對設(shè)計的重要性我們要有足夠的認識:“好儀器是靠設(shè)計出來的;一臺分析儀器質(zhì)量的好與壞,80%靠設(shè)計”。
紫外可見分光光度計的設(shè)計內(nèi)容,包括光、機、電、計算機等各個方面的設(shè)計;例如,結(jié)構(gòu)設(shè)計(包括儀器整體布局、機械部件、機械零件、機殼、光路、印刷電路板、散熱器、風路等),光學設(shè)計(包括光柵選擇,透鏡的幾何尺寸和色差、像差的設(shè)計,單色器的雜散光、光譜帶寬設(shè)計等),電子學設(shè)計(包括電源、放大藉、a/d變換器、保護電路、控制電路的設(shè)計等,,計算機設(shè)計(包括軟件、硬件設(shè)計等),三裝工藝、使用工藝、維修工藝等的設(shè)計)和整機及各個方面的誤差分配設(shè)計等。雖說每個設(shè)計者不可能對上述每項設(shè)計都非常精通,但是必須對每個環(huán)節(jié)及其要求都有比較清楚的了解。否則,是設(shè)計不出優(yōu)質(zhì)儀器的。中的機械結(jié)構(gòu)、機械零部件設(shè)計,涉及的學科很多;有材料力學、理論力學、公差配合、金相學、熱處理學、焊接學等學科。雖說每位設(shè)計者不一定都能(或要求):全面了解各個學科,但是,每位設(shè)計者應對這些與儀器學有關(guān)的理論(學科),應該有一定的了解。并且,設(shè)計時應該嚴格遵循這些有關(guān)的儀器學理論。 有些紫外可見分光光度計的設(shè)計者,為了儀器的小型化,將儀器底盤(底座)設(shè)計得非常薄,再加選擇材料時也未從儀器學角度考慮,結(jié)果,使得儀器抗振動性能很差;所以,儀器的穩(wěn)定性很差。又如,有人設(shè)計紫外可見分光光度計時,沒有對儀器的主要性能技術(shù)指標認真研究,特別是對影響分析誤差的關(guān)鍵性能技術(shù)指標噪聲、雜散光、基線平直度、穩(wěn)定性等缺乏研究,所以,設(shè)計出來的紫外可見分光光度計儀器,外形很好看,但分析測試的數(shù)據(jù)不準。
還有,紫外可見分光光度計的光度室設(shè)計,也是機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的非常重要的組成部分;尤其是光度室的結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計、材料選擇等更為重要。例如,有些科技工作者,設(shè)計紫外可見分光光度計時,經(jīng)常采用塑料制作的零件來制作光度室。但是,一旦決定選用塑料制作光度室后,對塑料的物理性能又缺少研究;在塑料的品種、材料厚度、材料幾何尺寸、加工工藝、溫度系數(shù)等方面,缺乏深入了解。結(jié)果,設(shè)計出的光度室,由于對塑料類型、制作工藝、材料厚度、溫度系數(shù)等沒有仔細考慮,很快光度室的零件產(chǎn)生變形,嚴重影響儀器的可靠性。
機殼的設(shè)計、儀器底板上元部件的分布排列,也都是有很深學問的。例如,筆者在設(shè)計高壓液相色譜的紫外檢測器時,為了給氘燈散熱,曾經(jīng)采用軸流風機(電風扇)吹散熱量,結(jié)果由于對風路考慮不周,將氘燈的量直接吹到電子元件和印刷板上,引起電子元件發(fā)熱而產(chǎn)生漂移,致使儀器很不穩(wěn)定。后來重新設(shè)計,改變風路,很快明顯提高了紫外檢測器的穩(wěn)定性。
紫外可見分光光度計要求設(shè)計者具有儀器學中的光學理論的堅實基礎(chǔ)。對所有光學類分析儀器而言,光學設(shè)計者,必須精通或掌握幾何光學、光組設(shè)計(包括各種像差理論、干涉衍射理論、雜散光理論)等儀器學的基本理論。列如:目前,國內(nèi)外的很多根據(jù)比耳定律設(shè)計的紫外可見分光光度計,實際上,與比耳定律要求射到物質(zhì)上的光線是平行光是有較大距離的;大多數(shù)是用的會聚光,而不是平行光(如75系殉紫外可見分光光度計就是如此)。還有很多紫外可見分光光度計儀器的設(shè)計者,為了充分利用光通量,經(jīng)常在比色皿或流動池前面加一個石賣聚光鏡,但是不對石英聚光鏡消色差,結(jié)果也是圣不能將所需要的不同的單色光真正會聚在試樣上,也會由于色差產(chǎn)生分析誤差。這些,都是設(shè)計者沒有按照儀器學理論設(shè)計光學系統(tǒng)的典型例子。產(chǎn)生上述這些現(xiàn)象的主要原因,是設(shè)計者沒有從儀器學理論考慮設(shè)計問題。這是阻礙我國紫外可見分光光度計儀器設(shè)計人員的設(shè)計技術(shù)水平提高的重要因素之一,也是影響我國紫外可見分光光度計水平提高的主要原因之一。