紫外分光光度计由哪些主要部分组成？
作为一个高精度的分析系统，它由多个协同工作的光学、电学与机械模块构成。每一部分的结构设计与性能特性，都会直接影响测量数据的灵敏度、准确性和重现性。
一、引言
紫外分光光度计（UV-Vis Spectrophotometer）是基于物质对不同波长紫外和可见光吸收差异来进行定量分析的精密光学仪器，广泛用于化学、环境、制药、生物、材料等领域的成分检测与浓度测定。
作为一个高精度的分析系统，它由多个协同工作的光学、电学与机械模块构成。每一部分的结构设计与性能特性，都会直接影响测量数据的灵敏度、准确性和重现性。
本文将全面解析紫外分光光度计的主要组成部分，从功能、结构、原理与互联机制等角度系统阐述其工作基础。
二、紫外分光光度计的核心组成模块
紫外分光光度计的整体架构一般可分为以下六个关键部分：
光源系统
单色器系统
样品池组件
检测器系统
数据采集与信号处理模块
控制与显示界面
这六大部分通过精密配合，共同完成从光的发射、选择、通过样品到信号转化与结果输出的完整过程。
三、光源系统：能量的起点
3.1 功能
提供覆盖紫外（190–400 nm）与可见光（400–800 nm）范围的稳定光源；
光线需具有高强度、低波动、良好波谱连续性。
3.2 常见类型
| 光源类型 | 覆盖波段 | 特点 |
|---|---|---|
| 氘灯（D₂） | 190–370 nm | 紫外区专用，连续谱，输出稳定 |
| 钨灯（W） | 320–2500 nm | 可见–近红外，寿命长，色温高 |
| 氙灯（Xe） | 190–1000+ nm | 高频宽、亮度高，适用于全谱 |
| 紫外LED | 单波长输出 | 稳定、长寿命，适合微型设备 |
3.3 光源切换
多数仪器采用氘灯+钨灯组合光源，系统可在约340 nm处自动切换，实现宽波段覆盖。
四、单色器系统：波长选择核心
4.1 功能
从光源发出的复合光中，精确筛选特定波长的单色光；
保证光线纯度，减少杂散光干扰。
4.2 结构组成
入射狭缝（控制光束形状）
色散元件（棱镜或光栅）
聚焦镜系统
出射狭缝（筛选单波段）
波长调节马达与反馈机构
4.3 色散类型
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| 光栅型 | 分辨率高，调节线性好，应用广 |
| 棱镜型 | 抗杂散光能力强，但线性差 |
高端仪器采用双单色器结构或交叉色散系统以提升光纯度。
五、样品池组件：光与样品的交汇点
5.1 功能
承载液体或气体样品；
让单色光穿过样品，发生吸收反应；
保持光程一致，避免外部干扰。
5.2 关键参数
| 项目 | 描述 |
|---|---|
| 材质 | 石英（紫外区）、玻璃（可见区）、塑料（一次性） |
| 光程 | 通常为1 cm，可选0.2–10 cm |
| 容积 | 标准池（3–5 mL）、微量池（<100 µL） |
| 结构 | 方形比色皿、多联排样品池等 |
5.3 注意事项
池壁需光学透明、无划痕；
操作中避免气泡、指纹与颗粒污染；
与样品化学性质兼容，防腐蚀。
六、检测器系统：将光变为电
6.1 功能
接收通过样品后的透射光；
将光能量转化为电信号；
信号强度与样品吸光度成反比。
6.2 常用类型
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| 光电倍增管（PMT） | 灵敏度高、响应快，适合弱光、紫外检测 |
| 光电二极管（PD） | 成本低，适合常规可见–近红外检测 |
| CCD/PDA阵列 | 实现多波长同步检测，适用于扫描模式与多组分分析 |
6.3 选择依据
紫外分析选用PMT；
可见区可用PD；
实时同步分析场合使用PDA阵列。
七、数据采集与信号处理模块
7.1 功能
将检测器输出的模拟信号转换为数字信号；
进行放大、滤波、积分等电处理；
传送至控制系统进行后续计算。
7.2 常见配置
模拟–数字转换器（ADC）；
放大电路与噪声过滤器；
自动增益调整功能（Auto Gain）；
信号锁相环（Phase Lock）控制系统。
信号处理能力影响测量范围、灵敏度、漂移控制与扫描速度。
八、控制系统与用户界面
8.1 功能
控制光源、波长、电机、样品架；
执行程序设定（如定波长/扫描/标准曲线）；
实时显示吸光度、透过率或浓度结果；
存储与导出数据。
8.2 控制方式
| 控制模式 | 描述 |
|---|---|
| 面板式 | 集成式按钮+LCD，常用于教学与入门级设备 |
| 外接PC控制 | 软件操作界面（UVProbe、UVWinLab等） |
| 网络化控制 | 远程访问、移动终端查看、LIMS系统接入 |
九、辅助模块与扩展功能
9.1 自动进样器/比色皿转换架
多样品批量分析；
支持96孔板、旋转池架、温控样品槽。
9.2 温控模块
恒温反应分析（酶反应）；
稳定光学条件，提升重复性。
9.3 比例检测系统（双光束仪器）
一束光分为样品光束与参比光束；
实时消除光源波动与外界干扰。
十、双光束 vs. 单光束架构
| 项目 | 单光束 | 双光束 |
|---|---|---|
| 光路结构 | 光源→样品→检测器 | 光源→分束→样品/参比→双检测器 |
| 优点 | 成本低、结构简单 | 测量更稳定、补偿漂移与波动 |
| 缺点 | 易受光源波动影响 | 结构复杂、价格高 |
| 应用方向 | 教学、常规分析 | 高端科研、法规检测 |
十一、典型结构图解与数据流程
复制编辑光源 →（狭缝）→ 单色器 →（狭缝）→ 比色皿 → 检测器 → 信号处理 → 显示/存储
每个环节都需校准与协同工作。例如：
若狭缝偏移，波长精度下降；
若比色皿有指纹，光强衰减；
若检测器灵敏度不足，则微弱信号无法识别。
十二、总结
紫外分光光度计作为一种高度集成的光学仪器，其每一个组成部分都对最终分析结果产生重要影响。从提供能量的光源、选择波长的单色器，到与样品接触的比色皿、接收信号的检测器，再到后台的数据处理与显示系统，各模块协同运行、缺一不可。
理解这些核心组件的结构与原理，不仅有助于用户正确使用和维护仪器，也为故障排查、数据优化和仪器选型提供了基础参考。
