紫外可见分光光度计的组成部分有哪些

紫外可见分光光度计（UV-Vis）的组成遵循 “光的产生→分光→作用→检测→数据处理” 的核心逻辑，核心由 6 大功能模块构成，各模块协同工作，确保光信号的稳定传输、精准检测和数据解析。以下是各组成部分的详细说明（按工作流程排序）：

光源是仪器的 “光信号源头”，需覆盖 200-760nm 全波长范围，且光强度稳定、连续，核心部件为双光源组合（根据波长自动切换）：

氘灯（Deuterium Lamp）
- 适用波长：200-400nm（紫外区）；
- 作用：发射高强度、连续的紫外光，光谱稳定，是紫外区测量的核心光源；
- 特点：使用寿命约 500-2000 小时，需定期更换，启动后需预热（通常 30 分钟）以保证光强稳定。
钨灯（Tungsten Lamp，或卤钨灯）
- 适用波长：400-760nm（可见光区），部分卤钨灯可延伸至近红外区（800-1000nm）；
- 作用：发射类似太阳光的连续可见光，光强均匀，适合可见光区测量；
- 特点：卤钨灯比普通钨灯寿命更长（约 2000-5000 小时），光效更高，是主流选择。
辅助部件：灯座、稳压器（确保供电稳定，避免光强波动）、光阑（调节入射光的强度和光斑大小）。

光源发出的是 “复合光”（如白光包含所有可见光波长），单色器的作用是将其分解为 “单色光”（单一波长的光），并按设定波长输出，是保证测量精度的关键。核心组成包括：

入射狭缝
- 作用：限制入射光的宽度，减少杂散光干扰，确保进入单色器的光为 “准平行光”；
- 特点：狭缝宽度可调节（通常 0.1-2nm），狭缝越窄，单色光纯度越高，但光强会减弱。
准直镜
- 作用：将通过入射狭缝的发散光转化为平行光，确保光线均匀照射到色散元件上。
色散元件（核心中的核心）
- 作用：将平行复合光按波长分解（色散），是单色器的核心功能部件；
- 常见类型：
  - 光栅（Grating）：主流选择，色散效率高、波长分辨率好（可区分相邻近的波长）、光谱范围宽，适用于紫外 - 可见全波段；
  - 棱镜（Prism）：早期仪器常用，色散基于光的折射，波长非线性分布，分辨率低于光栅，现已逐渐被淘汰。
出射狭缝
- 作用：从色散后的单色光中，筛选出设定波长的光，输出到后续光路；
- 与入射狭缝配合：共同决定单色光的纯度和光强，狭缝宽度越小，单色光越纯，但检测灵敏度会降低。

用于放置样品，需根据样品形态（液体为主，部分可测固体 / 气体）和波长范围选择适配的样品池，核心部件包括：

样品池（比色皿）
- 材质要求：
  - 石英比色皿：紫外 - 可见全波段适用（石英不吸收紫外光），是 UV-Vis 的标准配置；
  - 玻璃比色皿：仅适用于可见光区（400-760nm），玻璃会吸收紫外光，不能用于紫外区测量；
- 规格：常用光程长度（b）为 1cm（最普遍）、0.5cm、2cm、5cm，光程越长，适合检测浓度越低的样品（遵循朗伯 - 比尔定律）；
- 其他类型：微量比色皿（体积仅几十微升，适合少量样品）、流动比色皿（用于在线检测，样品连续流动）。
样品架（样品池座）
- 作用：固定样品池，确保光轴与样品池中心对齐，避免光路偏移；
- 功能：通常为多工位设计（如 4-6 个工位），可同时放置空白样品、标准样品、未知样品，支持自动切换测量，提高效率。

连接光源、单色器、样品池、检测器的 “光通道”，确保光信号按设定路径稳定传输，核心部件包括：

反射镜 / 分光镜
- 反射镜：改变光的传播方向（如将水平光转为垂直光），确保光路紧凑；
- 分光镜（光束分裂器）：将单色光分为两束强度相等的光 —— 参比光（穿过空白样品池）和样品光（穿过样品池），用于后续吸光度计算（A=-log (I/I₀)，I 为样品光强度，I₀为参比光强度）。
光导纤维（部分仪器）
- 作用：在便携式或特殊设计的仪器中，用于远距离传输光信号（如将光源与检测部分分离），提高使用灵活性。
遮光罩 / 暗室
- 作用：避免环境杂光（如室内灯光）进入光路，干扰检测信号，确保测量精度。

接收透过样品的光信号，将其转化为可测量的电信号（电流 / 电压），是仪器的 “信号转换器”，核心部件为检测器：

常用检测器类型：
- 光电倍增管（PMT）：主流选择，灵敏度高、响应速度快，可检测微弱光信号（适用于紫外 - 可见全波段），能将光信号放大 10⁶-10⁹倍，确保低浓度样品的检测精度；
- 电荷耦合器件（CCD）：阵列式检测器，可同时检测多个波长的光信号，无需单色器扫描，测量速度快（适用于快速光谱分析），但紫外区灵敏度略低于 PMT；
- 光电二极管（PD）：结构简单、成本低，灵敏度中等，适用于普通可见光区测量（如简易型分光光度计）。
辅助部件：
- 放大器：将检测器输出的微弱电信号放大，便于后续处理；
- 模数转换器（ADC）：将放大后的模拟电信号（连续变化）转化为数字电信号（离散数值），供计算机处理。

仪器的 “大脑”，负责控制各模块协同工作、处理数字信号、输出最终结果，核心包括：

硬件控制单元
- 作用：控制光源切换、单色器波长扫描、样品架自动切换、检测器灵敏度调节等，确保各模块按设定程序运行；
- 核心部件：微处理器（MCU）或单片机，是控制指令的发出和执行中心。
软件系统
- 功能：
  - 数据采集：实时接收 ADC 转化的数字信号，记录不同波长下的吸光度（A）或透光率（T=I/I₀×100%）；
  - 光谱绘制：自动生成 “吸收光谱图”（横坐标：波长 λ，纵坐标：吸光度 A）；
  - 定性分析：提供标准谱库（如常见物质的吸收光谱图），支持样品光谱与标准谱库对比，判断成分；
  - 定量分析：按朗伯 - 比尔定律，自动绘制标准曲线（A-c 曲线），计算未知样品浓度；
  - 数据导出：支持将光谱图、浓度结果导出为 Excel、PDF 等格式，便于后续分析。
人机交互界面
- 作用：供用户操作仪器（如设定波长范围、扫描速度、样品数量），查看实时数据和结果；
- 常见形式：触摸屏、液晶显示屏（LCD）+ 物理按键，部分高端仪器支持电脑端软件远程控制。

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