如何选购合适的光谱仪

如何选购合适的光谱仪

光谱仪是现代科学和工业领域中不可或缺的分析工具，广泛应用于生物样本分析、科研、制药和环境监测等领域。本文将为您详细介绍光谱仪的分类、工作原理及其在不同领域的应用，帮助您更好地了解这一重要仪器。

光谱仪有哪些不同类型？

光谱仪主要分为两大类：辐射光谱仪和质谱仪。

辐射光谱仪

• 吸收光谱仪：这种光谱仪测量吸收的光强与吸收材料数量之间的比例关系。光谱显示出峰值，每个峰值对应一个特定波长，是所分析物质的特征。这种技术既适用于液相或气相分子，也适用于原子蒸气，后者是通过原子化液体或固体样品而获得的。

• 发射光谱仪：使用这种光谱仪时，样品中的原子会受到激发源的激发。当原子返回基态时（去激发过程），原子会发出构成样品的材料所特有的辐射。

• 拉曼光谱仪：拉曼光谱仪的原理是，入射到样品上的辐射会被样品中的分子产生非弹性散射。入射辐射的频率与散射辐射的频率之间的差异，使得识别这些分子的化学键成为可能。因此，除了红外和质谱分析法之外，拉曼光谱分析法也是一种理想的结构分析技术。

• 核磁共振光谱仪（NMR）：这些仪器使用一种基于原子核磁性的技术。NMR 将诱导并检测核磁矩从最低能级到最高能级的能量转换。为此，需要将待分析的原子置于磁场中，并对其进行射频辐射。测量这个场的共振频率就可以对分子进行分析。

质谱仪

质谱仪根据质量/电荷比（m/z）分离气相中的带电分子（离子）。质谱仪可用于确定：

• 化合物的分子质量
• 该化合物碎片的质量
• 物质的量

光谱仪的应用领域有哪些？

光谱仪的应用范围非常广泛。在本购买指南中，我们将主要关注生物样本分析、科研、制药行业和环境分析。

• 生物样本分析：质谱法是分析生物样本的首选技术。例如，质谱仪可用于检测生物液体中的生物标记物。

• 研究：光谱仪用于分析遗传物质，尤其是在分子生物学领域。

• 制药业：光谱仪用于监测药物成分，特别是其活性成分。

• 环境分析：光谱仪可检测多种物质，如杀虫剂、挥发性有机化合物和芳香烃。

吸收光谱仪有哪些特点？

这类仪器包括原子吸收光谱仪、分子吸收光谱仪和红外光谱仪，它们的分析类型和激发方法各不相同。

原子吸收光谱仪

顾名思义，原子吸收光谱仪可以进行原子级别的分析。这种技术通常需要先进行原子化步骤，即把化学物质解离成自由原子。它是一种非常高效的吸收光谱法，因此应用广泛。即使样品由复杂的化学元素混合物组成，它也能进行高精度测量。这是一种用于分析各种样本（包括生物样本）中痕量元素的参考技术。例如，在卫生领域，原子吸收光谱法可用于准确分析病人的血液或组织样本。

我们可以将原子吸收光谱仪分为两种类型：

• 原子吸收光谱仪（AAS）：电磁辐射激发
• X 射线吸收光谱仪 (XAS)：X 射线激发，无需事先雾化。

分子吸收光谱仪

这些用于进行分子分析。这是物质定性和定量分析中使用最广泛的技术。它基于光谱中紫外线-可见光（UV-Vis）区域的光子发射。分子吸收光谱具有快速、无损和操作简单的优点。不过，它只适用于稍复杂的样品，因为分子吸收带的宽度无法区分复杂混合物的所有成分。

根据激励模式的不同，可分为：

• 紫外线光谱仪：光谱中紫外线区域的光子波长（100 纳米-400 纳米）
• 紫外可见光谱仪：紫外线和可见光区域的光子波长（100 nm-750 nm）
• 可见光谱仪：可见光区域的光子波长（400 纳米-750 纳米）

红外光谱仪

通过红外吸收光谱，可以确定构成分子的化学键的性质，从而确认结构假设。红外光谱法是消除分子结构模糊性的首选技术。不过，如果分子中含有许多原子，这种方法的精确度就会大打折扣。这是因为光谱变得复杂，解释起来相当困难，尤其是在涉及有机化合物时。在这种情况下，可使用原子吸收光谱法。

发射光谱仪有哪些特点？

发射光谱仪主要用于原子水平的定量和定性分析。分析中的样品被激发并发出辐射。通过对激发原子的这种辐射进行定量测量，可以确定样品中某种物质（即分析物）的浓度。

这些是发射光谱仪的一些特点：

• 非常宽的动态测量范围
• 通过一次测量对多个元素进行定性和定量分析
• 高精度和高灵敏度
• 高速
• 无化学干扰

发射光谱仪有两种，它们的激发和发射模式各不相同：荧光光谱仪和原子发射光谱仪。

荧光光谱仪

当粒子被电磁辐射激发时，就会发生荧光发射。发出的辐射是被分析粒子的特征。这种技术的最大优点是非常精确和特异，因此特别适合测量极低浓度。不过，这种技术比吸收光谱法更为复杂。

此外，还有X 射线荧光光谱仪，之所以称为 X 射线荧光光谱仪，是因为激发是用 X 射线进行的。

原子发射光谱仪（AES）

这种技术基于原子在高温下的热激发。然而，激发是非选择性的，会在构成样品的所有粒子中发生。每条发射线对应一种元素，通过发射光谱可以识别和量化样品中的所有原子或分子。

质谱仪有哪些特点？

质谱仪用于测定物质的分子质量并获取其结构数据。必须对样品进行气化和离子化处理，才能进行质谱分析。由此产生的分子离子被分成碎片，这些碎片在分析仪中根据其质量/电荷比进行分离，然后被检测器拾取。其结果是质谱，是样品成分的特征。

这是一种极为灵敏的检测和识别技术，广泛应用于蛋白质分析等领域。该技术的优势和特点如下：

• 应用范围广泛，从分析极小分子（分子量小于 2,000 Da）到大分子（分子量超过 100,000 Da）。
• 精度高，可测定分子量，最大误差为 1 道尔顿 (Da)。
• 与其他分析技术（如色谱法）相结合，可以达到更高的精度。