崭新的电子技术使化学分析变得越来越快,并且越来越灵敏。由美国爱立桑那大学开发的智能型分光计,以分析样品发射出的光,能够自动地鉴定其所含的成分及浓度。该校化学系教授,仪器的发明者,保纳 · 丹顿先生说:这一新技术将对光谱学的未来起着革命性的作用。

丹顿的仪器是一种原子辐射的分光计。它以测量挥发型的样品所含元素发射出的光来分析其成分。每一种元素以特有的波长发射;光谱线产生的亮度表示其元素含有量为多少。以往的仪器每次仅能分析大约一百种波长,但是,丹顿说他的样机在同样的时间内能测量大约10万种波长的光。

新的分光计的关键性部件是一个新颖的光检测器,丹顿选择一种电荷注射装置,简称CID,类似较为熟悉的电荷电耦合装置,简称CCD,当它受到光的照射时以矩阵形式在其电池元中累积了电荷。

两种装置间的不同点在于如何理解电荷信号。CCD已被广泛地应用在天文学上,因为它能够探测非常微弱的光平,但是,在探测区域内当光亮度变化很大时,应用CID比较好。在原子放射光谱学方面,在光强度从强光到黑暗的背景间变化剧烈的场合下,选择CID此较合适。

电荷发射装置商业性地被应用在照相机的电眼中,但是,丹顿小组开发了一个不同的读出技术。分光计的电子装置以两种方法读出贮存电荷:1. (非破坏性的)不干优电荷本身。2. (破坏性的)释放电荷。

分光计首先非破坏性地从每一电池元中对贮存的电荷采样。如果电荷微弱,它就被留在原处年待累积,但是,如果电荷很强,释放电池元中的电荷,信号被破坏性地读出,这样电池元能再次开始贮存电荷。使光亮区域中电池元避免进入饱和状态,而黑暗区域中的电池元获得时间进行电荷累积。在检测器的受光矩阵中,从电池元的位置可以定义出照射性分光仪上的光波长,这分光仪具有一个数据库使光谱线与其元素相匹配。即使对含元素种类最丰富的样品,找出其发射的最亮的光谱线也只需几千分之一秒的时间。

光线越微弱,花费时间越长,但是在一秒钟内,仪器能够分析出样品中所含的全部元素,包括微量元素。它也能收集额外的数据来验证测量结果,并且能提醒操作员样品是否溶解在不同的溶剂中,即不同于分光计的刻度标准化时所采用的溶剂——出错,导致错误的结果。

OCD集成块替代CID,丹顿能使本仪器适用于荧光光谱分析,在此情况下,当紫外线光源照射在样品_上,分光计寻找发射的荧光光谱,在黑暗背景中属光的弱发射,最好应用比较灵敏的电荷耦合装置来探测为最佳。

(黄文杰译自New Scientist,1987年10月8日)