723型可见分光光度计的功能开发

　　1　引　言

　　分光光度计是产生和利用单色光照射样品,并测量单色光通过透明样品前、后的入射光及透射光能量的仪器。其在质控、农业、医疗卫生、环境监控、化学分析等部门得到了广泛的应用。我国早在70年代末、80年代初就开发出了第三代分光光度计[2]。作者在基本保留了上海精密科学仪器公司生产的723型可见分光光度计机械结构的基础上,作了一些改进,使它应用于一些生物制剂浓度的测量上。这大大地缩短了新产品开发周期。本文主要讲述用单片机如何控制 723型可见分光光度计的光学系统,使它能产生指定波长的单色光,以及所增加的温度控制系统和吸液装置。

　　2　仪器的原理和结构

　　仪器由光源、自动光门、单色器、样品室、光门、前置放大器、电压频率转换器VFC、8031、键盘、显示、打印等部分组成,基本与723型可见分光光度计相同。其原理框图如图1所示。从光源发出复合光,经单色器后,产生单色光。单色光穿过样品室的溶液后,照射到光电管上。光电管把随溶液浓度而变化的光信号转换成与之对应的电信号。电信号放大经VFC变成频率脉冲送8031的T0计数器。从而实现仪器的系统功能。

　　3　单色器系统及波长定位和驱动

　　朗伯-比耳定律只适用于单色光,单色器是仪器的核心部分。本仪器仍采用原有的723型可见分光光度计的光学系统,它由滤光片组、聚光镜、反射镜、准直镜部件组成,如图2所示,它能产生320nm～820nm的单色光。光线经过入射狭缝经反射镜反射到准直镜,形成平行光。平行光射入色散元件光栅,色散后的各种波长的平行光由聚焦镜按其波长顺序成像在焦平面上,不同波长的光线从出射狭缝中射出。控制步进电机转动光栅就能得到不同波长的单色光。

　　3.1　理论分析

　　根据光栅衍射理论,出现干涉极大值时应有方程mλ=d(sinα+sinβ),这就是衍射光栅方程,其中m为光栅光谱的级次数,d为光栅常数,α为光束的入射角,β为衍射角。在723型可见分光光度计的光学系统中,经反射镜镜像变换后,入射狭缝与出射狭缝靠得很近,可以认为入射角与衍射角相等,而且723型可见分光光度计使用的是+1级光,即m=1,所以光栅方程mλ=d(sinα+sinβ)可化为λ=2dsinβ,723型可见分光光度计的光栅常数是d=1/1200mm。这样,每一个波长λ对应于一个衍射角β,例如当衍射角为β=11.0698°时,λ=320nm。723型可见分光光度计是通过转动光栅位置而改变衍射角β的。步进电机的步距角为0.18°,仪器速比52,所以步进电机每转动一步,光栅转动0.0035°。对公式 λ=2dsinβ微分得Δλ=2dcosβΔβ≤0.1007nm;而实际上β≥11.0698°,Δλ≤0.1007 cosβ<0.1nm。因此,可见分光光度计的波长可读精度是0.1nm。