排成一列的五個部件
在腦海裡打開一台分光光度計,你會發現裡面的佈置出奇地樸素,就像一張小小的光學台:一盞燈用來產生光,一個選色器用來挑出一個波長,一個樣品架用來放液體,一個偵測器用來數出活下來的光,還有一台小計算機來做算術。光從一端出發,在另一端結束。只要你能按順序叫出這五個部件的名字,你幾乎就能推斷出這台機器做的或出錯的任何事。
燈與選色器
燈會湧出大量白光——所有顏色一齊到來。但要乾淨地測量,我們只想要一種顏色透過樣品,因為正如我們看到的,物質有自己的偏好波長。那個把白光接進來、只放出一條窄窄的波長帶的部件,就是單色器——字面意思是「單一顏色的製造者」。它內部通常有一面帶細密刻槽的小鏡子,叫作光柵,能像稜鏡那樣把白光攤開成一道彩虹;再用一道窄縫挑出你所要的那一條色帶。
樣品和它的小玻璃盒
液體樣品裝在一個精密製成的小透明盒裡,這盒子叫作比色皿。它看起來像個普通的小杯子,但它的側壁被仔細做成平整、且彼此相隔固定的距離,因為光必須穿過一段已知厚度的液體。這個厚度——光在樣品內部跨越的距離——就是光程,幾乎每個比色皿都恰好做成 1 公分,原因很充分:這能讓後面的算術變得乾淨俐落。
偵測器:一隻電子眼
在光奮力穿過樣品之後,活下來的那部分會落到偵測器上。這是一小塊電子元件,它把光變成電流——光越多,電流越大。機器把「有樣品時收到的電流」與「光路全開、毫無阻擋時收到的電流」相比較,就能算出透射率:透過去的光所占的比例。計算機隨後把這個比例換算成更有用的吸光度,並顯示在螢幕上。
一種現代的變通做法是:不再一次只挑一種顏色。二極體陣列偵測器是一長排成百上千個微小偵測器,每一個盯著自己的那個波長。光先穿過樣品,之後才被攤開成一道彩虹、落在整排偵測器上,於是儀器一次就把所有顏色都測了。這能近乎瞬間地記錄下一整條光譜——這份便利,我們會在講「讀光譜」的那篇指南裡好好用上。
把光從頭到尾走一遍
讓我們追蹤一束光,從它的誕生一直到下結論。每一步都是一份單一、簡單的工作,合在一起,就把一束光變成了螢幕上的一個數字。
- 燈湧出白光,那是所有波長的混合。
- 單色器把白光攤成一道彩虹,只放過選定的一種顏色。
- 這種單一顏色進入比色皿,穿過固定光程的液體;樣品吞掉了其中一部分。
- 活下來的光打在偵測器上,被它變成電流。
- 計算機把這股電流與「無樣品」時的讀數相比,算出透射率,再換算成吸光度,把數字顯示出來。