槽处放置滤光片、衰减片等光学器件。

图2 HL-2000-FHSA 光源实物图

【比色皿介绍】

海洋光学提供用于吸光度、透射率和荧光测量的各类比色皿。其中，石英比色皿适用于170-2700nm 的范围，与酸性溶液的兼容性好，并且可以牢固的固定在支架上。经过适当的护理和保养，石英比色皿在无划痕、裂纹和类似缺陷的情况下，可进行有效再利用。同时，海洋光学也提供***次性比色皿，例如塑料材质的CVD-UV 和 CVD-VIS。CVD-UV 比色皿的适用范围为 220-900nm，而 CVD-VIS 比色皿的适用范围为 350-900nm。这两种型号的比色皿光程长 1cm。***次性比色皿不能二次使用，以避免交叉污染的风险。***次性比色皿具有较高的化学稳定性，强酸和强碱环境都适用。

图 3 ***次性比色皿

图4 石英比色皿

【比色皿支架介绍】

CUV-UV 比色皿支架适用于 1cm 光程的比色皿，用于溶液的绝对吸光度测量。CUV-UV-10 比色皿支架适用于10cm 光程的比色皿，用于溶液和气体的绝对吸光度的测量。这两种比色皿支架均配置有两个可调准直透镜，1/4"滤光片插槽和连通恒温水源的内置管道（采用对流方式加热或冷却底座和比色皿），都可以通过SMA 接头的光纤分别连接光谱仪和光源。

图 5 CUV-UV 比色皿支架

图 6 CUV-UV-10 比色皿支架

CUV-ALL-UV 4-WAY 比色皿支架适用于 1cm 光程的比色皿，配有四个石英准直透镜，每个准直透镜上配备SMA 光纤连接器；支架内置滤光片狭缝，可在荧光测量中使用滤光片；此外，比色皿支架的底部有连通恒温水源的内置管道。当与海洋光学的光谱仪和光源配套使用时，CUV-ALL-UV 4-WAY 能够用于吸光度、荧光、散射等光学性能的测量。

此外，海洋光学还提供 CUV-VAR 型可变光程的比色皿架，可调节光程范围为 1-10cm，内置的准直镜固定在支架上，支架可在基座上滑动，CUV-VAR 适用于需改变光程的液体的吸光度测量。

图7 CUV-ALL-UV 4-WAY 比色皿支架

图8 CUV-FL-DA 直连比色皿支架

图9 CUV-VAR 可变光程比色皿架

图10 CUV-QPOD 可控温比色皿支架

下面我们以CUV-ALL-UV 4-WAY 比色皿支架为例，介绍比色皿支架的使用方法。

将比色皿放置在CUV-ALL-UV 4-WAY 比色皿支架的夹具中，支架内配有可调弹簧活塞，用来固定比色皿。比色皿支架有***个内置的滤光片插槽，我们将连接光源的光纤引入靠近插槽***侧的连接口。可将滤光片放置于插槽中，进行吸光度测量。
两根光纤连接比色皿支架时，若两端呈现 90°，则用于测量样品的荧光；若两端呈 180°，则用于测量样品的吸光度。可根据具体要求连接光纤与比色皿支架。
比色皿支架的底部有隐藏管道，可连接外部水源，以控制比色皿内样品温度。如下面实物图所示，支架底座可见 3 个出/入水口，出/入水口前的白色旋钮可拆卸，使用时请根据需求卸下。将通道口连接附件，附件的另***侧连接水管，用户可选择两进***出或两出***进模式。需要注意的是，用户需要将将出水口管道***侧接入水泵。

