图-1 原始721型单光束比色计光路示意图
该类型的仪器光路结构简单，由于光源仅使用钨灯，因此使用波长范围只能局限在360nm～800nm之间。分光器采用的是比光栅价格便宜的三棱镜；并且检测器使用的是光电管而不是价格昂贵灵敏度更高的光电倍增管（PMT）；此外该仪器的终端显示器是一只简单的机械指针式的表头。一般而言，此类仪器只能做单波长（单点）测量而不能做波长扫描测量。综上所述，这是一款大众普及型产品；所以也有人习惯上将这类仪器称之为“比色计”。
图-2 形形色色的721型比色计
（2）准双光束型
图-3 准双光束型光路结构示意图
从图-3 可以看出，此类仪器较前面的单光束仪器而言有了很大的改变。首先是光源部分增加了氘灯，如此就可以加大了波长的测量范围，由原来的300～800nm，扩展为190～1100nm。其次，分光系统采用了分辨率更高的光栅以及增加了带通滤光片，从而减少了杂散光的干扰。
图-4 上海美普达UV1000型
图-5 上海天美UV1100系列
但是此类型仪器也有两个美中不足之处；一个是光源需要两只灯，这需要两套供电电路;另一个是样品池架需要人工推拉转换。为此,目前有的国内外厂家对此做了改进。请看图-6的仪器光路图：
图-6 改进型准双光束光路结构示意图
从图-6可以看出光源仅仅使用了一只高强度长寿命的氙灯，这样就免去了以往的钨灯和氘灯的切换，同时也提高了信噪比。6连池的使用可以实施自动切换，提高了工作效率。代表型仪器有日立U-5100型，其外观图如下：
图-7 U-5100型准双光束分光光度计
（3）双光束双检测器型
图-8 双光束双检测器型光路结构示意图
从图-8可以明显地看出，该类型仪器真正体现出了双光束仪器的特点，也就是两束测试光谱同时进入样品里的两个样品中去。如此，便可以真正地实现同步扫描，已取得准确无误的测试结果。由于该类型仪器采用了两只硅光电二极管（PD）作为检测器，所以称为“双检测器”型。这种半导体检测器的优点是：结构简单，无需负高压电路；价格低廉；寿命长，不易损坏；在一般的室内环境下，即使曝光也不会产生灵敏度下降的结果，因此维修很便利。且在近红外区的灵敏度要高于光电倍增管。但这种检测器最大的短板是：紫外区的灵敏度不如光电倍增管。关于此种检测器的外观和光谱特性曲线如图-9所示：
图-9 硅光电二极管检测器外观及光谱特性曲线
这类仪器的代表机型如下：
图-10 上海天美UV2300型
图-11 日立U-2900型
（4）双光束单检测器型
图-12双光束单检测器型光路结构示意图
这类型仪器与前面仪器相比较有两大特点：一个是将光电二极管（PD）检测器改为光电倍增管（PMT）检测器；另一个是将原有的作为分束器使用的半透半反镜改为扇形镜。
图-13 光电倍增管的外观及光谱特性曲线
使用扇形镜的优点是可以提高信噪比。因为前面介绍的半透半反镜是将单色器射出的单色光一分为二成两个光束；如此，实际上样品光束和参比光束仅能各得到50% 的入射光量，这就会降低了信噪比（S/N）。
图-14 扇形镜（左）与半透半反镜（右）的对比
此类仪器的代表机型如下所示：
图-15 上海天美UV2600型
图-16 日立U-3900型
（5）双单色器双光束单检测器型
图-17 双单色器双光束单检测器型光路结构示意图
该类型仪器最大的特点如下：
图-18 U-4100 和UH4150型（紫外-可见-红外）光度计
（二）自查篇
图-19 通过自检误差数据来显示波长准确度
图-20 通过扫描图谱来显示波长准确度
使用仪器自带的波长准确度的检查功能虽然简单易行，但是有一定的局限性，那就是只能检查486 nm和656.1nm两个波长位置的精度，而不能反映出整个波长范围的波长精度。目前的分光光度计的使用波长范围大概都在190～1100nm区域，由于仪器的波长正弦结构的三点（即短波-中波-长波）统调的机械误差，可能在整个区域的某一区间内的波长误差很大；此时，就需要使用专用的钬玻璃来确认了。使用钬玻璃确认波长准确度的测试特征图谱见图-21 所示：
图-21 钬玻璃的特征谱线（红框里数据为常用参考波长值）
（2）基线平直度的检查和确认
图-22 正常的基线平直度
下图是异常的基线平直度例子：
