第一篇 分光光度计的前世今生.doc

分光光度计的前世今生（郑翔鹏 摘录）第一章 第一台商用分光光度计 第一节第一台商用分光光度计是如何诞生的二次世界大战时，美国为了让他们的士兵更加的强壮，所以想给他们补充点维生素（如图1.1.1的广告）。但是怎么制造维生素呢，哪些食物中富含有维生素呢？这些问题一直困惑着当时的科学家们。紫外可见分光光度计提供了答案，但是当时这种仪器非常昂贵，而且是手工制造的。（注：1918年美国国家标准局就研制了世界第一台紫外可见分光光度计，但没商品化，而且不成熟。）1941年，第一台商用紫外可见分光光度计Beckman DU横空出世了。它的问世，使维生素的检测变的简单、快速。Bechman公司设计的第一台原型 UV-vis分光光度计，称为Model A。光源是钨灯，使用玻璃棱镜为分光元件，但是后来发现，玻璃不能用于紫外区，所以，后来制造了Model B. Model B使用了石英棱镜。Model B使用了某种机构（叫tangent bar mechanism）来使波长线性化，但这种机构过于灵敏和compressed。Mode A和Model B都使用一种叫Bechman PH meter的附加装置作为读出装置。我们知道，PH计其实就是个高阻抗毫伏计，所以它这个PH meter其实就是个毫伏计，读出放大Model A和B的微弱电信号。为了改进Model B的波长扫描机构过于灵敏的缺点，又设计了Model C（如图1.1.2）, Model C使用了一种叫scroll drive 的机构来波长线性化，这个机构后来使用在所有的Bechman 石英棱镜仪器中。Model C同样使用PH meter作为读出装置。由于这种分离式设计不方便，使人不快，所以把PH meter和单色器做在一起，诞生了Modle D（图1.1.3）注：PH meter和单色器集成在一起是根据资料上说的，但是对比图1.1.2，图1.1.3，图1.1.4，并看不出PH meter在哪里。注：1. 图1.1.3不是很清晰，可以参考下图1.1.4。2. 图1.1.3中的Graduated : 200 to 2000 millimicrons 应该是波长范围 ，在下面的图1.1.5中也可以看到这个说明。但是从下面的历史介绍和图1.1.6中，可以发现，其实更准确应该是220 2000 millimicrons 就是220nm2000nm。Model D集成电子管放大器，当时为了制造石英棱镜，石英得从巴西运来，但是，由于石英是射频振荡器必要的元件，而射频振荡器是无线通信系统必须的(石英振荡器，比如目前电子电路中用的很多的晶振)，所以战时，石英还很难搞到，不过由于美国大兵要吃维生素，所以政府出面解决了这个问题。 注：第一台计算机ENIAC就是用电子管做的。电子管目前也还在用，比如一些音频发烧友做的“胆机”。回来再说Model D, 当时Model D面临着两个挑战。一个是，设计合适的紫外光源。因为最初使用的是钨灯，而钨灯在可见光区还行，但紫外区，能量太弱，不适合使用。当时已经知道氢灯可以产生紫外辐射，但是，在1940年，还没有哪个厂家可以制造适合UV-vis使用的氢灯，为此，National Technical Laboratories（Bechman公司的前身）开始自己设计、制造氢灯，灯的问题终于解决了。另一个是挑战是，没有合适的光电检测器可用于紫外区，当时的光电检测器只能检测350nm1200nm的光，350nm以下的没有合适的，为此，RCA设计了个实验用的光电检测器，可以检测低到220nm的光，但是，这个新发明批量小，而且不稳定，没办法，最后，Model D还是使用了这种新检测器。由于RCA的不合作，老Bechman和他的同事最终还是自己设计了可用于紫外区的光电检测器。并把使用这种检测器的UV-vis命名为 Beckman DU（如图1.1.4）.图1.5是Beckman公司当时对 Beckman DU做的广告图1.1.5中的介绍文字如下：September 25,1941 , NEWS EDITION 注：-杂志名和发表日期Features Many Unique and Far-Reaching AdvancementsThis precision instrument -the product of several years intensive development by the Beckman research staff -incorporates many inportant advancements in the design of spectrophotometric equipment,such as :. the finest type of crystal quartz monochromotor which covers the full spectral range of interest in spectrophotometry -200 millimicrons in the ultraviolet to 2000 millimicrons in the infrared.precision optical parts completely protected from dust and fumes.extra long(100cm) easily-read wavelength Scale.direct readings in both % Transmission and Desity -simultaneously.continuously adjustable Slit Machanism to fit every possible requirement.full scale readings with nomianl band widths 2 millimicrons or less over most of spectral range.stray light effects less than 1/10% over most of the spectral range.注： 这个仪器的大小没有查到相关资料，不过一个线索是，extra long(100cm) easily-read wavelength Scale.在图1.1.3中，也有个说明是，length : Approximately four feet 。在对比下图1.1.2，有什么想法吗？图1.1.6是1951年11月30日的一个广告，以下是图1.1.6的放大说明。QUARTZ SPECTROPHOTOMETER, Beckman Photoelectric. A self-contained unitwith which a wide variety of research and control work can be conducted with convenience,speed and precision. Consisting of quartz monochromator with light source, holder for absorption cells, twin phototubes and built-in electronic meter for translating phototube currents into direct readings of percentage transmission and density. See Gary and Beck-man, Journal of the Optical Society of America, Vol. 31, No. 11., (Nov., 1941), p. 682.Wavelength scale approx. 100 cm long, readable and reproducible to 0.1 mmu in the ultraviolet and to 1.0 mmu in the infrared, with scale accuracy of 1 mmu. Built-in potentiometer and electronic amplifier makes possible direct readings in percpntage transmission and density. Switch position 0.1 provides a ten-fold expansion of the transmission scale for mre accurate readings on solutions below 10% transmission.The new model No. 2400 is provided with a liquid-cooled, cast metal lamp housing which takes tungsten, hydrogen and mercury lamps mounted on self-aligning, interchangeable backplates. In addition, a resistor box assembly (not shown in illustration), with three-position switch, is attached to the phototube compartment for rapid and convenient selection of proper phototube load resistor to regulate the sensitivity for alternate use in transmission and flame photometry.9101-A2. Quartz Beckman Photoelectric, Model DU (No 2400), range 320 to 1000 mmu, as above described, with volt tngsten lamp in liquid-cooled lamp housing with interchangeable backplate, one each ultraviolet-sensitive and caesium-oxide phototubes, resistor box assembly, matched set of four square fused Corex glass absorption cells for 10 mm liquid depth and 4-place holder. With dry cells for operating the meter but without 6-volt storage battery for operating the tungsten lamp and electronic tubes. . 1,250.009101-A2. Quartz Beckman Photoelectric, Model DU (No 2400), range 320 to 1000 mmu, as above described, with volt tngsten lamp in liquid-cooled lamp housing with interchangeable backplate, one each ultraviolet-sensitive and caesium-oxide phototubes, resistor box assembly, matched set of four square fused Corex glass absorption cells for 10 mm liquid depth and 4-place holder. With dry cells for operating the meter but without 6-volt storage battery for operating the tungsten lamp and electronic tubes. . 1,250.009101-B2. Ditto, Model DUV, range 220 to 1000 mmu, identical with above but with the addition of ultraviolet accessories consisting of one pasr of matched fused silica absorption cells for 10 mm liquid depth, hydrogen discharge lamp on interchangeable backplate, and power supply unit, 115 volts, 50/60 cycles, a .c . . 1, 575.00注： 上面的range 320