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CN112798526A - 光度计光路系统、分光光度计及测量溶液吸光度的方法 - Google Patents

光度计光路系统、分光光度计及测量溶液吸光度的方法 Download PDF

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CN112798526A
CN112798526A CN201911296818.1A CN201911296818A CN112798526A CN 112798526 A CN112798526 A CN 112798526A CN 201911296818 A CN201911296818 A CN 201911296818A CN 112798526 A CN112798526 A CN 112798526A
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姚必庆
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Hangzhou Miu Instruments Co ltd
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Abstract

本发明公开一种分光光度计光路系统、分光光度计及测量溶液吸光度的方法，主要应用于实验仪器技术领域。本发明的目的是提供一种分光光度计光路系统、分光光度计及测量溶液吸光度的方法。方案：分光光度计光路系统，包括依次相连的光源、测量光路和检测分析仪，所述光路系统还包括与所述测量光路并联的参考光路，以及用于控制测量光路和参考光路交替接通的光路切换机构；所述参考光路两端分别与光源和检测分析仪相连。

Description

光度计光路系统、分光光度计及测量溶液吸光度的方法
技术领域
本发明涉及一种分光光度计光路系统、包含该光路系统的分光光度计以及利用该分光光度计测量溶液吸光度的方法，主要适用于实验仪器技术领域。
背景技术
分光光度计的工作原理为：采用一个可以产生多个波长的光源，通过系列分光装置，从而产生特定波长的光源，光源透过测试的样品后，部分光源被吸收，计算样品的吸光度，从而转化成样品的浓度；但是光源本身可能存在的抖动导致测量结果可能产生偏差。
目前市场上实验用的微量分光光度计都只有一条光路，用于测量，并无法判断光源是否发生抖动。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种分光光度计光路系统，以检测光源是否发生抖动。
本发明第二目的在于提供一种包含前述光路系统的分光光度计。
本发明第三目的在于提供一种测量溶液吸光度的方法。
本发明提出的技术方案为：
分光光度计光路系统，包括依次相连的光源、测量光路和检测分析仪，所述光路系统还包括与所述测量光路并联的参考光路，以及用于控制测量光路和参考光路交替接通的光路切换机构；所述参考光路两端分别与光源和检测分析仪相连。将光源发出的光分为两路，一路经测量光路(测量时，该光路上有溶液：空白液或待测溶液)进入检测分析仪，以进行溶液测量，另一路经参考光路进入检测分析仪，由于参考光路上没有溶液，而是直接将光源引入检测分析仪，不会受到其他因素(溶液吸光)干扰，通过对比两次测量得到的光强，可以判断出两次测量光源是否发生抖动或者衰减。
作为优选，同一次测量过程中，所述光路切换机构至少动作一次，使得测量光路和参考光路各自至少接通一次。假设光源打开后持续时间为1秒(甚至更短)，在这1秒时间内，光路切换机构至少动作一次，使得测量光路和参考光路各自至少接通一次，分别获得光源通过测量光路后的光强和通过参考光路后的光强。
作为优选，所述光路切换机构包括支架、可转动安装于支架上的切换挡片、输出端与切换挡片相连的电机，所述电机工作以驱动切换挡片在第一位置和第二位置之间移动，从而实现测量光路和参考光路交替接通，保证经过溶液的光和不经过溶液的光先后进入检测分析仪，无干扰。
