Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (Г. Кристиан - Аналитическая химия), страница 11

Однолучевые спектрометры Приборы этого типа чаще всего используются в студенческих лабораториях, так как они относительно недороги и в то же время позволяют получать очень хорошие результаты. На рис. 16.22 показана оптическая схема спектрофотометра Бресггошс 20 (фирма ВавзсЬ апб ЬошЬ) с фотоэлементом в качестве детектора. Источником видимого света служит вольфрамовая лампа накаливания, а диспергиру- ГЛАВА ИЕ МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ Лампа и Линза ~Дневная а~епь / и 1бть ТИПЫ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Спектрофотометры Бресггошс 20 существуют в виде моделей с аналоговым (модель 20+) или цифровым (модель 200+) считывающим устройством. На аналоговой модели можно устанавливать определенную длину волны, есть ручка установки нуля и существует возможность калибровки по Т нли А. Оптическая плотность считывается аналоговым измерительным прибором.

Выходной сигнал аналогового прибора можно устанавливать в диапазоне 0-1,0 В (постоянный ток) н регистрировать аналоговым самописцем или цифровым устройством. Цифровые приборы показывают на дисплее длину волны и Т(в %), А или концентрацию. В режиме гЕАСТОК прибор преобразует значения оптической плотности в единицы концентрации, умножая оптическую плотность на коэффициент (Еас1ог), который был установлен путем градуировки.

Мы уже говорили, что спектральная интенсивность источника и чувствительность детектора зависят от длины волны излучения. Следовательно, нужно каким-то образом сделать так, чтобы электрический сигнал на выходе детектора был одинаковым прн всех длинах волн. Этого можно добиться двумя способами: изменяя ширину щели, чтобы на детектор попадало больше нли меньше света, или изменяя усиление выходного сигнала детектора.

Однолучевые приборы снабжены заслонкой, расположенным перед детектором, чтобы постороннее излучение не достигало детектора. В модели Бресггошс 20 она автоматически падает, когда в приборе нет кюветы для образца. Когда заслонка перекрывает световой поток, с помощью ручки регулировки темнового тока устанавливают точку отсчета на нуль пропускания (бесконечная оптическая плотность). Темновой ток — это слабый ток, который может течь в отсутствие света из-за термоэмиссни электронов из катода фотоэлемента. Затем на пути луча света ставят кювету с растворителем и открывают заслонку.

Меняя ширину щели (т. е, регулируя количество прошедшего излучения) или «чувствительность» (усиление сигнала), добиваются того, чтобы сигнал детектора соответствовал 100%-му пропусканию (нулевой оптической плотности). Этн операции обычно повторяют несколько раз, чтобы убедиться, что корректировки не влияют друг на друга. После этого шкаяа считается оталиброванной н можно измерять неизвестную величину оптической плотности. Описанные выше операции следует повторять для каждой длины волны. При изучении серии образцов измерения проводят с использованием растворов сравнения'.

Если оптические плотности раствора сравнения чистого растворителя достаточно заметно различаются (> 0,0! А для Бреспошс 20), то значение, полученное в опыте с раствором сравнения, вычитают из значений для растворов аналита. Если же поглощение раствора сравнения мало, его часто используют вместо растворителя для калибровки 100%-го пропускания. При этом поглощение такого раствора затем будет автоматически вычитаться. Этот способ пригоден только когда поглощение раствора сравнения невелико и постоянно. Наконец, в случае, когда поглощение раствора сравнения велико, для его компенсации потребуется большее усиление сигнала детектора, а это приведет к увеличению уровня шумов.

Устанавливая приборный нуль по раствору Раствор сравнения — это раствор, который содержит все вещества образца, кроме аиалита. 58 ГЛАВА 16. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОМЕГРИИ сравнения, мы получаем то преикзущество, что устраняется необходимость е~це одно~ о измерения. которос всегда содержи~ нскоторук> зксперимснзальнун. погрепзность.

