Спектрофотометр УФ-видимого диапазона

Спектрофотометр отвечает на иной вопрос, чем большинство приборов, которые стоят рядом с ним. Он не сообщает свойство пробы прямо; он сообщает, сколько света проба поглотила при длине волны, которую выбрал человек, а всё остальное - концентрация, чистота, прошла ли реакция туда, куда её вели, - выводятся из этого. Поэтому выбор, который решает всё дальнейшее, - это какие длины волн прибор достает и насколько тонко он их разводит.

Этот ряд покрывает девять моделей в двух сериях. Серия V работает в видимой области на вольфрамовой лампе; серия UV добавляет ксеноновую лампу и опускается до 190 nm. Через обе серии ширина полосы идёт от 5 nm до 1,8 nm, погрешность по длине волны - от 2 nm до ±0,5 nm, и все модели, кроме одной, однолучевые.

Что измеряет прибор

Сообщаются четыре величины: пропускание, оптическая плотность, концентрация и коэффициент наклона, который связывает последние две. Пропускание - доля падающего света, которая прошла через пробу. Оптическая плотность - его отрицательный логарифм; именно она пропорциональна концентрации в рабочем диапазоне и именно в ней берут большинство измерений. Концентрация получается из оптической плотности через множитель, установленный по стандартным образцам с известной концентрацией, а коэффициент наклона - это и есть такой множитель, который держит прибор.

Поскольку связь оптической плотности с концентрацией линейна лишь в пределах, полезный диапазон измерения узьше, чем предлагает шкала. Слишком концентрированная проба читается так, будто она разбавленная, потому что линейность нарушается раньше, чем у детектора кончится сигнал. Это свойство методики, а не прибора, и потому длина оптического пути и разбавление значат не меньше, чем выбранная модель.

Как происходит измерение

Свет лампы разбирается голографической решёткой с 1 200 штрихами на миллиметр в монохроматоре типа Черни-Тернера, который превращает широкий выход лампы в узкую полосу при выбранной длине волны. Этот монохроматический пучок проходит через пробу, а интенсивность, пришедшая на детектор, сравнивается с интенсивностью, пришедшей на него через сравнение. Отношение и есть пропускание, а логарифм обратной величины отношения - оптическая плотность.

Из этого устройства следуют три вещи. Первая: источник и детектор являются частью измерения в той же мере, что и проба, - поэтому ресурсы лампы и дрейф вообще появляются в спецификации. Дрейф дан как ≤0,003 A у каждой модели, и это то число, которое решает, можно ли доверять малой разнице оптической плотности за долгий прогон. Вторая: монохроматор задаёт разрешающую способность - решётка во всём ряду одна и та же, а ширина щели за ней, указанная как спектральная ширина полосы, нет, и именно ширина полосы, а не решётка решает, останутся ли два близких пика раздельными. Третья: сравнение важно. Каждое измерение есть отношение, поэтому всё, что изменится между показанием сравнения и показанием пробы, попадает в результат - если оптика не измеряет обе сразу либо если прибор не ставят на ноль достаточно часто.

Выбор между видимой и ультрафиолетовой сериями

Видимая серия достает 320-1100 nm, а у LC-V1200E диапазон составляет 350-1050 nm. Ультрафиолетовая серия достает 190-1100 nm у каждой модели, и дополнительный диапазон даёт ксеноновая лампа рядом с вольфрамовой. Ничего больше в спецификации этот выбор не решает: методику, написанную примерно ниже 320 nm, на видимом приборе не выполнить, потому что поглощать там нечему, а методика выше этой длины не требует ультрафиолетовой серии, если только её не требует что-то другое в той же лаборатории.

Когда обе области нужны от одного прибора, серия UV закрывает видимую область в том же корпусе, так что брать ещё и видимую серию незачем. Когда работа целиком в видимой области и лаборатория не собирается опускаться ниже 320 nm, видимые модели дают те же длины волн при той же решётке и при меньшей стоимости спецификации.

Ширина полосы и почему от неё зависит разделение пиков

Спектральная ширина полосы - это ширина полосы длин волн, которую прибор действительно пропускает при одном задании, и здесь она идёт от 5 nm до 1,8 nm. Широкая полоса - не просто более грубое показание: она усредняет вместе всё внутри этого окна в 5 nm, поэтому два пика поглощения, сидящие в нескольких nm друг от друга, отдаются одним пологим плечевым участком, и ничья аккуратность их не вернёт. Требованием является полоса заметно уже измеряемого пика, а когда методика задаёт ширину пика, полосу можно выбрать прямо против неё.

Поэтому ряд и охватывает почти троекратный разброс по ширине полосы на девять моделей. Когда методика читает широкий видимый пик при фиксированной длине волны, полоса 4 nm или 5 nm не является компромиссом. Когда методика содержит острый пик, плечо или два пика, которые надо разделить, способны это сделать модели с полосой 1,8 nm или 2 nm.

