從零開始了解分光光度計：原理、應用用途與選購指南一次搞懂

一、什麼是分光光度計？

分光光度計是實驗室常見的分析儀器，了解其原理、應用、選購要點與 NanoVelox 超微量分光光度計特色，幫助你快速掌握基礎知識。分光光度計（Spectrophotometer）是一種分析儀器，用於測量物質對特定波長光線的吸收程度，藉此推算其濃度或組成。這種儀器廣泛應用於生物、化學、環境、醫學、食品等領域，是實驗室不可或缺的基本設備之一。

二、分光光度計的運作原理簡介

分光光度計能夠精確測量物質對特定波長光的吸收程度，而這一切都建立在光與物質互動的物理原理之上。以下將依序介紹光的吸收機制、比爾-朗伯定律，以及吸光度與濃度之間的關係。

1.光的吸收與波長的關係

光是一種電磁波，不同波長的光對應不同的顏色與能量。當光通過一個含有特定分子的樣品時，樣品中的分子會吸收特定波長的光能。這種吸收現象並非隨機，而是取決於該分子的化學結構與電子能階。

• 不同波長的光有不同的能量和顏色。
• 分子會選擇性吸收特定波長的光。
• 吸收的波長與分子的化學結構密切相關。
• 透過測量特定波長的光強變化，能判斷樣品成分。

2.比爾-朗伯定律（Beer-Lambert Law）

分光光度計能夠「量化」光的吸收程度，正是基於比爾-朗伯定律。該定律說明吸光度（A）與溶液中物質的濃度（c）與光程長度（l）成正比，其數學表達式如下：

A = ε × c × l

• A：吸光度（Absorbance）
• ε：摩爾吸光係數（mol⁻¹·cm⁻¹）
• c：濃度（mol/L）
• l：光徑長度（cm）

只要知道 ε 和 l，便能透過測得的吸光度推算出樣品的濃度，是定量分析的核心原理。

3.吸光度（Absorbance）與濃度的關係

吸光度是衡量樣品吸收光線能力的指標，與濃度呈線性關係。濃度越高，吸光度值也越大。這使得分光光度計能夠透過吸光度測量快速推算未知樣品的濃度。

• 吸光度與濃度成線性關係，適用於一定濃度範圍內。
• 利用標準曲線可快速計算未知樣品的濃度。
• 濃度過高時，可能會出現偏差，需適當稀釋樣品。
• 測量波長的選擇會影響吸光度的準確度。

三、分光光度計的主要應用領域

分光光度計因其高靈敏度與精確的定量能力，被廣泛應用於各種科學與產業領域。以下介紹其主要的應用範疇：

1.核酸（DNA/RNA）定量分析

在分子生物學研究中，分光光度計用於測量核酸樣品的濃度和純度。透過特定波長（通常是260 nm）吸光度的測定，可以快速判斷DNA或RNA的含量，並評估樣品是否受到蛋白質等污染。

• 使用260 nm波長測量核酸吸光度。
• 計算核酸濃度與純度比值（A260/A280）。
• 快速篩選核酸提取品質。

2.蛋白質濃度測定

分光光度計可用於蛋白質溶液的濃度測量，常用方法包括利用280 nm波長測量蛋白質本身的吸光度，或使用染色法如Bradford法來增加靈敏度。

• 直接測量蛋白質在280 nm的吸光度。
• 結合染色試劑提升檢測靈敏度。
• 適用於生物樣品的定量分析。

3.微生物生長監測（OD600）

分光光度計經常用於測量細菌或其他微生物培養液的光密度（OD），尤其在600 nm波長下的OD600值能反映微生物的生長狀態和細胞濃度。

• 以600 nm波長測量培養液渾濁度。
• 監測微生物生長曲線。
• 輔助培養條件優化與生長動態分析。

4.化學/藥品分析

分光光度計是化學與藥品行業中重要的分析工具，用於定量測定各類化合物的含量、純度及反應進程，確保產品品質與安全性。

• 分析溶液中化合物的濃度。
• 監控化學反應過程。
• 檢測藥品成分及其純度。

5.食品與環境檢測應用

在食品安全與環境監測領域，分光光度計被用來檢測污染物、添加劑及其他關鍵成分，確保符合標準和法規要求。

• 測定食品中色素、維生素等成分含量。
• 環境水質中有害物質的檢測。
• 快速篩查污染物與殘留農藥。

四、分光光度計的類型與差異比較

市面上的分光光度計種類繁多，根據使用情境與需求，可大致分為以下幾類：

分光光度計根據光學設計與操作需求可分為多種類型。以下列出三種常見比較分類，幫助您快速掌握差異與應用情境：

1. 傳統比色皿型 vs 超微量型（Nano型）

• 傳統比色皿型： 使用標準1 cm 比色皿，樣品需求量較大（約1 mL），適合化學定量、教學與常規分析。
• 超微量型（Nano型）： 支援少量樣品（0.5–2 µL）直接上樣，不需比色皿，適合DNA、RNA、蛋白質等微量分析。
• Nano型具備高靈敏度、自動校正功能，適合分子生物學或珍貴樣品應用。

2. 單波長 vs 多波長分析儀

• 單波長分析儀： 以特定波長進行測量，價格親民、操作簡單，適合已知物質的快速檢測。
• 多波長分析儀： 可切換多個波長或進行全光譜掃描（200–1100 nm），適用於複雜樣品或未知物分析。
• 多波長機型適合研究用途、動態反應監測與多目標物測量。

3. 桌上型 vs 手持式（便攜型）

• 桌上型分光光度計： 光學穩定、功能完整，適合實驗室長時間使用。
• 手持式（便攜型）： 體積小、電池供電，適合現場檢測如水質或環境樣本。
• 便攜型雖便利，但在靈敏度與功能上略遜桌上型，選擇時須依應用需求評估。

五、如何選購適合的分光光度計？

市面上的分光光度計種類繁多，從基本款到高階機種皆有，選購時應根據實際需求進行評估，以下為選購時的四大重點：