图-23 异常的基线平直度（未做基线校正的结果）
（3）基线噪声的检查和确认
图-24 仪器基线噪声检测方法
但是我这里指的基线噪声是广义的噪声检查。尤其是仪器采用波长扫描的工作方式，更要做一个大波长范围的基线噪声检查，这个检查的重要性不言而喻。通过这个广义的检查可以发现仪器的当前的状态正常以否。例如异常基线噪声的例子如下图所示：
图-25 异常的基线噪声（200～600nm）
（4）光源能量的检查和确认
图-26 氘灯能量图谱
图-27 钨灯能量图谱
关于光源能量图谱检查的说明：
图-28 新老氘灯辉光颜色的比较
③ 可以从氘灯间歇式的起辉/熄灭来判断。大多数氘灯到了寿命将至的时候氘灯的起辉呈现间断状态，用肉眼观察辉光会一闪一灭，例如图-29 所示。从图中可以清晰地看到氘灯即便在起辉时（左图），其辉光也呈现为紫红色；而在熄灭时（图右），其辉光已经变成白色的了。
图-29 寿命到期的氘灯发生间断性起辉的状态
如果氘灯使用不久或者是新换上的氘灯仍然不能起辉，这就有可能是氘灯驱动电路的问题了。遇到这种情况可以用万用表检测氘灯的灯丝电压和阳极电压是否正常来判断。图-30是氘灯等效工作示意图：
图-30 氘灯等效工作示意图
一般而言，氘灯从开机到起辉大概需要10～30秒的时间，在这期间氘灯的阴极（灯丝）和阳极在起辉前和起辉后分别有两个状态的电压值；我使用的氘灯的电压值记录如下：
图-31 氘灯管脚连接图
检查灯丝和阳极电压方法见图-32 和图-33所示：
图-32 检测灯丝起辉后的电压
图-33 检测阳极起辉后的电压
处 置：根据检测电压的有无更换氘灯以及修复、更换电路板。
图-34 全波域的基线噪声大
原 因：光源镜劣化是产生这个故障的最大的因素。因为光源镜距离光源灯最近，由此长时间受到炙热的光源灯的照射而破坏了镜子表面镀膜的光洁度，也就是减弱了光源镜的反射率，使仪器的信噪比大大降低了。这种故障在分光光度计中所占的比例很大。灯室的平面结构图如下所示：
图-35 灯室平面图
检 查：光源镜表面是否劣化，用目视法便可以很容易地判断出来。良好的光源镜面呈现黑色，而劣化的镜面呈现白色并有光灼伤的痕迹，见下图所示：
图-36 优劣光源镜的目视比较
处 置：对于劣化光源镜的处置办法有如下三个：
图-37 用乙醇棉球擦拭镜面的方法
c. 上面用乙醇棉球的方法不是很彻底，还有一种方法就是用火棉胶沾附法。这种沾附法与妇女美容做面膜的效果类似，具体讲就是将液体状的火棉胶涂抹在劣化的镜面上，待到火棉胶干燥后则会自然的卷起，然后轻轻揭下火棉胶形成的薄膜即可。在揭下薄膜同时也就顺便将镜面上的污染物沾附下来了。整个过程见下面的图示：
图-38 成品火棉胶
图-39 用火棉胶清洁光源镜（干燥的火棉胶膜已经自动卷起）
图-40 光源镜用火棉胶修复前后的对比
备 注：火棉胶是一种无色到淡黄色透明或微有乳色糖浆状液体，有乙醚的气味。在使用时要戴上眼镜及口罩，避免进入口鼻眼里。
此外由于恶劣环境造成的其他某些光学器件的老化而引起的全波域噪声大的故障也是屡见不鲜。例如因受潮而劣化的光栅引起的全波域噪声变大的案例（注意：光栅不能清洗）。见下图：
图-41 表面因受潮变质的光栅
（4）故 障：仅仅是可见区基线噪声大。如下图所示：
图-42 可见区噪声大的基线记录
原 因：造成这种现象的原因多为钨灯老化所致。
检 查：通过钨灯使用时间的记录或者做钨灯光谱能量检查即可判断。
处 置：更换新的钨灯。
（5）故 障：仅仅是紫外区的基线噪声大。如下图所示：
图-43 因氘灯衰老引起的紫外区噪声大的基线记录
原 因：造成图-43的这种故障的主要原因多为氘灯老化所致，并且多发生在采用光电二极管做为检测器的仪器上。因为光电二极管检测器在紫外区的灵敏度是很低的（前面赏析篇已经介绍过了），所以为了提高光电二极管的信噪比和线性范围，必须保证紫外光源（氘灯）有一定的强度。下图则是更换了氘灯后的基线记录：
图-44 更换氘灯后的基线
检 查：可以通过前面介绍的通过氘灯使用时间的记录、氘灯起辉的
颜色、氘灯的能谱图、氘灯阳极电压值等综合指标来进行确认。
处 置：只有更换新的氘灯。
（6）故 障：在光源镜和氘灯均为良好的情况下，紫外区的噪声仍然
大于可见区。见下图所示：
