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本文主要介紹了分光光度測量中的兩種不同的分光技術的原理、構造及應用，分析了后分光相對前分光的比較優勢，對后分光測量技術應用于普 通分光光度計上的改進設計進行了討論。

 引言 分光光度計目前在檢驗檢測領域廣泛應用，用于對 物質進行定性分析、定量分析，以及結構分析或測定某些 化合物的理化參數。 基于光吸收的基本定律即 Lambert—Beer 定律做為 分光光度分析的依據和基礎，其數學表達式為: A = —lgT = klc。 式中: A—物質的吸光度; T—物質的透射比; k—物 質的吸光系數; l—光程 c—物質的深度。 分光光度測量儀器一般由光源系統、分光系統、樣品 系統、檢測系統、處理存儲系統五大系統構成。根據分光 系統相對樣品檢測位置的不同分光光度測量儀器分為前 分光式和后分光式。若光在經過樣品檢測位置前已經被 分光系統分離為單色光的，一般稱為前分光。若光先經 過樣品檢測位置后再經過分光系統進行分光成單色光 的，稱之為后分光。 2 目前分光光度計普遍采用前分光 分光光度計做為實驗室的常規實驗儀器，用于物質 成分的光度分析、定量分析，已在各行各業得到大量使 用。廣泛應用于食品藥品、機械制造、生物研究、教學科 研、化學化工、質量檢驗和水質環保等各大領域。 分光光度計的光源發出連續光譜，經過分光器產生 單色光。分光器在分光光度計中一般使用干涉濾光片、 棱鏡或光柵進行分光。干涉濾光片有插入式和轉盤式兩 種。插入式就是將需用的濾光片插入濾光片卡槽中，轉 盤式是將儀器配備的濾光片都固定安裝在圓盤中，使用 時旋轉至所需波長的濾光片處即可。干涉濾光片雖然價 格便宜，但易受潮霉變影響檢測結果的準確性。棱鏡分 光是利用光的折射作用產生連續光譜，因其光譜不如光 柵光譜精細，分辨率低，而逐漸被光柵所替代。光柵有全 息反射光柵和蝕刻凹面光柵兩種。全息反射光柵在玻璃 上覆蓋一層金屬膜制成，雜散光小，波長范圍大、光譜范 圍寬，對光能量的利用率高。蝕刻凹面光柵將所選波長 固定地刻制在凹面玻璃上，耐磨損、抗腐蝕、無相差。分 光光度計利用準直鏡將發散光變為平行光束，并把來自 分光器的光聚焦于狹縫前。通過轉動分光器的波長盤， 帶動分光器機械轉動，可以改變單色光出射光束的波長。 通過調節狹縫的寬度，可以改變出射光束的帶寬和單色 光的純度。經選擇后的特定波長的單色光穿過狹縫后進 入樣品，經樣品物質的光吸收，進入檢測器。可見分光光 度計的檢測器就是一種光電轉換設備，它把光經樣品物 質吸收后強弱的變化轉化為電信號的變化。可見分光光 度計的檢測器一般使用用光電池、光電管或光電倍增管。

3 后分光在生化分析儀上廣泛應用 分光光度測量技術也是生化分析的常用技術手段，經歷多年的技術發展，生化分析儀器由原來的半自動生 化分析發展為全自動生化分析。全自動生化分析因其測 量速度快、準確性高、消耗試劑量小，現已在各級醫療機 構得到廣泛使用，極大的提高了常規生化檢驗的效率。 半自動分析儀器也采用過前分光測量技術，而現在的全 自動生化分析儀器已廣泛應用了后分光測量技術。 后分光測量系統中，光源發射的點光束先照射到樣 品所在的反應比色杯，點光束通過樣品比色杯后，再經過 一組廣差糾正系統的還原透鏡，將點光束還原成原始光 束，然后到達分光器。分光器一般采用采用凹面全息光 柵，它不僅可以分光得到分辨力高、光譜范圍寬、雜散光 少的單色光，同時還可以起到準直和聚焦作用。光束被 分光器分光成單色光后照射到檢測器。后分光測量的檢 測器現在一般采用光電二極管陣列。光電二極管在受到 光照射后，其導電性增強的大小與光強成正比關系，檢測 器正是利用了它的這個特性進行光電轉換及測量。常見 的檢測器對應 340nm ～ 800nm 中的 10 ～ 12 個固定波長， 也有的檢測器可進行全波段波長檢測。雖然較早的光電 二極管在紫外光區靈敏度不高，趕不上光電倍增管，但目 前的硅光電二極管的檢測靈敏度有了較大提高，檢測范 圍已可以達到 170nm ～ 1100nm，履蓋紫外、可見、近紅外 廣譜光區，而且其穩定性更好，使用壽命更長，價格便宜， 所以在后分光測量系統的檢測器中得到廣泛的采用。

