一、引言

在紫外可见分光光度计（UV-Vis Spectrophotometer）中，光源是产生连续光谱的关键部件，其性能直接影响仪器的光强稳定性、波长覆盖范围和信噪比。常见紫外可见光源包括氘灯（D_2）、钨灯（W）、氙灯（Xe）及新兴的LED光源等。本文将从光源的基本原理、类型特性、性能参数、应用场景与选型建议五个方面，详细阐述UV-Vis光源的具体实现和差异，帮助实验者合理配置与优化仪器性能。

二、光源的基本要求与性能指标

紫外可见光源应满足以下基本要求：

• 连续光谱输出：覆盖190–900 nm区间；

• 光强稳定性：短期波动<0.1%、长期漂移<1%；

• 寿命：尽量达到数千至万小时；

• 启动时间：合理的预热周期以平衡效率与寿命；

• 成本与维护：易更换灯泡、维护简便；

• 工作条件：兼容仪器温度与功耗要求。

关键性能指标包括：

1. 光谱强度分布：输出功率随波长的分布特性。

2. 光源稳定性：电源温度与运行时间下强度波动。

3. 光谱连通性：紫外与可见光区的衔接程度。

4. 启动与预热时间：影响实验效率与稳定性。

5. 寿命与衰减率：光强随使用时间的衰减特征。

三、常见光源类型及原理

3.1 氘灯（D_2 Lamp）

• 原理：电弧放电激发氘气分子，产生连续紫外区（160–400 nm）光谱。

• 特性：紫外区输出高、光谱平坦；可见区强度低；响应时间快。

• 应用：深紫外（190–350 nm）测定，如DNA/RNA、蛋白质吸收。

• 缺点：预热时间长（约20–30 min），寿命短（<2000 h），价格高。

3.2 钨灯（Tungsten Lamp）

• 原理：钨丝通电发热白炽，产生可见区和近红外（360–2500 nm）连续谱。

• 特性：可见区强度大，紫外区输出几乎为0；寿命长（>2000 h）。

• 应用：可见区测定，如染料吸收、色度分析。

• 缺点：紫外区无法使用，需要与氘灯联合。

3.3 氙灯（Xenon Arc Lamp）

• 原理：高压氙气放电弧产生宽带光谱，覆盖紫外至可见（160–1000 nm）。

• 特性：光强脉冲式或连续式，可见与紫外兼容；寿命中等（>1000 h）。

• 应用：需要同时检测紫外和可见的快速扫描、多通道系统;

• 缺点：光强脉动需稳定电源或锁相放大；成本高。

3.4 卤素灯（Halogen Lamp）

• 原理：在卤素气体环境下，钨丝加热，提高光强和寿命。

• 特性：比钨灯色温高，寿命可达2000–3000 h；可见区与近红外强；紫外区依然弱。

• 应用：可见/近红外分析，中高端可见分光仪。

• 缺点：同样无法胜任深紫外；对温度敏感需要冷却。

3.5 LED光源（Light Emitting Diode）

• 原理：固态半导体结在特定电压下发出窄带光； UV-LED190, 270, 365 nm, 可见LED多色系列。

• 特性：启动快、寿命长（>10000 h）、小功耗；光谱带宽窄 (~10–30 nm)。

• 应用：便携装置、定点测量、多LED组合波长扫描。

• 缺点：单一LED无法覆盖全光谱；需多颗组合或滤光片。

四、性能对比与应用场景

应用场景示例：

1. 全波段扫描仪：采用氘灯+钨灯或氙灯组合；

2. 高通量UV分析：氘灯联用PMT检测；

3. 现场便携光度计：UV-LED+Photodiode组合；

4. 在线监测：稳态LED光源，长寿命低维护。

五、误差来源与补偿策略

• 光强漂移：需实时监控或双光束对比；

• 灯丝退火与老化：定期更换，使用启动计时器；

• 光谱稳定性差：在扫描前后测量参考样；

• LED光谱中心漂移：需恒温控制与电流稳压。

六、选型建议与维护

1. 综合性实验室：选择氘灯+钨灯组合；

2. 高灵敏度定量：优选氘灯+PMT系统；

3. 便携与低功耗：LED光源+Photodiode；

4. 预算敏感：氙灯替代组合光源（节约空间）。

维护要点：

• 定期清洁灯罩与光路；

• 记录灯泡使用小时数，及时更换；

• 使用恒流电源，避免瞬态冲击。

七、结语

光源作为UV-Vis仪器的核心发光单元，其类型选择与性能优化对实验结果至关重要。氘灯和钨灯是经典组合，覆盖紫外与可见区；氙灯适合全波段快速扫描；卤素灯和LED光源在可见及特定波段展现优势。根据实验需求和仪器预算，合理选型并做好维护，才能充分发挥紫外分光光度计的测量优势。