紫外可见分光光度计数据采集的单片机实现

　　0　引言

　　分光光度法是一种利用物质的分子或离子吸收入射光中特定波长的光所产生的吸收光谱,对物质进行定性、定量及结构进行分析的光谱分析方法。传统的双光束分光光度计中,它不便于读数、图谱存储及导入计算机进一步分析处理等。因此本文提出了设计一套以ATMEL89C51单片机为核心的数据采集系统替代原记录仪,使其可以在通用PC上实时显示吸收光谱曲线,并以ASCII文件形式保存,用常用的数据处理软件(如ORINGIN,EXCEL等)即可打印处理或显示吸收光谱曲线。

　　1　分光光度计数据采集原理

　　1.1　双光束分光光度计原理

　　分光光度计利用的基本原理是郎伯特-比尔(Lambert-Beer)定律,即溶液的吸光度Abs与溶液的吸收系数а,浓度C,液层的厚度L成正比。即:

　　式中:T为透过率,I0为入射光强,It为透过光强。每种物质都有特定的吸收光谱曲线,通过测量不同波长处待测物质的吸光度或透过率值得到其吸收谱线,与已知谱线比较即可鉴别该物质或测定该物质的浓度。

　　常用分光光度计基本结构如图1所示,由光源、单色仪、样品池、探测器、放大器、记录仪6部分组成。

　　双光束分光光度计光路结构如图2所示。由钨灯和氘灯分别提供可见光和紫外光的连续光源。单色仪将光束分为单色光后通过一个快速转动的扇形旋转镜将光一分为二分别打到样品池和参照池上,以此消除光源变化带来的误差(因此称为双光束式分光光度计),用同一个探测器(光电倍增管PMT)交替接收透过的光强信号。

　　1.2　分光光度计信号特征

　　信号处理过程如图3所示。透过样品池光束I和参考池光束I0,通过旋转镜M交替打到光电倍增管上,其输出信号经运放IC1放大成i0+i,再经与旋转镜M同步的开关S0,Si将信号分离为i0和i。参考信号i0与标准电压E之差通过运放IC2放大后控制PMT(打拿极)电压,使得i0与E保持一致。在参考信号连续控制PMT的负电压下测量样品信号可以消除电压及光源的波动影响,提高测量精度。此时样品信号i输出为与样品池的透过率成正比的电压信号,也可再经对数运算电路得到与吸光度值成正比的连续变化的模拟电压信号。此电压信号变化速率主要由波长扫描速度和记录仪走纸速度决定,为低频信号。数量级为0~100mv的模拟电压信号输出到记录仪经放大后驱动描记电路,使电信号转换为记录笔的机械动作从而画出吸收(或透射)光谱曲线。由上可知分光光度计输出信号是与所测参数成线性关系的电压模拟量信号,易于利用数字电路处理。

　　2　分光光度计数据采集系统的实现