一、引言​

      光化学反应仪是化学、材料、生物等领域进行光化学研究和实验的重要设备，其性能直接影响实验结果的准确性和可靠性。随着 LED 技术的不断发展，基于 LED 光源的平行光化学反应仪因其能耗低、寿命长、波长可调等优势，逐渐成为研究热点。然而，当前此类仪器在光照均匀性、反应效率、稳定性等方面仍存在一定不足，因此对其进行优化设计与性能评估具有重要的现实意义。​

二、优化设计​

（1）光源系统优化​

      LED 光源的选择和排布是影响仪器性能的关键因素之一。在选择 LED 时，应综合考虑其波长范围、发光强度、稳定性等参数。针对不同的光化学反应需求，选用特定波长的 LED，以提高反应的选择性和效率。例如，对于某些需要紫外光激发的反应，选用紫外 LED；对于可见光参与的反应，则选用相应波长的可见光 LED。​

      在 LED 的排布方式上，为了实现平行光输出和提高光照均匀性，采用矩阵式排布。通过合理设计 LED 的间距和排列方式，确保在反应区域内形成均匀的光照场。同时，为了减少 LED 之间的相互干扰，在每个 LED 之间设置遮光板，避免光线的散射和叠加导致光照不均匀。​

      此外，为了提高 LED 光源的稳定性，设计了恒流驱动电路。恒流驱动能够保证 LED 的工作电流稳定，从而避免因电流波动导致的发光强度变化，提高仪器的可靠性和重复性。​

（2）光路系统优化​

      光路系统的设计直接影响平行光的质量和传输效率。为了获得高质量的平行光，采用了准直透镜组。准直透镜组由多个透镜组成，能够将 LED 发出的发散光进行准直，使其成为平行光。通过优化透镜的参数和排列方式，提高平行光的准直度，减少光线的发散角。​

      同时，在光路中设置滤光片，以过滤掉不必要的波长成分，提高光的单色性。根据反应所需的波长，选择合适的滤光片，确保只有特定波长的光到达反应区域，减少杂散光对反应的干扰。​

      另外，为了减少光路中的能量损失，对光学元件进行了镀膜处理。镀膜能够提高光学元件的透光率，减少反射损失，从而提高光的利用效率。​

（3）反应室设计优化​

      反应室是光化学反应发生的场所，其设计应考虑反应体系的特性和实验需求。反应室采用耐腐蚀材料制作，以适应不同的反应介质。同时，反应室的形状和尺寸应根据平行光的照射范围进行设计，确保反应区域能够被均匀照射。​

      为了提高反应的传质效率，在反应室中设置了搅拌装置。搅拌装置能够使反应体系充分混合，避免局部浓度过高或过低，从而提高反应效率。此外，反应室还配备了温度控制装置，能够精确控制反应温度，确保反应在适宜的温度条件下进行。​

（4）控制系统优化​

      控制系统是仪器的核心部分，能够实现对光源、温度、搅拌等参数的精确控制。采用微处理器作为控制核心，通过传感器实时采集反应室的温度、光照强度等参数，并根据设定的参数进行自动调节。​

      控制系统还具备人机交互界面，操作人员可以通过界面设置反应参数、查看实验数据等。同时，系统还具有数据存储和导出功能，能够将实验数据进行存储和导出，方便后续的数据分析和处理。​

三、性能评估​

（1）光照均匀性评估​

      采用光照度计对反应区域内的光照强度进行测量，评估光照均匀性。在反应区域内选取多个测量点，分别测量其光照强度，计算光照强度的相对标准偏差（RSD）。RSD 越小，表明光照均匀性越好。经过测试，优化后的平行光化学反应仪在反应区域内的光照强度 RSD 小于 5%，表明其具有良好的光照均匀性。​

（2）反应效率评估​

       选取典型的光化学反应作为模型反应，比较优化前后仪器的反应效率。以亚甲基蓝的光催化降解反应为例，在相同的实验条件下，分别使用优化前后的仪器进行实验，测量亚甲基蓝的降解率。实验结果表明，优化后的仪器能够显著提高亚甲基蓝的降解率，反应效率提高了 20% 以上。​

（3）稳定性评估​

      对优化后的仪器进行长时间连续运行测试，评估其稳定性。在连续运行 100 小时的过程中，定期测量反应室的温度、光照强度等参数，观察其变化情况。测试结果表明，仪器的各项参数均保持稳定，温度波动小于 ±0.5℃，光照强度波动小于 ±2%，表明其具有良好的稳定性。​

（4）能耗评估​

      测量优化前后仪器的功耗，评估其能耗情况。实验结果表明，优化后的仪器由于采用了高效的 LED 光源和优化的电路设计，功耗较优化前降低了 30% 以上，具有良好的节能效果。​

四、结论​

       通过对基于 LED 光源的平行光化学反应仪进行光源系统、光路系统、反应室和控制系统的优化设计，显著提高了仪器的光照均匀性、反应效率、稳定性和节能性。性能评估结果表明，优化后的仪器在光照均匀性方面，反应区域内光照强度的相对标准偏差小于 5%；在反应效率方面，能使典型光化学反应的效率提高 20% 以上；在稳定性方面，长时间运行时各项参数波动较小；在能耗方面，功耗降低 30% 以上。​

      该优化设计方案为提高平行光化学反应仪的性能提供了有效的参考，有助于推动光化学研究和实验的发展。未来可以进一步研究如何提高仪器的自动化程度和多功能性，以满足更多复杂的实验需求。​

产品展示

      SSC-PPCR300平行光化学反应仪，是一款光催化平行反应仪，为光化学合成方法学研究中催化剂及反应条件筛选、底物扩展等过程提供多通道平行反应，保证结果平行可靠的前提下提高反应效率。将300WLED光源置于10位反应器中心，LED光源旋转，实现对任一反应器同等光功率密度下的照射。输出波长覆盖紫外到红外光区，光源波长可定制，满足不同光化学合成反应的需求，反应器具备控温、进气、出气、实时取样、磁力搅拌等功能，可以同时10个样品平行实验。

      平行光化学反应仪可应用到光催化剂的筛选，提高光催化的效率，实现了平行样品的分析。主要用于研究气、液、固相介质，固定或流动体系，紫外光、单色光、可见光或模拟太阳光光照，恒温，同一光强等条件下的光化学反应。

      主要应用光化学催化、光化学合成、光催化污染物降解（如染料、苯及苯系物）、光催化新污染物降解（如抗生素、酚类）、环境化学以及生命科学、光催化分解水制氢/氧(可控温)、光催化全分解水(可控温)等研究领域。 

产品优势：

1)高通量平行反应装置，可实现1～10反应位的平行实验，侧面大面积受光，无遮挡，保证入射光的利用率。

2)模块化设计，更新300WLED灯盘简单便捷。

3)多波长可选，波长组合可定制。

4)水冷或油冷控温，用于筛选温度对实验结果的影响。

5)标配反应管具备控温、进气、出气、实时取样、磁力搅拌等功能。

6)300WLED光源可以围绕轴心自旋转，实现均匀平行照射。

7)LED光源可以在线热插拔更换不同波长的光源。

8)实现了从365nm-940nm可选的15个单色波长和可见光白光。

9)LED光源功率30W—300W连续可调，实现宽范围功率变化。

10)LED光源系统光功率、旋转、磁力搅拌分别独立控制。