质保3年只换不修，厂家长沙实了个验仪器制造有限公司

一、前言

分光光度计的光学系统是其核心部件之一，它决定了仪器的分辨率、光谱准确度和测量稳定性。
赛默飞 Evolution 系列分光光度计采用先进的双光源单光束光学结构，结合精密光栅、低杂散光单色器与高灵敏度检测器，实现了从紫外到近红外波段的高精度光谱分析。

该系列产品以光学系统的高效率和低噪声著称，广泛应用于生命科学、环境监测、制药、材料科学等领域。
本文将对 Evolution 系列的光学系统进行深入解析，从光源到检测端的各个环节，阐述其设计理念与性能优势。

二、光学系统总体结构

Evolution 系列分光光度计的光学系统通常由以下部分组成：

1. 光源系统（Lamp System）

2. 入射光学组件（Entrance Optics）

3. 单色器系统（Monochromator System）

4. 样品与参比光路（Sample/Reference Path）

5. 检测器系统（Detector System）

6. 信号采集与转换单元（Electronics & Signal Processing）

整体光路从光源出发，经光阑、反射镜、光栅分光，再通过样品舱最终抵达检测器。
整个系统在高精度光学平台上封装，具有良好的机械稳定性和热补偿特性。

三、光源系统

1. 光源类型

Evolution 系列采用 双光源设计：

• 氘灯（Deuterium Lamp）：用于 190–350 nm 紫外区域；

• 钨卤素灯（Tungsten-Halogen Lamp）：用于 350–1100 nm 可见光至近红外区域。

这种组合可实现从深紫外到近红外的宽波长覆盖，确保光谱连续性和平滑过渡。

2. 光源切换机制

系统配备自动切换装置，当波长跨越 340–370 nm 区域时，仪器自动完成氘灯与钨灯的平滑切换，避免能量突变。
切换过程通过软件控制和光学调节实现，确保光谱曲线在切换点处连续无跳跃。

3. 光源性能特点

• 氘灯具有高强度连续谱输出，适合紫外分析；

• 钨卤素灯具有色温高、寿命长、光谱平滑的特点；

• 两灯均采用稳流电源驱动，确保输出稳定；

• 光源舱采用独立散热设计，减少热漂移对光学元件的影响。

四、入射光学系统

入射光学系统的作用是将光源发出的辐射有效聚焦并准直，使其以最佳状态进入单色器。

1. 主要组成

• 聚光透镜或反射镜系统；

• 可调光阑（Entrance Slit）；

• 光束准直机构。

光阑宽度决定入射光通量与光谱分辨率之间的平衡。
通常 Evolution 系列的光阑宽度可在 0.1–5 nm 等效带宽范围内自动调节，以适应不同的测量需求。

2. 光束稳定性

仪器通过精密的准直反射镜系统，将发散光束转换为平行光，使光线在单色器中保持一致入射角度，从而获得高波长精度。

五、单色器系统

单色器是光学系统的核心部分，负责将复合光分离为单一波长的光。

1. 单色器结构

Evolution 系列单色器采用 全反射光栅型 Czerny-Turner 结构。
该系统由两个反射镜与一个衍射光栅组成，光线依次经过：
光阑 → 反射镜1 → 光栅 → 反射镜2 → 出射狭缝。

