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分光光度計構造與比色波長選擇

科目:生物化學與臨床生化學|題數:11
分光光度計構造與比色波長選擇
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建立於 2026年10月31日

學習重點 掌握元件分工:光源提供輻射能,單色器選擇波長,比色管承載溶液,偵測器將光轉成電訊號;光纖負責導光與控制光徑。 光源與比色管須配合波長:紫外光測定可用氫燈、重氫燈等適當光源,搭配石英比色管;鎢絲燈適合可見光測定。 區分兩種帶寬:光譜帶寬描述單色器的選波特性,自然帶寬描述待測物吸收峰的寬度;準確量測峰頂時,儀器帶寬應遠小於自然帶寬。 比色選吸收光:溶液呈現的顏色主要來自透過光,測量吸光值應選吸收較強的互補色波段。 熟記波譜與操作範圍:X 射線波長短於紫外線、紅外線及無線電波;本單元以吸光值 0.1~0.7 作為減少測定誤差的適當範圍。 核心觀念 一、分光光度計構造與光纖功能 分光光度計的基本光路為光源 → 單色器 → 比色管 → 偵測器。測量時,選定波長的光通過檢體,儀器比較入射光與透射光的強度,再換算吸光值。 元件主要功能辨識關鍵 光源提供足夠且穩定的輻射能發光範圍須涵蓋測定波長 單色器選出較窄波段的光與選波及光譜帶寬有關 比色管盛裝溶液,提供固定光程材質須能透過測定光 偵測器將光訊號轉換為電訊號接收穿過檢體的光 光纖引導光沿指定路徑傳輸提高光徑方向的控制效果 光纖(fiber optics)能導光,但本身不負責分離不同波長。因此,「改善光徑方向控制」應聯想到光纖;「選擇波長」則應聯想到單色器。 二、單色器與光譜帶寬 本單元將濾光片、稜鏡及繞射光柵列為可用來選擇波段的裝置。濾光片選擇性透過特定波段;稜鏡利用不同波長的折射差異分光;繞射光柵利用繞射與干涉分離波長。光纖不屬於這類選波元件。 光譜帶寬(spectral bandwidth)描述單色器的特性,代表所選光束涵蓋的波長寬度。即使設定在同一中心波長,實際通過的光仍有一定波長範圍,並非只有單一波長。 光譜帶寬越小,波長解析度通常越好,越能分辨相近波長的吸收差異。帶寬縮小也會減少通光量,因此實際操作仍須兼顧訊號強度。 三、自然帶寬與峰頂吸光值 自然帶寬(natural bandwidth)是待測物吸收峰本身的寬度,與儀器的光譜帶寬不同。若儀器帶寬太寬,通過的光會包含峰頂兩旁吸收較低的波長,使測得的峰頂吸光值偏低。 本單元要求峰頂吸光值達到約 99.5% 準確度時,採用儀器光譜帶寬應小於自然帶寬十分之一的判斷原則。自然帶寬為 10 nm,十分之一即為 1 nm,因此應選小於 1 nm 的儀器波寬。不要把自然帶寬直接當成儀器應設定的帶寬。 四、光源選擇與生化測定 光源光譜特性與應用 鎢絲燈適用於可見光及近紅外光;紫外區輸出不足,600 nm 測定可使用 氫燈、重氫燈可提供紫外光,適用於紫外吸光值測定 石英氫燈石英外殼利於紫外光通過,可供紫外光量測 高壓水銀燈、汞弧燈具有紫外及可見光譜線,須配合其輸出與適當選波裝置使用 核酸常在約 260 nm 測定,NADH 常在 340 nm 測定,均屬紫外光範圍。以 uricase 單一酵素反應測尿酸時,是追蹤尿酸被消耗所造成的紫外吸光值下降,也需要適當紫外光源。 因此,核酸及尿酸的上述測定皆不宜選鎢絲燈。汞燈雖可提供紫外光,但屬譜線光源,不能推論為任意紫外波長都有同樣充足的輸出。 五、比色管材質與吸光值範圍 石英比色管能透過紫外光,適合 NADH 的 340 nm 測定,也適合更短波長的核酸量測。「低於 340 nm 就不能使用石英比色管」是錯誤敘述;石英也能用於可見光測定。 一般玻璃及多數一般塑膠比色管主要供可見光使用,不能直接假定其適合紫外測定。辨認 NADH 測定的材質選項時,應選石英,不可將題目所列的矽玻璃、鉛玻璃或聚丙烯塑膠直接視為等同石英。 比色管透光面應保持清潔、無指紋、無刮痕,並避免氣泡。吸光值太低時,微小訊號差異容易造成較大相對誤差;吸光值太高時,透射光太弱,也容易增加誤差。本單元以吸光值 0.1~0.7作為較適當範圍,實際仍須符合方法及儀器的有效量測範圍。 六、互補色與比色波長選擇 溶液看起來的顏色,主要是較能透過的光;測吸光值則要選較易被吸收的光。因此,可先以互補色判斷適合的波段,再以物質的吸收光譜或最大吸收波長確認。 溶液顏色應選的吸收光本單元適用波長 黃色紫光、藍紫光420 nm 藍色黃橙至橙紅波段570~630 nm 黃色產物應選 420 nm;藍色溶液則選 570~630 nm。不要因溶液呈藍色,就選藍光所在的 430~475 nm。另須先確認題目要求的光譜區域:250~300 nm 屬紫外光,750~900 nm 已不適合作為本單元的可見光比色選項。 七、電磁波譜排序 電磁波依波長由短到長排列為:伽馬射線 → X 射線 → 紫外線 → 可見光 → 紅外線 → 微波 → 無線電波。 波長越短,頻率越高,單一光子的能量也越高。在 X 射線、紫外線、紅外線及無線電波之間,X 射線波長最短。可見光內則由紫光往紅光方向,波長逐漸增加。 常考陷阱 「鎢絲燈可供核酸或尿酸紫外測定」:鎢絲燈的紫外輸出不足;但用於 600 nm 的可見光測定沒有此問題。 「光纖可作為單色器」:光纖負責導光與光徑方向控制;濾光片、稜鏡、繞射光柵才是本單元的選波裝置。 「光譜帶寬是光源或偵測器的特性」:應歸於單色器;帶寬較窄通常代表較佳波長解析度。 「石英不能用於 340 nm 以下」:石英正適合紫外測定,NADH 測定應優先辨認石英材質。 「自然帶寬 10 nm,儀器也設 10 nm」:高準確度峰頂測定須用更窄帶寬;本單元判斷門檻為 1 nm。 「溶液是什麼顏色,就用同色光測」:應選吸收較強的互補色;黃色選 420 nm,藍色選 570~630 nm。 「頻率越高,波長越長」:兩者關係相反;X 射線比紫外線波長更短。 記憶口訣 「光源供光,單色選波;光纖導路,比色定程,偵測成訊。」 「紫外用氫重,比色選石英;可見六百,鎢絲可行。」 「黃液量紫藍,藍液量橙紅;看到是透光,測量選吸光。」 「自然十,儀器小於一;帶寬窄,解析佳。」