作为优选，所述切换挡片上开设有通孔，于第一位置时，所述通孔位于测量光路的光传输路线上，同时参考光路被切换挡片挡住，此时测量光路接通，参考光路不通，测量光经过溶液(空白液或待测溶液)后的光强；于第二位置时，所述通孔位于参考光路的光传输路线上，同时测量光路被切换挡片挡住，此时测量光路不通，参考光路接通，测量光源不经过溶液(空白液或待测溶液)的光强。
作为优选，所述光路切换机构还包括安装于支架上的第一传感器和第二传感器，于第一位置时，切换挡片触发所述第一传感器；于第二位置时，切换挡片触发所述第二传感器。
作为优选，所述参考光路包括设置于支架上、且相对布置的第九光纤头和第十光纤头，所述第九光纤头输入端通过光纤与光源相连，第十光纤头输出端通过光纤连接至所述检测分析仪，所述切换挡片位于第九光纤头和第十光纤头之间，以控制参考光路的通断。
作为优选，所述测量光路包括通过光纤相连的第一光纤头和第二光纤头，通过光纤相连的第三光纤头和第四光纤头，通过光纤相连的第五光纤头和第六光纤头，通过光纤相连的第七光纤头和第八光纤头；所述第一光纤头输入端与光源相连，第二光纤头正对第三光纤头布置，第四光纤头正对第五光纤头布置(第四光纤头和第五光纤头之间用于添加溶液：空白液或待测溶液)，第六光纤头和第七光纤头设置于所述支架上，且两者相对布置，第八光纤头输出端连接至所述检测分析仪；所述切换挡片位于第六光纤头和第七光纤头之间，以控制测量光路的通断。
一种分光光度计，包含前述的光路系统。
一种测量溶液吸光度的方法，包括：
S1、空白液测量；在测量光路的光传输路径上添加空白液，打开光源；在光源点亮的时间段内，控制测量光路和参考光路交替接通一次，分别获取测量光路接通时的光强Icb和参考光路接通时的光强Iob；
S2、待测溶液测量；擦去步骤S1中添加的空白液，在测量光路的光传输路径上添加待测溶液，打开光源；在光源点亮的时间段内，控制测量光路和参考光路交替接通一次，分别获取测量光路接通时的光强Ics和参考光路接通时的光强Ios；
S3、利用公式A＝log10((Icb+Ios-Iob)/Ics)计算出待测溶液的吸光度。
通过参考光路的光直接进入检测分析仪，不经过溶液，比较两次测量(一次为步骤S1的空白液测量，一次为步骤S2的待测溶液测量)得到的光强Iob和光强Ios，若两者差值不为0，则说明光源发生抖动或者衰减，从而利用光强Iob和光强Ios的差值来补偿因光源抖动或者衰减导致的误差，提高了吸光度计算的准确性。
作为优选，所述步骤S1之前还包括：
步骤S0、光度计开机后，打开光源，接通参考光路，检测分析仪获取该光源的原始光强，将该原始光强与设定阈值进行比较，若该原始光强大于设定阈值，执行步骤S1；否则报警，提示用户当前光强不满足测量要求，保证进行测量时的光强满足测量要求。
本发明相对于现有技术有如下优点：
1、本发明在原有测量光路上并联一参考光路，将光源发出的光分为两路，一路经测量光路进入检测分析仪，以进行溶液测量，另一路经参考光路进入检测分析仪，由于参考光路上没有溶液，而是直接将光源引入检测分析仪，不会受到其他因素(溶液吸光)干扰，通过对比两次测量(光源分别打开两次，分别进行两次测量)得到的光强，可以判断出两次测量光源是否发生抖动或者衰减。
2、采用同一光路切换机构进行两条光路的切换导通，结构简单巧妙，避免出现两条光路同时接通的情况，保证经过溶液的光和不经过溶液的光在不同时段先后进入检测分析仪，无干扰。
3、由于通过参考光路的光直接进入检测分析仪，不经过溶液，通过对比两次测量得到的光强Iob和光强Ios，可以判断出光源是否发生抖动或者衰减，进而利用光强Iob和光强Ios的差值来消除因光源抖动或者衰减导致的误差，提高了吸光度计算的准确性。
附图说明
图1为本发明光路系统简图。
图2为本发明中光路切换机构立体图(含光纤头)。
图3为本发明中光路切换机构主视图(含光纤头)。
图4为本发明中光路切换机构俯视图(含光纤头)。
