一、引言

紫外分光光度计（UV-Vis Spectrophotometer）是一种基于物质对不同波长光吸收差异进行分析的光学仪器。而在这类仪器中，**单色器（Monochromator）**是关键核心部件之一，其质量直接决定了仪器的选择性、准确度和灵敏度。

单色器的主要任务是从宽光谱光源中选取特定波长的“单色光”照射样品，使样品对该波长的吸收能被准确测量。本文将深入讲解单色器的作用原理、结构组成、类型差异、性能影响与未来发展方向，全面呈现这一看似低调却决定仪器上限的重要组件。

二、单色器在UV-Vis光度计中的基本作用

2.1 光谱选择核心功能

• 从氘灯/钨灯发出的白光中，筛选并输出狭窄波段的单色光；

• 实现光源→样品→检测器之间的“特定波长路径”。

2.2 分辨不同组分

• 不同化合物在不同波长有特征吸收峰（λmax）；

• 单色器精度越高，分辨率越强，定性/定量能力越强。

2.3 减少干扰

• 筛除杂散光；

• 减少样品外吸收引起的误差；

• 提高信噪比与重复性。

三、单色器的基本结构组成

典型单色器由以下五大部件构成：

四、单色器的核心工作原理

4.1 色散原理：分离复合光

单色器的核心是色散元件，用于将不同波长的光“打散”。主流色散方式分为：

A. 光栅（Diffraction Grating）

• 利用衍射和干涉原理；

• 不同波长按不同角度偏转；

• 光栅方程：

  $$n\lambda =d(\sin i+\sin \theta )$$

• 分辨率高，使用广泛；

• 可覆盖190–1100 nm波段；

• 色散效率高，但有级次重叠问题。

B. 棱镜（Prism）

• 利用不同波长光在材料中折射率不同；

• 紫光弯曲大，红光弯曲小；

• 输出光为连续谱；

• 抗杂散光强，但波段不均匀，调节困难。

现代UV-Vis仪器普遍采用光栅，部分高端系统会组合两级单色器以提升光纯度。

五、单色器类型与结构差异

六、波长调节机制与精度控制

6.1 波长调节原理

• 转动光栅或棱镜角度，改变其与光线的相对位置；

• 使不同波长光聚焦于出射狭缝；

• 输出单一波长；

• 控制方式有机械拨盘、电机驱动、数字伺服系统等。

6.2 精度影响因素

七、杂散光抑制与单色器质量评估

7.1 杂散光的定义与危害

• 杂散光是不符合设定波长的其他波长光；

• 会引起基线漂移、误判峰位、浓度失真；

• 尤其在低吸光度或短波段（<220 nm）影响明显。

7.2 杂散光控制方法

• 多级色散结构（双光栅）；

• 使用滤光片配合；

• 增加狭缝隔离；

• 涂黑内部结构吸收杂散光。

八、单色器对性能的具体影响

九、实际应用示例

9.1 定性分析：对羟基苯甲酸酯

• λmax = 254 nm，吸收峰窄；

• 高质量单色器可分辨混合物中相邻峰；

• 光栅分辨率决定识别精度。

9.2 痕量测定：DNA浓度低于10 ng/µL

• λ = 260 nm；

• 单色器需低杂散光，高波长精度；

• 优质单色器避免基线抖动。

9.3 多组分同步分析（色谱–光度联用）

• 要求扫描速度快、光谱响应一致；

• MEMS单色器与光电阵列联合使用；

• 实现多波长同步监测。

十、未来趋势与技术革新

十一、结语

单色器在紫外分光光度计中扮演着光学“调谐器”的关键角色。它将杂乱无章的复合光整理为有序、精准、窄带的单色光，使样品的吸光行为得以被高效、准确地捕捉和分析。其性能高低，不仅决定仪器的分辨率、线性范围、灵敏度，更直接关系到实验数据的可靠性。

在仪器选型与维护过程中，应重点关注单色器的光学元件类型、结构形式、波长调节精度与杂散光控制能力，从而确保UV-Vis仪器始终处于优质状态。