此结构具有以下优点：

• 光路对称，像差小；

• 波长精度高；

• 杂散光抑制能力强；

• 成本与稳定性平衡良好。

2. 光栅参数

• 光栅类型：铝镀膜全息光栅；

• 光栅常数：1200–1800 条/mm；

• 衍射效率：>70%；

• 光栅基片经防潮处理，避免长时间使用后性能衰减。

3. 波长控制系统

光栅由步进电机精确驱动，结合编码反馈实现波长定位。
波长精度可达到 ±0.3 nm，重复性优于 ±0.1 nm。

系统还配备自动波长校准程序，利用内置氧化钬滤光片进行周期性验证，确保长期精度。

六、样品与参比光路

1. 光路结构

Evolution 系列采用 单光束结构，但通过电子方式实现参比信号补偿。
光线经单色器出射后穿过样品舱，由比色皿中的溶液吸收部分能量后到达检测器。

2. 样品舱设计

• 样品舱为反射抑制型黑色内壁结构，防止杂散光反射；

• 支持标准 10 mm 比色皿及可选多单元样品架；

• 可安装恒温附件或反应池，用于温度敏感实验。

3. 光程一致性控制

比色皿槽经过精密加工，保证光路中心一致性误差小于 ±0.1 mm，确保多次重复测量的一致性。

4. 空白校正机制

空白测量通过电子补偿实现，即系统先记录空白透射信号，再自动减除样品信号中的基线值。
此过程可消除光源漂移与背景吸收的影响。

七、检测器系统

检测器负责将透射光转换为电信号，是光学系统的终端环节。

1. 检测器类型

Evolution 系列根据型号不同，配备以下检测器：

• 硅光二极管（Si Photodiode）：标准配置，适合可见光及紫外分析；

• 光电倍增管（PMT）（高端型号）：适用于超低吸光度检测。

2. 检测器特性

3. 信号放大与校正

检测器输出信号经过低噪声放大器处理，并通过 A/D 转换（16 位或 24 位精度）送入主控系统。
系统自动执行暗电流校正与能量标准化，使吸光度读数稳定可靠。

八、杂散光抑制与信噪比优化

1. 杂散光来源

杂散光主要来自：

• 光学元件表面反射；

• 光栅高阶衍射；

• 样品舱内部散射。

2. 抑制方法

• 光学通道采用消光涂层结构；

• 光栅表面经过防反射处理；

• 样品舱内壁黑化吸光；

• 单色器出射狭缝处设有滤光片。

3. 性能指标

• 杂散光水平 ≤ 0.05%T（在 220 nm 使用 NaI 测试）；

• 信噪比 ≥ 2000:1（在 1.0 A 测量条件下）。

这些指标保证仪器在低透过率样品测定中仍能保持优异的线性响应。

九、光学系统的能量校准与自动补偿

1. 光源能量校准

系统内置“Lamp Energy Check”程序，定期检测光源强度衰减情况，自动调整电流以补偿输出。

2. 自动增益控制（AGC）

检测信号通过自动增益调节模块，实现不同样品吸光度下信号动态匹配，保证全范围线性响应。

3. 基线自动校正

在开机或更换比色皿后，系统自动进行基线扫描，消除残余光信号与暗电流漂移。

十、光学系统的温度与机械稳定性

1. 热稳定设计

光学舱采用铝合金一体化结构，内置风道系统保证热量均匀散发。
关键光学元件（光栅与反射镜）固定在低膨胀系数基座上，避免因温度变化导致波长漂移。

2. 防震与密封结构

光学平台采用三点支撑及橡胶减震垫，防止外界震动传导。
光路系统全封闭设计，防尘防潮，确保长期运行的稳定性。

3. 自动对准功能

更换光源或进行维护后，系统可执行“Auto Alignment”功能，自动调整光源位置与光斑中心，保持能量最大化。

十一、光学性能指标

这些性能参数使 Evolution 系列在光谱精度和信号稳定性方面处于同类仪器领先水平。

十二、光学系统维护与保养

1. 光学元件清洁

• 禁止使用含氨或强酸溶剂清洗光学组件；

• 应使用无尘布蘸无水乙醇轻拭镜面；

• 定期检查光学窗口是否有污染或结露。

2. 光源维护

• 定期检测光源能量衰减；

• 更换灯泡后执行能量校准与波长验证；

• 光源舱保持通风畅通，避免高温积聚。

3. 系统自检

每月运行一次“Optical System Check”程序，自动评估光强、基线漂移和杂散光水平。

十三、光学系统的技术创新与应用优势

1. 宽光谱覆盖与平滑过渡
   双光源自动切换设计使紫外与可见区域过渡自然，无能量突降。

2. 高精度波长控制
   步进电机结合光栅编码反馈系统，确保波长定位精准。

3. 低杂散光与高信噪比
   优化光路与防反射光栅显著降低背景噪声。

4. 自动对准与自校准
   减少人工调整，提高长期使用稳定性。

5. 模块化光学舱结构
   便于维护与升级，可适配多种附件（积分球、反射模块等）。

十四、应用场景实例

• 生命科学领域：用于核酸、蛋白质及酶动力学研究；

• 环境监测：水样中金属离子与有机污染物定量分析；

• 制药工业：药物溶解度、纯度与含量检测；

• 材料科学：薄膜透过率与纳米材料光谱分析。

光学系统的高灵敏度与精确波长控制，使其能满足从基础教学到高端科研的多层次需求。