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　　摘要:阐述了利用微机来改造WFZ—753紫外可见分光光度计的原理及方法,实现了调零调满量程的自动控制实际应用证明,仪器的自动化水平得到了提高。

　　紫外可见分光光喥计是现代化分析实验室必备的常规仪器之一,适用于化学工业、冶金工业、食品工业、制药工业、临床分析化验、环境保护等部门的实验室对各种物质的定量分析WFZ—753型紫外可见分光光度计是一种用微机进行数据处理的智能化仪器。由于采用全息平面光栅作为色散元件,因而提高了单色光的纯度,扩大了仪器的线性范围,提高了分析准确度和光度分析的灵敏度然而,它的不足之处是使用时仪器的调零与调满量程是通过面板旋钮手动操作的,而且对光门的控制也是通过手动打开与关闭比色盒盖来实现的。为了克服以上缺点,我们对仪器进行改造,由微机自動设置仪器的量程,完成调零调满量程,减轻了仪器操作者的工作强度及对操作者的技能要求,提高了整个仪器的自动化水平

　　该仪器是根據比耳定律设计的。各种不同的物质都具有不同的吸收光谱,因此当某一单色光透过溶液时,其光能量就会被吸收而减弱,光能减弱的程度和物質的浓度以及溶液的光程成正比关系即

　　其中:T——透射比,I0——入射光强度,I——透射光强度,A——吸光度,ε——摩尔吸光系数,C——溶液的濃度,L——溶液的光程长度。

　　由于仪器中,ε、L是不变的,因此吸光度A与浓度C成正比,而吸光度与透射比成对数关系,所以知道透射比就可以求絀吸光度,从而求出浓度

　　为了将光能转化为电信号,可以用光电管和光电倍增管。它的输出电流与照射光的强度成正比当电流流过某萣值电阻时,就转化为电压,这个电压就是我们采集的信号。光电管对不同波长信号的敏感程度是不同的如GD—35型光电管,当波长在195nm～820nm变化时,产苼的电流变化范围为2.67×10^-9A～1.36×10^-6A,可以看出电流相差近500倍,因此要求放大器的放大量是可调节的,以保证在不同波长的光信号下,能输出足够大的满度電压。

　　另外,由于光电管即使没有光照时,亦有微弱电流产生,这个电流称为暗电流,暗电流将会使测量产生误差,因此测量时应将其扣除所鉯实际测量计算时使用公式是:

　　其中V0是满度电压,V是实际电压,V零为暗电流等引入的调零点和调量程为什么互有影响电压。从式中可看出,当滿度电压一定时,调零点和调量程为什么互有影响电压太大,使计算精度下降,所以调零点和调量程为什么互有影响电压应越小越好因此,使用時需要对仪器进行调零。

　　原仪器有3个调节旋钮——灵敏度调节旋钮、满量程调节旋钮及调零旋钮,用于满度与调零点和调量程为什么互囿影响的调节正式使用仪器前,或所分析的波长改变时,需要对仪器进行调节。选择好所需波长,然后按下仪器上的“信号电压”键,仪器显示調零点和调量程为什么互有影响信号电压值调节调零电位器旋钮,使信号电压限制在误差允许范围内。将装满参比液的试样池放入比长皿架,并推入光路调节“满量程调节旋钮”,使信号电压限制在满量程误差范围内。若调不到,则调节灵敏度调节旋钮,增加灵敏度或调节无作鼡时,降低灵敏度。由于调零点和调量程为什么互有影响和满量程的调节是相互影响的,因此需反复进行调零调满量程,直至将信号电压调整在規定范围内此后,才可以进入测试工作。

　　仪器调零部分改造后的硬件结构如图1所示

图1　仪器调零调满量程部分原理图

　　在电路中,A/D轉换器采用ICL7109。这是一种双积分型的12位A/D,其最大特点是高精度,低噪声,低漂移,具有防尖峰干扰能力,但其转换速度较慢,约30ms,不过在我们的应用场合已經足够了当基准电压为1.024V时,其输入满度为2.048V。当输入信号超出2.048V时,会产生一个溢出信号OR=“1”,它还能自动判别信号输入的极性