Одна длина волны или развёртка

Базовые модели ставятся на одну длину волны и читают пробу на ней - это то, что нужно рутинному определению, и самый быстрый способ его провести. Модели N и NC, а также LC-UV1200Pro и LC-UV1800 ведут развёртку: длина волны идёт непрерывно, а спектр записывается по диапазону, - то, что нужно, чтобы найти пик, сравнить пробу с эталонным спектром или установить, что вне диапазона ничего неожиданного не поглощает.

Развёртка нужна не только для исследовательской работы. Любую методику, которую в лаборатории надо подтверждать, или которую может сбить мешающее вещество, легче отстоять спектром, чем одной точкой, а снятый однажды спектр часто убирает и будущий спор. Когда методика зафиксирована при одной длине волны и ответом является просто число при этой длине, работа на одной длине волны не является ограничением, а модели с развёрткой не нужны.

Однолучевая и двухлучевая схемы

Восемь моделей из девяти - однолучевые: они измеряют сравнение и пробу в разные моменты и держат их сопоставимыми за счёт периодической установки на ноль. LC-UV1800 - двухлучевая: она делит свет так, что проба со сравнением меряются одновременно, и всё, что действует на оба канала, снимается непрерывно. В однолучевом приборе между показанием сравнения и показанием пробы в результат входят дрейф источника, дрейф детектора и изменение температуры в отсеке; периодическая установка на ноль убирает большую часть этого, поэтому однолучевые приборы остаются вполне пригодными для рутины.

Разница стоит денег в двух ситуациях: когда измерение надо держать устойчивым долго и когда разница оптической плотности между пробой и сравнением настолько мала, что дрейф составляет её заметную часть. LC-UV1800 несёт и наиболее узкую ширину полосы в ряду, 1,8 nm, поэтому это прибор для лаборатории, которой нужны и узкая полоса и устойчивость, а не для той, что просто хочет верх списка.

Кюветы, отсек проб и расходные позиции

С каждой моделью поставляется четырёхпозиционный держатель кювет - либо на фиксированные 1 cm, либо у части моделей с перестройкой 0,5-5 cm, - и коробка четырёх стеклянных кювет на 1 cm. Модели UV добавляют две кварцевые кюветы. Это и есть набор, и держать надо главное: стекло в ультрафиолете не пропускает, поэтому любое измерение примерно ниже 320 nm требует кварцевых ячеек, они идут только с моделями UV и их надо дозаказывать. Дополнительные кварцевые кюветы - самостоятельная позиция заказа, а не принадлежность, которую можно одолжить у другого прибора.

Длина оптического пути держателя значима так же, как ширина полосы: оптическая плотность пропорциональна пути, который свет проходит в пробе, поэтому держатель на 0,5 cm и держатель на 5 cm измеряют разные количества одного и того же раствора. Когда методика задаёт длину пути, держатель должен ей соответствовать, а когда разбавленную пробу надо прочесть без концентрации, более длинный путь поднимет оптическую плотность в полезный диапазон.

Ограничения измерений и то, что влияет на выбор

Несколько параметров, значимых в лаборатории, нигде в материале не указаны: сетевое питание, время прогрева, пределы температуры и влажности окружающей среды, интервал замены источника, степень защиты корпуса и ресурс лампы по моделям. Ничего здесь не додумано, чтобы закрыть эти пробелы, и собственная заметка материала о том, что его числа являются номинальными величинами поставщика и их надо сверять с табличкой и руководством поставленного изделия, относится ко всей странице.

Два эксплуатационных ограничения стоит сказать прямо. Прибор имеет массу от 7 kg до 12,5 kg по моделям и является настольным изделием, оптический тракт которого чувствителен к вибрации, поэтому ему подходит устойчивый стол, а не общий тележный стеллаж. И лампы являются расходными позициями с номинальным ресурсом 1 000 ч или 2 000 ч по моделям, где материал отмечает сокращение срока от частых включений, поэтому прибор, который работает в течение всей смены, лучше держать включённым, чем включать и выключать вокруг каждого измерения.

Когда прибор предполагается применять для регламентированных испытаний, квалификационные документы являются отдельным требованием. Материал отмечает, что сертификационный материал был изъят на источнике и что сведений о сертификатах в нём нет, и советует запросить у поставщика сертификат типа и документы 3Q-валидации для фармацевтических и пищевых испытаний. Это вопрос к запросу, а не допущение из состава поставки.

Заказ

Ответ определяют длина волны или длины волн, которые методика использует, ширина пика и поэтому требуемая ширина полосы, достаточно ли работы при одной длине волны или надо записывать спектр, нужна ли ультрафиолетовая область вообще, длина оптического пути ячеек, надо ли сохранять результаты на компьютер, и какие документы требует система качества лаборатории. По возможности называйте методику, а не только модель, потому что именно длина волны и ширина пика сужают список моделей, а не наоборот. Количество, порт назначения и требуемая дата поставки дополняют запрос.