图-45 紫外基线噪声大（非光源问题所致）
原 因：造成这种故障的原因仍然是某些光学器件的问题，尤其是些常年暴露在空气当中的光学器件。例如：透镜、反光镜、半透半反镜，扇形镜、石英窗等等。例如前面介绍过的扇形镜（光束分束器）是一个很隐蔽的故障点。由于扇形镜常年处于快速旋转状态，因此镜面上难免会沾附上一些灰尘，久而久之，这些灰尘越积越厚，最后导
致光反射强度的严重衰减。而这种因光衰减造成的噪声加大的表现，首先会反映在紫外区。这种案例见下图所示：
图-46 镜面积满灰尘的扇形镜
检 查：这种检查较为麻烦，因为需要将仪器的盖子打开才能发现；这对于一般没有维修经验的仪器操作者而言的确有些难度。但是对于一些暴露在外部的光学部件，例如石英窗等表面污染还是可以发现的。
处 置：可以采用前面介绍的乙醇擦拭法和火棉胶沾附法来处理反射镜等部件。对于石英透镜和石英窗则可以直接用沾有无水乙醇的镜头纸来擦拭。如下图所示：
图-47 用火棉胶清洁扇形镜的前后比较
图-48 用无水乙醇清洁样品室的石英窗
（7）故 障：在可见区某一个波长段的基线噪声大。见下图所示：
图-49 在340～380nm区域的基线噪声大
原 因：从上图可以看出，基线出现的噪声很有规律；尽管整个可见区域的基线噪声较紫外区的要大，但是最大的噪声却出现在340～380nm这个区间。这种故障多由带通滤光片不良引起的的。
检 查：首先请看下面的带通滤光器的结构和区域分配图。
图-50 带通滤光器的结构与分配图
从上图可以看出，该滤光器一共分为五档，而真正安装滤光片的只有四挡；这四挡中的每一片滤光片均工作在不同的波长范围里。而那个没有安装滤光片的空挡正是工作在紫外区域(190～340nm)，这样设计的目的就是为了减少氘灯能量的损失，这也就是为何图-49 中紫外区的基线较为平直的原因。那么，图-49中基线噪声大的那个区域正好与图-50中紫色滤光片工作的区域相吻合。那么究竟是不是该片滤光片不良引起的噪声大的原因呢？请看下图：
图-51 劣化的紫外滤光片（U34）
从上图明显地看出那片紫色的滤光片表面已经劣化而不光洁了。由于制作滤光片的材料不是普通的玻璃，而是一些特殊的结晶体组成的，因此在受潮或者不良气体的腐蚀后，会在滤光片表面会形成一层结晶体，这些结晶体就是造成噪声加大的“罪魁祸首”。
处 置：更换整体滤光器的确是一个简便有效的办法；但是只因为一片滤光片而更换整体滤光器未免有些得不偿失了，因为毕竟滤光器的价格不菲。再者如果手头一时没有备用的滤光器又如何呢？根据我的经验，遇到这种故障完全可以自行修复。具体的办法就是用绸布沾上专用的研磨膏（淘宝上有售）对劣化的滤光片进行研磨即可。如果没有研磨膏，用牙膏替代也可以。
图-52 淘宝网上购买的研磨膏
图-53 研磨滤光片
图-54 紫色滤光片研磨前后的对比
（8）故 障：基线扫描突然出现一个大负峰。见下图：
图-55 基线扫面出现一个负峰的段差
原 因：带通滤光器错位所致。前面介绍过了，滤波器上的每一片滤光片均是有各自的工作波长范围的；如果前后错位了则发生了工作紊乱。引起滤光器位置错位的原有两个：一个是控制触发脉冲信号受到外界干扰所致；另一个就是滤光器驱动电机失步所致。
检 查：再次重新启动仪器后看看故障是否仍然存在。如果故障消失则是外界干扰信号的原因；否则就是驱动电机本身或驱动电路的原因。
处 置：如果判断是电机或电路板的问题，只能联系专业维修人员了。
（9）故 障：低档仪器的测试结果重现性不良
原 因：关于重现性不良的原因虽然有很多，但是在一些低档仪器中这种故障却是由比色池支架引起的。这种仪器的样品室使用的是推拉式的四联池架，这种池架由于长期受到比色池溅出的溶液的腐蚀作用致使池架底部的滑轨和轴承生锈，从而使池架的定位产生偏移；如此就会使测试光束每次照射到比色池上的位置不同，于是就会影响到测试结果的重现性。这种生锈的池架见下图所示：
图-56 生锈的样品池架和滑轨
检 查：打开样品室的上盖，用手反复推拉池架，观察到位的重复度以及推拉杆的灵活度。
处 置：用细砂纸给推拉杆表面除锈后连轴承一起注油润滑。
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