赛默飞分光光度计Evolution技术说明
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一、概述
赛默飞 Evolution 系列分光光度计是国际公认的高性能光谱分析设备之一,
其技术基础源于光与物质相互作用的吸收原理,结合精密光学、电子检测与数字算法,
实现从紫外到可见光区域的高精度光谱测量。
该系列产品广泛应用于生命科学研究、医药分析、环境监测、化学合成及教学实验等领域。
它通过精确测定样品对特定波长光的吸收或透射特性,完成对溶液成分、浓度、反应动力学和光谱特征的定量或定性分析。
Evolution 系列包括多个型号,如 Evolution 60S、Evolution 201、Evolution 220、Evolution One、Evolution One Plus 等,
它们共享相同的核心光学架构与软件控制系统,但在性能、自动化程度和检测灵敏度上有所区别。
二、技术原理
1. 基本测量原理
分光光度计的核心原理基于 Lambert–Beer 定律:
A=log10I0I=εclA = \log_{10}\frac{I_0}{I} = \varepsilon c lA=log10II0=εcl
其中:
AAA:吸光度;
I0I_0I0:入射光强;
III:透射光强;
ε\varepsilonε:摩尔吸光系数;
ccc:样品浓度;
lll:光程。
吸光度与溶液浓度呈线性关系,通过测量 AAA 即可计算未知样品浓度。
仪器通过分光系统获得单色光,使测量结果更精确和可重复。
2. 光谱测量机制
仪器测量时,光源发出复合光,经单色器分解为单一波长光,
穿过样品溶液后由检测器接收,系统比较透射与入射光强并计算吸光度。
3. 光学设计理念
Evolution 系列采用 Czerny-Turner 光栅单色器系统,
利用双反射镜与高精度光栅实现波长分离,
保证高分辨率与低杂散光水平。
三、光学系统技术说明
1. 光源系统
仪器采用双光源结构:
氘灯(D₂ Lamp):覆盖 190–350 nm 的紫外波段,输出稳定、噪声低;
钨卤素灯(W Lamp):覆盖 350–1100 nm 的可见至近红外区域,光谱平滑连续。
两种光源在约 340–370 nm 区间自动切换,系统通过智能算法平衡能量输出,
保证在整个波长范围内光强稳定无跳跃。
2. 单色器系统
核心采用 凹面反射光栅,光栅常数约 1200–1800 线/mm。
光栅旋转由步进电机驱动并带有光学编码反馈,
波长精度达 ±0.3 nm,重复性优于 ±0.1 nm。
光栅及镜面均采用铝镀膜加防氧化层处理,
确保长时间使用后仍保持高反射效率与低散射损失。
3. 光束路径
光线经过入射狭缝、反射镜、光栅后,再由出射狭缝进入样品舱,
整个光路采用反射对称设计,最大限度减少像差与能量损耗。
样品舱内壁为黑色消光材料,防止杂散光反射;
比色皿位置经过机械加工定位,光程一致性误差小于 ±0.1 mm。
4. 检测系统
根据型号不同,配置有两种检测器方案:
| 检测器类型 | 适用范围 | 特点 |
|---|---|---|
| 硅光二极管(Si Photodiode) | 标准型号 | 成本低、噪声小、线性好 |
| 光电倍增管(PMT) | 高端型号 | 高灵敏度、响应快、动态范围宽 |
检测器信号经过低噪声放大器处理并送入 A/D 转换模块,
系统采用 24 位高分辨率采样技术,保证数据精确性。
四、性能指标与技术参数
| 项目 | 指标 | 说明 |
|---|---|---|
| 波长范围 | 190–1100 nm | 紫外至近红外全覆盖 |
| 波长精度 | ±0.3 nm | 氧化钬滤光片验证 |
| 吸光度范围 | 0–4.0 A | 适合宽浓度检测 |
| 吸光度准确度 | ±0.005 A(0–1 A) | 满足定量分析需求 |
| 吸光度重复性 | ≤0.0005 A | 保证实验重现性 |
| 杂散光 | ≤0.05%T(220 nm) | 优于行业标准 |
| 光谱带宽 | 1 nm(可调) | 兼顾灵敏度与分辨率 |
| 光源切换 | 自动 | 无中断过渡 |
| 信噪比 | ≥2000:1 | 确保低浓度样品测定精度 |
五、系统控制与软件技术
1. 控制系统架构
仪器采用嵌入式控制系统,结合高性能微处理器与 DSP 信号处理单元。
核心任务包括:
光栅波长控制;
光源自动切换;
信号采样与放大;
自检与状态监控;
数据通讯与图形化显示。
通信接口包括 USB、LAN 及 Wi-Fi(部分型号),
支持计算机远程控制与数据备份。
2. 软件平台
配套软件为 VisionLite(标准版)与 VisionPro(专业版)。
VisionLite 适合教学与常规分析,提供:
固定波长测量;
波长扫描;
时间扫描;
