當(dāng)光束照射到物質(zhì)上時，光與物質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生了反射、散射、吸收或透射。若被照射的是均勻的溶液，則光在溶液中的散射損失可以忽略。

當(dāng)一束由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種顏色的光復(fù)合而成的白光通過某一有色溶液時，一些波長的光被溶液吸收，另一些波長的光則透過。當(dāng)透射光波長在400-760nm范圍時，人眼可覺察到顏色的存在，這部分光被稱為可見光透射光和吸收光呈互補(bǔ)色，即物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色是與其吸收光呈互補(bǔ)色的透射光的顏色。

可見光區(qū)物質(zhì)吸光與顏色的關(guān)系

物質(zhì)吸收了光子的能量由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)(激發(fā)態(tài))，這個過程叫做物質(zhì)對光的吸收。

M (基態(tài)) +hv → M*(激發(fā)態(tài))

當(dāng)照射光光子的能量hv與物質(zhì)的基態(tài)與激發(fā)態(tài)能量之差相等時，即△E= hv，才能發(fā)生吸收。

不同的物質(zhì)由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的能級差，所以吸收不同波長的光。物質(zhì)對不同波長光吸收能力的分布情況，稱為吸收曲線，也稱為吸收光譜。吸收曲線以波長為橫坐標(biāo)吸光度為縱坐標(biāo)。每種物質(zhì)的吸收曲線，一般都有一個最大吸收峰，最大吸收峰所對應(yīng)的波長叫做最大吸收波長λmax。

光度測量的基本原理

吸光度原理

吸光度：光線通過溶液或某一物質(zhì)前的入射光強(qiáng)度與該光線通過溶液或物質(zhì)后的透射光強(qiáng)度比值的以10為底的對數(shù)(即lg(I0/I1)) ，其中I0為入射光強(qiáng)，I1為透射光強(qiáng)，影響它的因素有溶劑、濃度、溫度等等。

吸光度的測量原理：當(dāng)入射光頻率與物質(zhì)分子的震動頻率一致，或者入射光引起物質(zhì)分子電子能級躍遷，都會產(chǎn)生光學(xué)吸收現(xiàn)象。溶液的濃度越高，穿過溶液的分子也會相應(yīng)地被吸收越多。

當(dāng)入射光透過物質(zhì)卻沒有發(fā)生任何反應(yīng)或者變化，此時直接透過的光即為透射光。彈性散射的發(fā)生會引起光改變方向，但是不會引起波長或者能量的變化，反之則為非彈性散射。

朗伯-比耳定律

1729年波格 (Bouguer) 建立了吸光度與吸收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系。1760年朗伯 (Lambet) 用更準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)方法表達(dá)了這一關(guān)系。1852年比耳 (Beer) 確定了吸光度與液濃度及液層厚度之間的關(guān)系，建立了光吸收的基本定律，稱為朗伯-比耳定律。

當(dāng)一束平行單色光通過液層厚度為b、吸光物質(zhì)的濃度為c的單一均勻的，非散射的有色溶液時，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度成正比。

A = lgl0/I = abc

A：吸光度，A =lgl0/I；T: 透光度，T=I/I0；I0：入射光強(qiáng)度；I：透射光強(qiáng)度；a稱為吸光系數(shù)；b：液層厚度(光程長度)，b的單位為cm ; c為吸光物質(zhì)的濃度，若c的單位為g/L，則a的單位為L·g-1·cm-1。

當(dāng)c的單位為mol/L，則此時吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)用ε表示，單位為L· mol-1· cm-1，它表示1mol/L吸光物質(zhì)，溶液的厚度為1cm時溶液對光的吸收能力。

A= ε bc ε = Ma

吸光度具有加合性，即體系總的吸光度等于各組份吸光度之和(設(shè)各吸光物質(zhì)之間沒有互相作用)。

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

吸光度與透光率的關(guān)系

在吸光度的測量中，有時也用透光率或透光度表示物質(zhì)對光的吸收程度。透光率以T表示：T=I/I0，則吸光度與透光率之間的關(guān)系為A=lgI0/I=lg1/T。

吸光度越大，透過率越小。當(dāng)一定強(qiáng)度的光線通過物體的時候，反射光部分不變的情況下，被吸收部分越少，透過部分越多反之也然。一般反光度對于相同物體來說，同一角度入射，在其他條件一定的情況下，其反射光多少是一樣的。

激光通過三種吸光度值不同的溶液

吸光度測量的應(yīng)用

基于吸光度的簡單實(shí)現(xiàn)與易使用，吸光度被廣泛運(yùn)用于液體和氣體的光譜測量技術(shù)中。吸光度光譜可以對物質(zhì)進(jìn)行定量鑒別或者對物質(zhì)進(jìn)行指紋認(rèn)證，亦或可以對溶液中的分子進(jìn)行濃度定量分析。還可以將該應(yīng)用集成到工業(yè)應(yīng)用環(huán)境和客戶所關(guān)注的測試中。