4 后分光相對前分光的比較優勢 前分光測量系統中為了改變所需的波長，需要轉動 波長調節機構，通過進行機械運動使波長發生變化。波 長切換的速度較慢從而影響測量的速度。前分光測量系 統中頻繁的進行調節、轉動，會使機械結構出現波長偏 差。波長的示值誤差一般都要求小于幾個 nm，波長誤差 的出現會導致測量結果出現偏差。相對于前分光，后分 光在使用陣列型檢測元件時不需要進行機械運動，光經 過光柵分成固定的 10 ～ 12 種波長或者全波段波長，波長 的切換直接由操作程序控制完成，所以后分光測量的優 點就是不需移動儀器比色系統中的任何部件，仍可同時 選用雙波長或多波長進行測定，這樣就降低了比色的影 響因素，提高了分析的度，減少了故障率，對分析的 準確度有非常大的幫助。 前分光測量系統光路的光束由于狹縫的作用，顯現 為條形光束。后分光測量系統光路使用點光束的較多， 與前分光系統的光源相比可以提率。點光束的使用 使樣品比色杯不再受大小限制，即使再小的比色杯點光 束也可以通過，這樣就使得檢測樣品的量變小，節約了試 劑消耗量。有統計顯示后分光系統中由于較多的使用了 微量檢測樣品池使得試劑消耗減少 40% ～ 60% ，節約了 成本，經濟性更好。 后分光測量系統的光電轉換，現在多采用光電二極 管陣列。由于技術的發展，所使用光電二極管陣列密度 大大提高，陣列內光電二極管的數目已達到 1000 多個， 使得檢測分辨率、靈敏度增強。多波長直排式光電二極 管陣列，可以對每一項光化學反應同時作多波長分析。 光電二極管檢測的動態范圍寬、響應速度快，產生的信號 易于檢測和放大，噪聲較低，它作為固體元件比以往的光 電倍增管更加耐用，使用壽命較長。在采用了光—數碼 信號直接轉換技術后，也可以將光路中的光信號直接變 成數碼信號，使得電磁波對信號的干擾及信號傳遞過程 中的衰減*消除，提高了靈敏度。 后分光測量系統在信號傳輸過程中也有的采用光導 纖維，可使信號達到無衰減，測試精度提高近 100 倍。光 路系統數碼處理技術與數字光纖傳輸檢測信號聯用，可 以減少各種干擾，提高檢測精度和速度，對實現超微量檢 測非常有利。檢測處理系統完成對信號的計算機輔助存 儲、處理，系統對數據的處理速度很快，特別是在進行全 波段掃描時速度較快，在 10ms 內即可完成掃描并繪制 出波長、吸光度相對時間的 3D 立體光譜圖，還可以方便 快捷的得到不同波長對應的吸光度數據，這種應用特別 是對連續監測的檢測時優點突出，是理想的檢測途徑。 5 后分光在分光光度計上的應用 目前在用的分光光度計使用后分光測量技術的還不 多，但是后分光測量技術已在諸如全自動生化分析儀上 得到了廣泛應用，后分光測量技術也*可以應用于分 光光度計之上。 后分光分光光度計在硬件上的設計，主要體現在系 統上的后分光測量技術設計。樣品檢測位置設計在分光 系統之前，光源發射的光束直接照射在樣品，光束經過樣 品其特定波長被吸收后進入分光器。分光器可以采用凹 面全息光柵，可有助簡化分光結構。檢測器可采用光電 二極管陣列，提高測量速度，也可累積測量吸光度，提高 動態測量范圍。光路系統采用封閉組合，因其沒有需要 活動的部件，可使光路無需任何保養，且分光，使用壽命長。基于后分光的分光光度計設計可以提高分光光 度計的性能技術指標，波長準確性、重復性高，故障率低， 有效保證分析測試數據的準確可靠。 后分光測量技術在自動生化分析儀上的廣泛應用還 得益于其程序控制系統的設計應用。后分光測量技術若 應用于分光光度計，必少不了對操作程序控制系統的開 發。分析數據的處理、數據的存儲等都可通過程序自動 完成。現代測量儀器從使用角度來考量，儀器操作是否 簡單、人機界面是否友好、是否人性化，對操作者的影響 較大，所以測量儀器的設計一定要有更合理的設計工藝。 6 結語 基于 Lambert － Beer 定律的分光光度測量是分析測 試的常用方法。前分光測量技術在分光光度計中被普遍 采用。后分光測量技術在自動生化分析中已得到長足發 展并得到充分應用。后分光相對前分光在測量準確度、 數據處理快捷性、應用廣泛性等方面具有比較優勢，也完 全可以應用于普通分光光度計之上。雖然目前這種結合 還不多，較少有后分光測量技術應用其中，但隨著技術應 用的不斷探索，這種結合也必將得到更廣泛的應用。