- 更新時間2025-10-13
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在生命科學(xué)、藥物研發(fā)等前沿領(lǐng)域，樣本常常珍貴如金，體積微乎其微。傳統(tǒng)分光光度計動輒需要數(shù)百微升的樣本，已然無法滿足需求。此時，超微量分光光度計應(yīng)運(yùn)而生，它僅需0.5-2μL的樣本，便能快速、精準(zhǔn)地完成核酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的定量與純度分析。那么，這臺精密的儀器是如何工作的呢？讓我們深入其內(nèi)部，一探從光吸收到數(shù)據(jù)輸出的完整流程。
核心原理：朗伯-比爾定律
超微量分光光度計的理論基石與經(jīng)典儀器無異，即朗伯-比爾定律。該定律指出，當(dāng)一束平行單色光通過均勻、非散射的溶液時，溶液的吸光度（A）與溶液的濃度（c）、光程（l）成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：A=εcl。其中，ε是物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)，一個與物質(zhì)本身及波長相關(guān)的常數(shù)。
理解這個公式是理解一切的基礎(chǔ)：儀器通過測量樣本的吸光度（A），在已知光程（l）和吸光系數(shù)（ε）的情況下，就能精確計算出樣本的濃度（c）。
工作流程詳解：從一束光到一組數(shù)據(jù)
第一步：樣本加載與液柱形成
與傳統(tǒng)儀器使用比色皿不同，超微量技術(shù)的關(guān)鍵在于微體積樣本的呈現(xiàn)方式。用戶使用專用的加樣器，將0.5-2μL的待測樣本點(diǎn)位于一個特殊的檢測基座上。通過上下基座的閉合與分離，樣本在兩者之間依靠液體的表面張力，形成一個穩(wěn)定的懸柱液膜。這個液柱的厚度，即為光通過樣本的實(shí)際光程。超微量儀器的光程極短，通常在0.2mm到1mm之間，這正是在極低濃度下仍能保持吸光度值在線性范圍內(nèi)的關(guān)鍵，避免了傳統(tǒng)長光程（通常1cm）下高濃度樣本需要過度稀釋的問題。
第二步：全光譜光源與單色化
儀器啟動后，內(nèi)置的氙閃光燈或脈沖式鎢燈會發(fā)出一束覆蓋紫外和可見光區(qū)的全光譜復(fù)合光。這束光首先通過一個精密的光柵。光柵如同一個高效的“分光棱鏡”，可以將復(fù)合光色散成連續(xù)不斷的不同波長的單色光。通過控制光柵的旋轉(zhuǎn)角度，系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地篩選出特定波長（例如，用于測核酸的260nm或測蛋白的280nm）的單色光，并將其導(dǎo)向樣本。
第三步：穿過樣本與光的吸收
經(jīng)過調(diào)制的單色光，通過精密的光路系統(tǒng)，垂直穿過之前形成的懸柱液膜。樣本中的待測物質(zhì)（如DNA的堿基、蛋白質(zhì)的芳香族氨基酸）會選擇性地吸收特定波長的光。例如，DNA在260nm處有最大吸收峰。被吸收的光子能量使得分子發(fā)生能級躍遷，從而導(dǎo)致透射過樣本的光強(qiáng)度減弱。
第四步：信號檢測與參考比對
穿過樣本的透射光被一個高靈敏度的檢測器（如CCD或光電二極管）捕獲。檢測器將光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號。這里有一個精妙的設(shè)計：在測量樣本之前，儀器會先用一個空白對照（通常是同樣體積的緩沖液或水）進(jìn)行同樣的測量，記錄下初始光強(qiáng)度（I?）。測量樣本時，記錄的是透射光強(qiáng)度（I）。根據(jù)吸光度的定義A=log??(I?/I)，儀器內(nèi)部的微處理器可以瞬間計算出樣本在特定波長下的準(zhǔn)確吸光度值。
第五步：數(shù)據(jù)計算與結(jié)果輸出
這是將物理信號轉(zhuǎn)化為化學(xué)信息的最后一步。微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法進(jìn)行一系列復(fù)雜的運(yùn)算：
1.濃度計算：對于DNA，系統(tǒng)會調(diào)用其已知的吸光系數(shù)（例如，dsDNA的ε為50ng/μL/cm），并結(jié)合實(shí)際測量的極短光程，通過A=εcl公式變形為c=A/(ε×l)，直接計算出濃度（ng/μL）。
2.純度評估：系統(tǒng)會讀取樣本在多個特征波長下的吸光度。例如，通過計算A260/A280和A260/A230的比值，來判斷核酸樣本中是否殘留有蛋白質(zhì)、酚類或鹽離子等污染物。
3.光譜掃描與質(zhì)量判斷：在光譜掃描模式下，光柵會連續(xù)掃描一段波長范圍（如220nm-700nm），繪制出完整的吸收光譜圖。光譜的峰形、平滑度可以幫助判斷樣本的降解情況或是否存在異常物質(zhì)。
最終，所有這些處理后的信息——包括濃度、純度比值、吸光度值以及光譜圖——都會被清晰地呈現(xiàn)在儀器的觸摸屏或連接的電腦軟件上，完成一次完整的分析。