图5为本发明中切换挡片位于第一位置时的结构示意图(图3去掉第二侧板和连接于其上的两个光纤头后的右视图)。
图6为本发明中切换挡片位于第二位置时的结构示意图(图3去掉第二侧板和连接于其上的两个光纤头后的右视图)。
图7为本发明光度计的立体图。
图8为本发明光度计另一视角的立体图。
图9为本发明光度计的主视图。
图中标号：光源1；测量光路2；第一光纤头2-1；第二光纤头2-2；第三光纤头2-3；第四光纤头2-4；第五光纤头2-5；第六光纤头2-6；第七光纤头2-7；第八光纤头2-8；检测分析仪3；参考光路4；第九光纤头4-1；第十光纤头4-2；光路切换机构5；支架5-1；第一侧板5-1-1；第二侧板5-1-2；切换挡片5-2；电机5-3；通孔5-4；第一传感器5-5；第二传感器5-6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1-图9所示，本实施例一种分光光度计光路系统，包括光源1、测量光路2、检测分析仪3、参考光路4和光路切换机构5；测量时，空白液或待测溶液添加于测量光路2的光传输路径上，参考光路4的光传输路径上则无溶液。所述光源1、测量光路2和检测分析仪3之间采用光纤依次连接，参考光路4与测量光路2并联，且参考光路4的两端分别与光源1和检测分析仪3相连；所述光路切换机构5用于控制测量光路2和参考光路4交替接通，保证测量时经过溶液(空白液或待测溶液)的光和不经过溶液(空白液或待测溶液)的光在不同时间段先后进入检测分析仪3，无干扰。本实施例光路系统将光源1发出的光分为两路，并利用光路切换机构5控制两路光路交替接通，一路经测量光路2进入检测分析仪3，以进行溶液测量，另一路经参考光路4进入检测分析仪3，由于参考光路4的光传输路径上没有溶液，而是直接将光源1引入检测分析仪3，不会受到其他因素(溶液吸光)干扰，通过对比两次测量(光源分别打开两次，进行两次测量)得到的光强，可以判断出两次测量光源1是否发生抖动或者衰减。
如图2-图4所示，所述光路切换机构5包括支架5-1、可转动安装于支架5-1上的切换挡片5-2、输出端与切换挡片5-2相连的电机5-3；其中，所述支架5-1由第一侧板5-1-1和第二侧板5-1-2组装而成，所述切换挡片5-2位于第一侧板5-1-1和第二侧板5-1-2之间，且可相对于两侧板转动；所述电机5-3工作以驱动切换挡片5-2在第一位置和第二位置之间移动，从而实现测量光路2和参考光路4交替接通，具体为：所述切换挡片5-2上开设有通孔5-4，如图5所示，切换挡片5-2于第一位置时，所述通孔5-4位于测量光路2的光传输路径上，同时参考光路4被切换挡片5-2挡住，此时测量光路2接通，参考光路4不通，测量光经过溶液(空白液或待测溶液)后的光强；如图6所示，切换挡片5-2于第二位置时，所述通孔5-4位于参考光路4的光传输路径上，同时测量光路2被切换挡片5-2挡住，此时测量光路2不通，参考光路4接通，测量光不经过溶液(空白液或待测溶液)的光强。
所述光路切换机构5还包括安装于支架5-1上的第一传感器5-5和第二传感器5-6，于第一位置时，切换挡片5-2触发所述第一传感器5-5，电机5-3停止工作；于第二位置时，切换挡片5-2触发所述第二传感器5-6，电机5-3停止工作。第一传感器5-5和第二传感器5-6的另一作用在于检测当前是测量光路2接通还是参考光路4接通，例如，切换挡片5-2触发所述第一传感器5-5，通孔5-4位于测量光路2的光传输路径，此时测量光路2接通，参考光路4不通；切换挡片5-2触发所述第二传感器5-6，通孔5-4位于参考光路4的光传输路径上，此时测量光路2不通，参考光路4接通。