Г!ри использовании этой методики следует проверять положение «нулям со всеми растворами сравнения. чтобы бьггь уверенным в ез о нос гознзс пиь 1В.1В. СПЕКТРаМЕ1РЫ С ДИОДНЫМИ МАССИВАМИ вЂ” РЕГИСГРАЦИЯ ВСЕГО СПЕКТРА канне через кювету сравнения (обьгчгго с растворителем или расгвором сравнения). Приведенное описание двухлу"гевого прибора достаточно упрощено. Существуют разные варианты устройства и действия таких спектрометров. Онн очень угтг1бньг для качестврнного Агиалггза.

~огда «еооходчмо покх цч~1. чг Е гп1.к~о и 1- глава 16. м5тоды молб)(улярной спнсп омкп ии 60 Такие спектрометры очень удобны для анализа смесей поглощающих частиц с перекрывающимися спектрами. Использование традиционного подхода, основанного на решении системы уравнений, ограничено исследованием двухи трехкомпонентных смесей (поглощение измеряют при двух или трех длинах волн), причем спектры компонентов должны существенно различаться.

С помощью спектрометров с линейками диодов можно измерять поглощение во многих точках, т. е, использовать данные на «склонах» полос поглощения, а не только в максимумах. Использование таких «избыточных» данных («переопределенности»), когда точек измерений больше, чем аналитов, повышает надежность количественных измерений, позволяя определять до шести и более компонентов, а также анализировать более простые смеси веществ с подобными спектрами.

В качестве примера многокомпонентного анализа можно привести одновременное определение пяти гемоглобинов (рис. 1б.24). Пять спектров были количественно разрешены путем сравнения со стандартными спектрами всех компонентов, хранящимися в памяти компьютера. Для анализа полного спектра существует разное программное обеспечение. Для градуировки могут подойти смеси стандартов; таким образом можно учесть возможные взаимодействия между компонентами. 25 'я о с 20 л о я и 15 к к )0 ? Ф к $ 5 В 0 480 500 520 540 560 580 600 620 640 Длина волны, нм Спектры поглощение: НЬ (гемоглобин) -------- Н) (мвтгемоглобин) --------- НЬО (оксигемоглобин) — — 5НЬ (сульфгемоглобин) — — — НЬСО (карбоксигемоглобин) РИС.

16.24.Спектры поглощения пяти гемоглобииов. С разрешения (А. Ъувп, А. Виогяпа, В. Ю. нап Кашреп, йг. Сг. 21)1вгга, С1(л. Слеш., 38 (1984) 373) ! 6. ! !. ИНФРАКРАСНЫЕ ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРЫ В современных спектрометрах уже не используют аналоговые самописцы. Вместо этого спектр отражается на экране монитора и выводится на печать.

Быстродействие спектрометров с диодными детекторами позволяет проводить повторные измерения !'параллельные опыты), обрабатывать результаты статистическими методами и тем самым получать более надежные количественные данные. Например, для одной точки за 1 с можно сделать 10 измерений и для каждого рассчитать стандартное отклонение. Затем с помощью компьютера методом наименьших квадратов можно обработать полученные результаты, учитывая точность каждого значения. Такой метод «наибольшего правдоподобия» минимизирует влияние ненадежных точек на количественные расчеты.

16Л 1. Инфракрасные фурье-спектрометры Традиционные ИК-спектрометры называют диспергирующими приборами. С появлением компьютеров и микропроцессоров они были в значительной степени вытеснены ИК-фурье-спектрометрами, которые обладают рядом преимуществ. Для получения спектра в таких спектрометрах используется не монохроматор, а интерферометр. Схема устройства интерферометра показана на рис. 16.25. Излучение от обычного источника делится на два луча светоделителем; один луч попадает на неподвижное зеркало, а другой — на подвижное.

Когда лучи отражаются, они слегка смещаются по фазе относительно друг друга, так как проходят разные расстояния до зеркал из-за движущегося зеркала. В результате, при их объединении, возникает интерференционная картина (для всех длин волн) до прохождения лучей через образец. Через образец проходит излучение всех длин волн одновременно. Интерференционная картина изменяется во времени, поскольку зеркало непрерывно движется (удаляется и приближается) с постоянной линейной скоростью. В результате поглощения излучения образцом возникает спектр с временной разверткой, называемый иитерферограммой (зависимость интенсивности поглощения от разности хода двух лучей). Неподвижное зеркало жное ло ИК РИС. 16.25 Схема интерферометра для ИК-фурье-спектрометра ГЛАВА 16.