图11 CUV-ALL-UV 4-WAY 比色皿支架实物图

图12 连接附件

硬件说明

搭建液体吸光度测量系统，具体操作步骤如下：

1）使用***根光纤连接比色皿支架与光谱仪，另***根光纤连接比色皿支架与光源，注意两端光纤呈 180°（如图14 所示）；

2）通过USB 数据线连接光谱仪至PC 端；

3）用电源线连接光源和市电插座（注意选择带地线的***标电源线和市电插座）；

4）打开光源，预热***段时间后，在空比色皿中装入纯水，测量参考光谱；

5）切断光路（此处不建议直接关闭光源，可通过遮挡光源来切断光路），测量背景光谱；

6）恢复光路，将样品装入空比色皿，进行样品的吸光度测量。

图13 装有样品的比色皿

图 14 CUV-ALL-UV 4-WAY 比色皿支架

图15 遮光罩

图 16 液体吸光度测量系统实物图

图17 Flame 光谱仪接口说明

注意：吸光度测量时，遮光罩应始终放置在样品上方，排除环境光的干扰。

软件操作

本部分介绍吸光度测量的软件操作流程，具体操作步骤如下：

1）从欢迎界面或者点击图标创建新的光谱应用，在光谱应用向导中点击吸光度向导图标。

2）出现“选择浓度模型”窗口，点击“仅吸光度”选项，其他两项见文档***后的补充介绍。

仅吸光度：测量液体或气体样品的吸光度。
朗伯比尔定律：适用于测量未知浓度的样品，在吸光度测量的基础上，输入样品的消光系数和光程，利用朗伯比尔定律 ??_?? = ??_??cl，得到样品的浓度。
从已知浓度的溶液校准：如果用户已经测得样品在几组不同浓度情况下的吸光度，输入吸光度与浓度的数据后，软件可将数据点进行曲线拟合。当用户再次测量未知浓度的同***样品时，软件将根据样品的吸光度和前期数据拟合的曲线，计算得到样品的浓度。

3）调整好硬件配置后，在软件中设置数据采集参数，包括积分时间(integration time)、平均次数(average)和滑动平均(boxcar)。用户可根据光源的强度，调节积分时间和平均次数等参数，勾选 “暗噪声校准”和“非线性校准”功能。注意参考谱测量和样品测量时的参数设置应相同。设置完成，光谱将显示在右侧谱图界面，点击“下***步”按钮。

各个参数详细含义请参考软件手册或help菜单。或者复制打开下面链接：

http://www.oceanoptics.cn/spectroscopy_glossary

下面是简单介绍：

积分时间：积分时间是检测器在将累积的电荷通过A/D转换器加工之前，被允许收集光子的时间长度。***小积分时间是设备支持的***短积分时间，它取决于检测器读出所有像素信息的快慢，积分时间与数据传输速度是不同的概念。
平均次数：光谱被显示到软件里之前会采集多次，然后取平均。
滑动平均：平滑是***种可以应用于光谱的空间平均。该过程通过平均相邻像素点的值来消除噪声，因此它会以牺牲光学分辨率为代价来提高信噪比。空间平均在光谱相对平坦以及相近像元变化较小的情况下使用是非常有效的，但由此产生是分辨率的损失会使得尖锐的光谱特征峰难以分辨。当应用空间平均时，信噪比会以像元平均的平方根为基数进行提高。请注意，在海洋光学软件中，平滑宽度的值是指所有像元以中间为基准靠左或靠右的像元和的平均数。平滑值是4实际上是将9个像元***起平均（4个靠左像元+1个中心像元+4个靠右像元），信噪比将以3为倍数增加。同样的，平滑值是2（5个像元）将使信噪比以2.2为倍数增加，平滑值是0（1个像元），信噪比以1为倍数增加（因此光谱不改变）。
暗噪声校准：海洋光学的大部分光谱仪都有自带的遮光像元。暗噪声校准会用当前光谱读数减去遮光像元的读书，以排除温飘等系统性影响。
非线性校准：光谱仪出厂前已完成。如无特殊需求，请默认勾选。
触发模式：请参考海洋网站的相关文档。如无特殊需求，可保持默认设置不变。