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  1. 25.利用Uricase單一酵素反應測定血清尿酸,下列何種分光光度計光源不適合用來測量尿酸吸光值的下降? (A)重氫燈 (B)鎢絲燈 (C...
  2. 35.光譜帶寬(spectral bandwidth)是用來描述光學比色計何種元件之特性? (A)光源 (B)單色器 (C)比色管 (D)偵測器
  3. 44.分光光度計的何種裝置可提高控制光徑方向的效果? (A)cuvette (B)fiber optics (C)monochromator (D)photodetector
  4. 36.下列何種光度計的裝置不可作為單色器(monochromator)? (A)diffraction gratings (B)fiber optics (C)filters (D)prism...
  5. 33.有關分光光度計之使用,下列敘述何者錯誤? (A)當波長設定在340 nm以下時,無法使用石英比色管測定吸光值 (B)光譜頻寬較小...
  6. 31.欲偵測檢體中核酸的濃度,下列何種光源不合適? (A)氫燈 (B)重氫燈 (C)鎢絲燈 (D)汞弧燈
  7. 31 已知 coproporphyrin I 的 natural bandwidth 為 10 nm,則分光光度計的波寬應至少小於多少,才能準確 (99.5%)測定 peak a...
  8. 32 測定 NADH 的吸光值,應使用那一種材質的比色管? (A)石英 (B)矽玻璃 (C)鉛玻...