所述参考光路4包括安装于第一侧板5-1-1上的第九光纤头4-1和安装于第二侧板5-1-2上的第十光纤头4-2，且该第九光纤头4-1和第十光纤头4-2相对布置以实现光的传输；所述第九光纤头4-1输入端通过光纤连接至第一光纤头2-1，实现与光源1相连(第一光纤头输入端连接光源)，第十光纤头4-2输出端通过光纤连接至第八光纤头2-8，实现与所述检测分析仪3相连(第八光纤头输出端连接检测分析仪)，所述切换挡片5-2位于第九光纤头4-1和第十光纤头4-2之间，以控制参考光路4的通断。参考光路4接通时，光源1发出的光经第一光纤头2-1传输至第九光纤头4-1后，由第九光纤头4-1传输至第十光纤头4-2，然后通过第八光纤头2-8传输至检测分析仪3，实现参考光路4中光的传输。
所述测量光路2包括通过光纤相连的第一光纤头2-1和第二光纤头2-2，通过光纤相连的第三光纤头2-3和第四光纤头2-4，通过光纤相连的第五光纤头2-5和第六光纤头2-6，通过光纤相连的第七光纤头2-7和第八光纤头2-8；所述第一光纤头2-1输入端与光源1相连，第二光纤头2-2正对第三光纤头2-3布置以实现光的传输，第四光纤头2-4正对第五光纤头2-5布置以实现光的传输(测量时，空白液或待测溶液添加于第四光纤头和第五光纤头之间)，第六光纤头2-6安装于第一侧板5-1-1上，第七光纤头2-7安装于第二侧板5-1-2上，且该第六光纤头2-6和第七光纤头2-7相对布置以实现光的传输，第八光纤头2-8输出端连接至所述检测分析仪3；所述切换挡片5-2位于第六光纤头2-6和第七光纤头2-7之间，以控制测量光路2的通断。测量过程中，测量光路2接通时，光源1发出的光依次经第一光纤头2-1、第二光纤头2-2、第三光纤头2-3、第四光纤头2-4、空白液或待测溶液、第五光纤头2-5、第六光纤头2-6、第七光纤头2-7、第八光纤头2-8后传输至检测分析仪3，实现测量光路2中光的传输。
同一次测量过程中，所述光路切换机构5至少动作一次，使得测量光路2和参考光路4各自至少接通一次，使得测量光路2和参考光路4各自至少接通一次，分别获得光源通过测量光路2后的光强和通过参考光路4后的光强，不会影响对于待测溶液的正常测量。
如图7-图9所示，本实施例一种分光光度计包括前述的光路系统。
一种利用前述分光光度计测量待测溶液吸光度的方法，具体为：
S1、光度计开机后，打开光源1，检测分析仪3获取该光源的原始光强(此时参考光路接通)，将该原始光强与设定阈值(例如1000)进行比较，若该原始光强大于设定阈值，执行步骤S2；否则报警，提示用户当前光强不满足测量要求；
S2、空白液测量；在第五光纤头2-5上添加空白液，打开光源1；在光源1点亮的时间段内(1秒甚至更短时间)，先控制切换挡片5-2运动至第二位置，使得参考光路4接通，并由检测分析仪3获取当前的光强Iob(即，获取光源不经过溶液的光强)，然后控制切换挡片5-2运动至第一位置，使得测量光路2接通，并由检测分析仪3获取当前的光强Icb(即，获取光源经过空白液的光强)；
也可以控制切换挡片5-2先运动至第一位置，接通测量光路2，再运动至第二位置，接通参考光路4；
S3、待测溶液测量；擦去步骤S2中添加的空白液，在第五光纤头2-5上添加待测溶液，打开光源1；在光源1点亮的时间段内(1秒甚至更短时间)，先控制切换挡片5-2运动至第二位置，使得参考光路4接通，并由检测分析仪3获取当前的光强Ios(即，获取光源不经过溶液的光强)，然后控制切换挡片5-2运动至第一位置，使得测量光路2接通，并由检测分析仪3获取当前的光强Ics(即，获取光源经过待测溶液的光强)；
也可以控制切换挡片5-2先运动至第一位置，接通测量光路2，再运动至第二位置，接通参考光路4；
S4、比较光强Iob和光强Ios之间的差异，并利用公式Δ＝Ios-Iob计算出差值；如果差值不为0，则说明光源发生抖动，或者衰减；
S5、根据朗伯-比尔定律，利用公式A＝log10((Icb+Δ)/Ics)计算出待测溶液的吸光度。
由于通过参考光路4的光直接进入检测分析仪3，不经过溶液，通过对比两次测量(一次为步骤S2的空白液测量，一次为步骤S3的待测溶液测量)得到的光强Iob和光强Ios，可以判断出光源是否发生抖动或者衰减，本方法利用光强Iob和光强Ios的差值来消除因光源抖动或者衰减导致的误差，提高了吸光度计算的准确性。

Claims (10)

