紫外分光光度计和荧光积分球

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1、前  言：  在分光光度计中，一个是作为检测器用的光电倍增管，另一个是作为附件用的积分球，两者看似没有直接的联系，实际上，积分球的问世和使用正是弥补了光电倍增管在检测多样化样品时的自身缺陷。而对于积分球检测器这种附件，许多仪器使用者了解甚少，甚至没有听说过。为此，本文针对这两者的关系做一简单介绍，以飨读者。1．光电倍增管的使用：光电倍增管英文名称是photomultipliertube，简称PTM。在目前的一些双光束分光光度计中经常使用光电倍增管作为检测器。由于光电倍增管具有灵敏度高，噪声低及响应速度快的特点，所以被广泛地应用在许多光学仪器中作为检测器，这是众所周知的常识。2．

2、光电倍增管的结构：  光电倍增管有侧窗式和端窗式两种，在实际应用范围里又以侧窗式居多，因此、本文以R928型侧窗式光电倍增管为例加以介绍。R928型光电倍增管有11个电极，分别为：1个光阴极（Ｋ），9个倍增极，也称打拿极（DY）和1个阳极（P）；外观图和内部图如图－1，图－2所示：图－1、R928型光电倍增管外观图图－2、R928型光电倍增管内部结构顶视图3．光电倍增管的简单工作原理：当入射的检测光信号（S/R）照射到光阴极（K）后，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子首先进入倍增系统的第一个打拿极DY1，然后通过进一步的二次电子发射，逐级通过其余的8个打拿极（DY2～DY9

3、）而得到递增式的倍增放大；最后这些被多次放大后的电子被阳极（P）收集作为信号输出。图－3是R928电极排列及供电电路示意图：图－3、R928电极排列及供电电路示意图4．光电倍增管灵敏度特性的分析：虽然光电倍增管有许多优点，但暇不掩玉，该器件自身也有两个致命的缺陷；①灵敏度因强光照射（这也就是为何仪器在通电的情况下样品室盖子不能打开的原因）或因照射时间过长而降低，停止照射后又部分地恢复；鉴于光电倍增管的这种特性致使它随着使用时间的累加，灵敏度会逐渐下降（一般从长波长开始下降，俗称“红外紫移”）且噪声输出却逐渐加大，直至被弃用。我们把这种现象称为“疲乏效应”。②光阴极表面各点的灵敏

4、度不是均匀的，而是根据入射光束的输出变动而定。  对于第一个缺陷由于有个时间的累积过程，故负面效应在短时间内不是很凸显；但是对于第二个缺陷，却直接影响着不同样品的在线分析结果。于是就引出了一个关于光电倍增管灵敏度特性这样一个概念的分析。  侧窗型光电倍增管由于光电面（光窗）的弧形结构及电极的几何形状等原因，致使光阴极表面各个位置上的灵敏度是不均匀的，但是造成这种不均匀的原因不是光阴极表面本身，而是入射光束（或光斑）作用在光阴极光电面上不同的位置（locality）所致。形象地说，就是入射光束照射在光阴极表面上不同的位置会直接影响着阳极灵敏度的高低（即阳极输出电流的大小），这种特

5、性关系见图－4所示：图－4、光电倍增管的灵敏度特性  我们从上面示意图可以看到，入射光束作用在光电倍增管光电面上的位置不同会改变其输出的灵敏度；水平位置对灵敏度的影响最为明显，垂直位置其次。如果入射光束照射在光电面的水平方向的边缘时，甚至使检测器失去了放大功能，这也就是为何仪器在更换光电倍增管后需要仔细地调整管子与入射光束的垂直角度和高低的原因。如果有机会你会发现，许多仪器上的光电倍增管的光电面（光窗）不是与入射光束形成垂直0°度角，而是有个小小的偏差角度，其原因就是为了寻找检测器最佳灵敏度位置的结果。5．不同测试样品对灵敏度的影响：  由于入射光束的强弱变化和检测器灵敏度的变

6、化，故我们在使用分光光度计之前一般均要做基线校正，这是基本使用常识。以双光束单检测器的仪器测试液体样品为例：在测试前，两个通道的比色池内均放置了溶剂调零或做用户基线扫描，注意：这时两个通道的各种误差（包括光强、折射率、光束照射在检测器光阴极上的位置的偏差）均得到了校正，然后再测试未知样品。如果样品的浓度及结构较为简单时，也就是说样品光束与先前作为校正用的溶剂的光束一致或相近时，测试结果是可信的（这也就是许多使用者经常谈到的吸光值在0.7Abs以下最适合的出处所在）；    可是当被测样品的浓度过高或结构较为复杂（例如浑浊样），此时样品光束的形状与溶剂光束的形状相差甚远，所测试的

7、结果的可信度就会大大打折扣的；当样品结构过于复杂时（例如脑积液）几乎无法测试，不但结果不可信同时噪声还会加大。何况现在的分光光度计还不仅仅局限于测试液体样品呢？图－5就是各种样品光束的形状：图－5、各种样品的光束  从上面示意图可以看出，通过空气的光束在检测器光阴极上形成的光斑面积最小，而光强最集中，故检测器输出的信号噪声也最小，这是因为光束没有受到任何样品的散射作用；而透镜类的固体样品所产生的光斑最大且有可能平移，光强较为分散，故会引起检测结果精度的下降及噪声的增大，这是因为光束受到样品的