定量分析模块。
VisionPro 增强了数据管理与安全功能,支持:
多用户权限管理;
审计追踪(Audit Trail);
自动报告生成与统计分析;
LIMS 数据接口。
3. 数据算法
软件内置信号平滑与基线补偿算法,采用 Savitzky–Golay 滤波与自适应平均,
可在保持峰形特征的同时降低噪声。
在定量分析中,系统自动进行线性回归并输出回归系数、标准偏差与 R² 值。
六、测量模式及原理
Evolution 系列提供多种测量模式以适应不同实验需求。
1. 固定波长模式
在指定波长处测定样品吸光度或透过率,
适用于浓度分析、反应监控及日常质量检测。
2. 扫描模式
在设定的波长范围内连续扫描样品吸收光谱,
自动绘制 A–λ 曲线,可识别最大吸收峰位置(λmax)。
3. 时间扫描模式
记录吸光度随时间变化的曲线,常用于酶催化反应、动力学研究。
4. 定量分析模式
利用标准溶液建立 A–C 标准曲线,并自动计算未知样品浓度:
C=A−bkC = \frac{A - b}{k}C=kA−b
其中 kkk 为线性斜率,bbb 为截距。
5. 多波长测量模式
在多个波长点同步测量吸光度,可分析混合体系中多组分浓度。
七、光学性能优化技术
1. 自动基线校正
系统在每次测量前执行 “Auto Baseline Correction”,
通过测定空白溶液信号,消除光源漂移与背景干扰。
2. 杂散光抑制
光学结构内壁采用消光涂层,光栅表面带防反射膜,
出射狭缝处加装滤光片以消除高阶衍射。
3. 自动增益控制(AGC)
检测系统实时调节放大倍数,使不同吸光度范围下信号保持在线性区间。
4. 温度补偿算法
内置温度传感器实时监测仪器内部温度,
系统自动修正光源能量与检测器响应偏差,
确保长期运行的稳定性。
八、硬件模块说明
1. 样品舱
采用抗腐蚀铝合金框架;
支持标准 10 mm 比色皿;
可扩展多比色皿转换架或恒温附件;
具备防杂散光结构与自动舱盖检测功能。
2. 比色皿系统
石英比色皿适用于紫外区测量;
玻璃比色皿用于可见区分析;
光程精度控制在 ±0.05 mm 以内。
3. 电源系统
内置稳压电路与过流保护模块;
电源电压范围 100–240 V,自动识别;
配备独立散热通道以防过热。
九、系统维护与可靠性设计
1. 光源寿命管理
系统自动记录光源累计使用时间,当能量下降至设定阈值时提示更换。
2. 光学室密封结构
光学舱为全封闭设计,防尘防潮,延缓光学元件老化。
3. 风冷系统
独立风道设计,确保温度分布均匀,防止光学偏移。
4. 自动自检功能
开机时系统执行自检,检测光源状态、波长驱动与检测器响应,
若发现异常将自动报警并显示故障信息。
十、应用领域与技术优势
1. 生命科学
核酸(DNA/RNA)浓度与纯度测定(A260/A280);
蛋白质含量测定(Bradford、Lowry、BCA 法);
酶活性与反应速率分析。
2. 环境科学
水质监测(COD、氨氮、总磷等);
大气颗粒物与有机污染物检测。
3. 医药分析
原料药及制剂定量分析;
稳定性试验中光谱特征监测;
药品溶出与降解研究。
4. 材料科学
纳米材料与薄膜吸收光谱;
光催化与半导体带隙测定;
染料与颜料光学特性研究。
5. 教育与科研
实验教学中的光谱原理演示;
光吸收与透过实验;
光谱定量分析课程实验平台。
十一、创新技术与用户体验
智能操作系统:
支持触控屏操作与图形化界面,简化实验流程。数据安全性高:
系统内置加密算法与权限控制,防止数据篡改。高兼容性:
可与 Excel、PDF、LIMS 等系统直接通信。自动化附件支持:
可扩展温控样品架、自动取样装置与反应监测模块。低维护设计:
光源、光栅与检测系统模块化结构,易于拆装与更换。
十二、质量控制与认证
Evolution 系列符合多项国际标准:
ISO 9001:2015 质量体系;
CE 安全认证;
RoHS 环保指令;
符合 GLP(良好实验室规范)与 FDA 21 CFR Part 11 数据完整性要求。
仪器出厂前均经过波长、吸光度、杂散光与稳定性四项性能验证,
每台设备附带性能检测报告与序列号追溯体系。
十三、技术优势总结
高光学精度:光栅与检测器系统稳定可靠;
宽光谱范围:从深紫外至近红外连续覆盖;
低杂散光与高信噪比:保障数据真实性;
智能控制软件:集测量、校准、报告于一体;
模块化设计:便于维护与升级;
强扩展能力:支持多种应用附件与网络化数据管理。
十四、未来发展方向
随着数字化与人工智能的发展,赛默飞正在对 Evolution 系列进行智能升级:
引入 AI 光谱识别算法,实现自动波峰识别与组分预测;
支持远程云端控制与实时数据共享;
增强微量检测能力,实现微升级样品测定;
开发低能耗 LED 光源以取代传统灯源。
这些改进将进一步提高仪器的能效、灵敏度与操作智能化水平。


