现代紫外可见分光光度计的微型化与固态化

　　紫外可见分光光度计作为一种理化量的精密测量仪器已经有六七十年的发展历史，目前已经广泛应用到如环保、生物、医疗、化工、冶金、航天等领域，实现对被测物质及化学、生化反应的定量精密测量。

　　传统紫外可见分光光度计的基本结构如图 1 所示。该仪器采用波长扫描机构实现波长扫描，采用光电倍增管等单通道检测器件作为光电接收器件，一次只能接收一个波长的单色光，因此完成整个光谱范围的测量时间较长，一般要在数十秒左右[1][2]。传统紫外可见分光光度计体积大、内部有活动的机械部件、一次只能进行一个波长点的测量，而且由于精密光学系统和精密机械的存在，工作环境条件(如温度变化、震动等等)要求严格，因此导致其只适合在实验室应用，不适合在线工作，不适合到现场(生产线、试验场和自然环境、大产业自动化)工作，因此传统紫外可见分光光度计必须发生变革[3]。

　　针对传统紫外可见分光光度计的弱点，现代紫外可见分光光度计应该具有以下几个特点：

　　① 仪器微型化

　　由于现场在空间形式上的多样性，生产工艺条件的多变性，因此将传统体积庞大的精密仪器从实验室简单地搬到现场是不能适应要求的，这就要求设计出体积微型化适合现场应用的紫外可见分光光度计。

　　② 仪器集成化、固态化

　　为适应生产现场和野外环境条件，仪器必须集成化、固态化，没有机械活动部件，可以忍受强震、高温、高压、强磁场干扰等恶劣条件。

　　③ 测量速度快

　　能够对现场的试样作在线检测，可以为控制现场提供实时的检测参数。

　　1 现代紫外可见分光光度计微型化和固态化的几个关键点

　　紫外可见分光光度计的微型化和固态化主要包括以下几个方面：色散系统微型化和固态化、整体结构微型化等，其中重点是色散系统的微型化和固态化。

　　1.1 色散系统的微型化和固态化

　　进入 20 世纪 80 年代以来，随着多通道检测器件的发展[4]，平场凹面光栅的发展[5][6]，以及声光可调谐滤光器(AOTF)的诞生，色散系统的微型化与固态化也就变为可能。下面我们就对采用上述几种技术的微型化和固态化色散系统做简略的介绍。

　　1.1.1 采用声光可调谐滤光器的微型化和固态化色散系统

　　声光可调谐滤光器(AOTF)是 20 世纪 80 年代出现的一种新型色散元件，结构如图 1 所示，由声光介质、换能器阵列、声终端三部分构成。

　　超高频正弦信号加到换能器上激励出声波并射入声光介质。对于某一声波频率只有某一波数的入射光满足动量匹配条件而产生衍射光束。当声波频率改变时，满足动量匹配条件的入射光波数也将相应改变，从而衍射光波数(或波长)亦将改变，构成电调谐滤光器。衍射光的波数方程如公式(1)所示。