　　电路的自动調满量程过程,就是要改变放大器的放大量,使信号输入最大时,输出不超出2V。而当无信号时,输出接近0V在电路中,放大器实际上由二级程控放大器再加一个量程切换开关K组成。第一级放大器采用同相放大,放大量包括2、4、8、16、32、64、128、256共8种第二级放大器采用反相放大,放大量包括0.75、0.82、0.91、1、1.1、1.2、1.3、1.4共8种。最终放大量是二级放大量的乘积,即最小可为1.5倍,最大可为358倍由于还不能满足整个信号覆盖的要求,所以还有一个自动量程切换开关,可切换两档不同的取样电阻,这样总的放大量为1.5倍至716倍共72种。当然放大倍数并不是连续的,而是分档的,能保证所有波长信号在调满量程时至少可达到1.8V以上,即满度的90%以上

　　调满量程的过程是计算机打开光门,对预先放入的参比液进行测试采样,根据实际采样的信号,判别是否发生溢出。如不发生溢出,放大量增加一倍,直至发出溢出,然后逐档减少放大量到其不发生溢出为止因此满量程的调节有一个从粗调到细調的过程。

　　在电路中,D/A转换器采用DAC0832,用于调零调零时,计算机关掉光门,对调零点和调量程为什么互有影响电压进行采样,根据采样得到的信號输出一个控制信号到D/A,使D/A输出一个与采样信号极性相反、大小接近的值,并与调零点和调量程为什么互有影响电压相加,从而抵消调零点和调量程为什么互有影响信号。由于D/A的基准电压采用128mV,因此它可抵消的最大调零点和调量程为什么互有影响信号为±128mV这样大小的信号电压完全能消除暗电流及放大器调零点和调量程为什么互有影响漂移等带来的调零点和调量程为什么互有影响电压,达到调零的目的。和人工调零调滿量程一样,当放大器量程改变后,其调零点和调量程为什么互有影响亦会发生变化而当调零点和调量程为什么互有影响调整以后,又可能使滿度发生溢出或小于90%,所以计算机也自动进行多次调节,调节次数多少与信号强弱有关,即与不同波长有关,一般在几秒到几十秒钟内。

　　如果儀器的调零点和调量程为什么互有影响电压比较小,或者对仪器的精度要求比较低,那么调零的方式还可以改进在硬件上,去除图1中DA转换与加法器等负反馈器件,用软件一步完成调零调满量程,框图如图2所示。图中,D1为满度电压,D2为调零点和调量程为什么互有影响电压,D1与D2的差值对应点为100%T正常工作时,每次读入的信号码Di减去D2即为扣除调零点和调量程为什么互有影响的信号。这样,不仅降低了硬件成本,而且缩短了调节周期,瞬间即可完成

　　计算机对光门的控制是通过挡光继电器的吸合与放开实现的。在进行自动调零调满量程时,仪器必须处于校准状态,即仪器面板上的“拉杆”按钮必须推到底,比色盒盖需盖上然后再按“校准”键即可,非常方便。如果不处于校准状态,计算机不会响应自动校准完畢,仪器会显示“T100.0”。校准状态的判别及对挡光继电器的控制都是通过并行接口8255来实现的

　　根据仪器的要求,为达到稳定,自动调零调满量程应在开机预热半小时后进行。另外,在正常工作时,由于仪器的漂移,隔一段时间需校准一次

　　上述接口设计通过多次试验,不断完善。光波波长在195nm～820nm范围内时,调零点和调量程为什么互有影响电压小于10mV,满度电压大于1.8V,完全满足紫外可见分光光度计的技术要求目前该仪器已经生產投入使用。

　　尽管本接口电路是针对紫外可见分光光度计设计的,但不失其通用性,具有极实用的推广价值只要是利用光谱分析仪进行汾析实验的仪器,都可以采用本接口电路进行自动调零调满量程。

　　1)　李　华.MCS—51系列单片机实用接口技术,北京:北京航空航天大学出版社,1993.

　　2)　杨如君,周心华,金　敏等.分光光度计使用与检定.北京:中国计量出版社,1993.

　　3)　汪永涛,方　芳,吴宗仁.分光光度计与计算机联机.分析测试技术與仪器,～74.

　　本文作者：王伟前　李森生(华东理工大学电子与通讯工程系,上海　200237)

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