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赛默飞分光光度计Evolution技术说明

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。

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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=log⁡10I0I=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=kAb

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

  1. 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。

  2. 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。

  3. 高兼容性
    可与 Excel、PDF、LIMS 等系统直接通信。

  4. 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。

  5. 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

  1. 高光学精度:光栅与检测器系统稳定可靠;

  2. 光谱范围:从深紫外至近红外连续覆盖;

  3. 低杂散光与高信噪比:保障数据真实性;

  4. 智能控制软件:集测量、校准、报告于一体;

  5. 模块化设计:便于维护与升级;

  6. 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。