UV光譜儀...(紫外光可見光分光光譜儀)的原理及構造

分光光度計及原子吸光光譜儀之化學分析，皆是利用紫外/ 可見光譜學特性 (詳見紫外/ 可見光譜學之基本概念) ，兩種儀器在電路系統上非常相似，所差別僅在於發射部份之光源體，以及吸收光譜的待測物體處在不同之狀態。

　


一、分光光度計 (簡稱UV)
一般而言，分光光度計多用於分析水中之非金屬分子或離子化合物，早期僅利用到可見光譜，在於補足肉眼比色之精度不足問題，後來才發展到利用紫外光譜區，近年分析理論愈加完備，更延伸到生化領域，針對化合物中某些特殊吸光之官能基，而分析一些外觀不具明顯顏色之目標物。
分光光度計之原理，乃是利用可見光及紫外光之燈管 (Lamp) 做為光源，通過濾光鏡調整色調後，經聚焦後通過單色光分光稜鏡，再經過狹縫選擇波長，使成單一且特定波長之光線，而後射入樣品管中之水樣中，最後射入光電管中將光能轉換為電器訊號，藉由樣本及空白水樣間所吸收之光能量差，與標準液之能量吸收值相比較，便可律定樣本中之待測物濃度。典型之分光光度計設計概圖如下：

　

典型之分光光度計設計概圖
　


本實驗室目前有多種不同廠牌之分光光度計，其中以澳洲GBC 公司所生產之 911型紫外/可見光分光光度計，為目前本科功能最齊全之分光光度計，該儀器為紫外/可見光之全頻譜掃描型機種，工作範圍可由190nm～1000nm，且具有交談式微電腦程式全自動控制，及多種不同之操作模式，其光路系統示意圖如下：

　

GBC 911 UV之光路系統示意圖
　


本實驗室另有美國 HACH 公司所生產之 DR2000 型可攜帶式分光光度計，因其體積小、重量輕、可使用直流電源、以及配合內建檢量線之快速分析藥包，因此非常適於野外操作，且其訊號以數位式顯示，非常易讀及易於操作，但其缺點便是體積小，光源穩定性較差，準確性不如前述儀器，其光學系統示意圖如下：


HACH DR2000之光學系統示意圖
　


二、原子吸光光譜儀 (簡稱AA)
原子吸光光譜儀在實驗室中用來分析水中之陽離子，除傳統之火焰燃燒加熱法之外，近年亦有利用石墨電弧放電瞬間產生之高溫，來分析微量陽離子，亦有利用冷蒸氣無焰之分析方法。
如前所述，AA與UV之差別僅在光源及待測樣本之形態，AA所用之光源，因為要求較高之能量及固定之波長，因而不能使用UV之全頻譜可見光或紫外光燈管，而需使用特殊之中空陰極管 (Hollow Cathode Lamp,簡稱 HCL管或燈管)，該燈管之原理乃是利用不同元素在激態時會放射出特定之可見/ 紫外光譜線，而此譜線正是提供該元素達成激態所需之最佳能量，因此利用不同元素製成陰極，可提供分析該元素所需之光源，由此可知各元素皆擁有各別獨立之燈管，燈管之工作原理如圖所示。
　


AA燈管構造原理圖


　
當燈管通電發射出光譜後，經聚焦後射向樣本，與UV不同之處，金屬陽離子由基態到激態所需之能量較大，除特定之光譜能量之外，需另外加熱以提供達到激態所需之活化能 (或是以化學催化劑達成，如冷蒸氣無焰法分析時之用) ，因此送入AA之樣品，利用助燃氣 (空氣或笑氣) 使其霧化，再與燃料 (乙炔，Acetylene)混合後點火燃燒，將燈管所發出之光譜射向火焰，使離子在火焰中達到激發狀態，穿過火焰之光束經過單色光分光稜鏡後，再以狹縫選擇特定之波長送入光電管中轉換成電子訊號，比對樣本與空白水樣間之光能量吸收差異，便可測得水中樣本之離子濃度，典型之AA系統如下圖：


典型原子吸光光譜儀設計概念圖
http://study.tnit.edu.tw/teacher/shyu/water_analy/ecchar5.htm
圖在以上的網頁資料供參考
UV光譜儀...(紫外光可見光分光光譜儀)的原理及構造

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CCD / photodiode. They operate in similar principle, if a photon (light) shines on it, it will generate a voltage out. The more photons, the higher the voltage output. But CCD can gives a intensity distribution directly but photodiode deso not. But we can still use the photodiode the have the intensity distribution by use with stpper motor.