1.一种分光光度计光路系统，包括依次相连的光源(1)、测量光路(2)和检测分析仪(3)，其特征在于：所述光路系统还包括与所述测量光路(2)并联的参考光路(4)，以及用于控制测量光路(2)和参考光路(4)交替接通的光路切换机构(5)；所述参考光路(4)两端分别与光源(1)和检测分析仪(3)直接连接。
2.根据权利要求1所述的分光光度计光路系统，其特征在于：同一次测量过程中，所述光路切换机构(5)至少动作一次，使得测量光路(2)和参考光路(4)各自至少接通一次。
3.根据权利要求1所述的分光光度计光路系统，其特征在于：所述光路切换机构(5)包括支架(5-1)、可转动安装于支架(5-1)上的切换挡片(5-2)、用于驱动切换挡片(5-2)在第一位置和第二位置之间移动以实现测量光路(2)和参考光路(4)交替接通的电机(5-3)。
4.根据权利要求3所述的分光光度计光路系统，其特征在于：所述切换挡片(5-2)上开设有通孔(5-4)，于第一位置时，所述通孔(5-4)位于测量光路(2)的光传输路线上；于第二位置时，所述通孔(5-4)位于参考光路(4)的光传输路线上。
5.根据权利要求3所述的分光光度计光路系统，其特征在于：所述光路切换机构(5)还包括安装于支架(5-1)上的第一传感器(5-5)和第二传感器(5-6)，于第一位置时，切换挡片(5-2)触发所述第一传感器(5-5)；于第二位置时，切换挡片(5-2)触发所述第二传感器(5-6)。
6.根据权利要求3所述的分光光度计光路系统，其特征在于：所述参考光路(4)包括设置于支架(5-1)上、且相对布置的第九光纤头(4-1)和第十光纤头(4-2)，所述第九光纤头(4-1)输入端与光源(1)相连，第十光纤头(4-2)输出端连接至所述检测分析仪(3)，所述切换挡片(5-2)位于第九光纤头(4-1)和第十光纤头(4-2)之间。
7.根据权利要求3所述的分光光度计光路系统，其特征在于：所述测量光路(2)包括通过光纤相连的第一光纤头(2-1)和第二光纤头(2-2)，通过光纤相连的第三光纤头(2-3)和第四光纤头(2-4)，通过光纤相连的第五光纤头(2-5)和第六光纤头(2-6)，通过光纤相连的第七光纤头(2-7)和第八光纤头(2-8)；所述第一光纤头(2-1)输入端与光源(1)相连，第二光纤头(2-2)正对第三光纤头(2-3)布置，第四光纤头(2-4)正对第五光纤头(2-5)布置，第六光纤头(2-6)和第七光纤头(2-7)设置于所述支架(5-1)上，且两者相对布置，第八光纤头(2-8)输出端连接至所述检测分析仪(3)；所述切换挡片(5-2)位于第六光纤头(2-6)和第七光纤头(2-7)之间。
8.一种分光光度计，其特征在于：包含权利要求1-7任意一项所述的光路系统。
9.一种采用权利要求8所述光度计测量溶液吸光度的方法，其特征在于包括：
S1、空白液测量；在测量光路(2)的光传输路径上添加空白液，打开光源(1)；在光源(1)点亮的时间段内，控制测量光路(2)和参考光路(4)交替接通一次，分别获取测量光路(2)接通时的光强Icb和参考光路(4)接通时的光强Iob；
S2、待测溶液测量；擦去步骤S1中添加的空白液，在测量光路(2)的光传输路径上添加待测溶液，打开光源(1)；在光源(1)点亮的时间段内，控制测量光路(2)和参考光路(4)交替接通一次，分别获取测量光路(2)接通时的光强Ics和参考光路(4)接通时的光强Ios；
S3、利用公式A＝log10((Icb+Ios-Iob)/Ics)计算出待测溶液的吸光度。
10.根据权利要求9所述的测量溶液吸光度的方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
步骤S0、光度计开机后，打开光源(1)，接通参考光路(4)，检测分析仪(3)获取该光源的原始光强，将该原始光强与设定阈值进行比较，若该原始光强大于设定阈值，执行步骤S1；否则报警。
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