吸光度測量

濃度測量

物質(zhì)識別測量

吸光度測量方法——分光光度計

分光光度計儀器主要由光源、單色器、樣品室、檢測器、信號處理器和顯示與存儲系統(tǒng)組成，是很成熟的吸光度檢測設(shè)備，在實(shí)驗室中運(yùn)用較多。

單光束分光光度計

利用可見光或紫外線范圍內(nèi)的單光束，該光束穿過比色皿中的樣品。在光穿過樣品之前和之后測量光的強(qiáng)度。通過應(yīng)用比爾-朗伯定律，將光的吸光度與分析物的濃度聯(lián)系起來，可以計算出濃度。

單光路分光光度計的基本組成

雙光束分光光度計

雙光束分光光度計：在雙光束分光光度計，單色光被分成兩束。一束光束穿過標(biāo)準(zhǔn)溶液，而另一束光束穿過測試溶液。這樣可以同時分析和比較兩個樣本。

雙光路分光光度計的基本組成

吸光度測量方法——光纖光譜儀

近年來，隨著光纖光譜儀的普及，越來越多的科研、企業(yè)實(shí)驗室、工業(yè)在線分析用戶采用這種選擇采用光纖光譜儀來替代傳統(tǒng)實(shí)驗室用的分光光度計。

液體吸光度測量

相比傳統(tǒng)的分光光度計，光纖光譜儀具有穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、快速檢測且低成本的優(yōu)勢，能夠滿足多種應(yīng)用場合下對吸光度的測量要求。

比色皿支架

適用于能夠簡單的使用比色皿支架進(jìn)行測量的樣品。無需暗室操作，操作簡便、消耗試劑量小、重復(fù)性好、測量精度高、檢測快速。

透射透射探頭

當(dāng)無法將樣品放入比色皿時，可以選擇透射吸收探頭。把探頭浸入或固定在液體中就可以測量，適用于溶液在線分析，可避免二次污染。

氣體吸光度測量

關(guān)于氣體的吸光度測量，一般選擇高濃度樣品或者選擇長光程容器進(jìn)行測量。光學(xué)密度 OD 值直接影響測試樣品所需容器的光程選擇。光學(xué)密度越高，所需要的光程就越短。

吸光度測量中的注意事項

吸光度測量常見于紫外-可見波段，測量時需根據(jù)待測樣品的特征波長范圍選擇合適的光源。

測量范圍：由于A = A(λ)，T = 10-A，因此：

當(dāng)A → 0時，T → 100%，c → 0

當(dāng)A → 1時，T → 10%

當(dāng)A → 2時，T → 1%，Sample（樣品透射光譜）→ Dark（暗背景）

當(dāng)A → 3時，T → 0.1%，Sample （樣品透射光譜）→ Dark（暗背景）

A（吸光度）應(yīng)小于2，在零點(diǎn)幾左右最好，此時T=10%-90%，樣品透射光譜與暗背景接近，分子小，抖動多，此時測量精度較高高；A太小時可適當(dāng)濃縮，A太大時可適當(dāng)稀釋。

應(yīng)用領(lǐng)域

生物學(xué)領(lǐng)域：核酸和蛋白質(zhì)或者其他小體積樣品分析

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：血液中各成分含量；可用于對酸堿平衡失調(diào)等疾病的診斷

環(huán)保領(lǐng)域：監(jiān)測污水中有機(jī)物、水中溶解氧和二氧化碳的含量；監(jiān)測大氣中臭氧等化學(xué)物質(zhì)；汽車尾氣分析

食品領(lǐng)域：測量分析橄欖油純度

還可廣泛應(yīng)用與石化、原材料和制藥等領(lǐng)域

當(dāng)我們對物體進(jìn)行吸光度測量時，光譜儀及其他附件的選擇很重要，需要根據(jù)測量需求、樣品類型及實(shí)驗場景等進(jìn)行附件的選擇。整套解決方案的每個部分都和測量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性密切相關(guān)。以下將為您推薦選型：

光譜儀：

LiSpec-Mini/UV系列微型光譜儀

光源：

iLight-HAL、iLight-HAL-HP、iLight-HAL-UV鹵鎢燈

iLight-DH-ADJ 氚鹵組合光源

iLight-Xe 氙燈

吸收比色皿：

LS-CUV-AS 直通光譜比色皿支架

LS-CUV-FL-ALL 雙光路光譜吸收比色皿支架

氣體氣室：

透射吸收探頭：

采用純度很高的進(jìn)口石英纖芯，光纖類型采用多模光纖，數(shù)值孔徑為0.22，也可以為用戶提供如NA=0.12、0.15/0.26/0.37等數(shù)值孔徑的多模光纖。

審核編輯 黃宇