不同类型实验室设备的工作原理因其功能和应用场景差异显著，以下是常见实验室设备的核心工作原理分类解析：

　　一、分析检测类设备

　　1. 光谱仪（如紫外-可见分光光度计、红外光谱仪）

　　原理：基于物质对不同波长光的吸收、发射或散射特性进行分析。

　　紫外-可见分光光度计：通过光源（紫外/可见光）照射样品，检测透过或吸收的光强度，依据 朗伯-比尔定律（A=εlc） 计算样品浓度（如溶液中的离子、有机物）。

　　红外光谱仪：利用红外光与分子振动的相互作用，通过检测分子对特定红外波长的吸收峰，分析分子结构和化学键（如官能团鉴定）。

　　2. 色谱仪（如气相色谱仪GC、液相色谱仪HPLC）

　　原理：基于混合物中各组分在固定相和流动相之间的分配系数差异实现分离检测。

　　气相色谱仪（GC）：以气体（如氦气、氮气）为流动相，样品气化后随载气通过填充柱或毛细管柱，不同组分因在固定相（涂覆在柱内的固体或液体）上的吸附/溶解能力不同而分离，通过检测器（如FID、TCD）定量分析（适用于挥发性有机物）。

　　液相色谱仪（HPLC）：以液体（如甲醇、水混合液）为流动相，高压泵推动流动相通过填充柱，分离非挥发性或热不稳定物质（如蛋白质、药物代谢物），检测器（如UV、荧光检测器）识别组分。

　　3. 质谱仪（MS）

　　原理：将样品分子电离成带电离子，通过电场或磁场按质荷比（m/z）分离并检测，确定分子量及结构。

　　流程：样品先通过进样系统进入离子源（如电子轰击EI、电喷雾ESI），生成离子后经质量分析器（如四极杆、飞行时间TOF）分离，最后由检测器记录信号，常与色谱仪联用（如GC-MS、LC-MS）提高定性准确性。

　　二、生物与医学类设备

　　1. PCR仪（聚合酶链式反应仪）

　　原理：通过温度循环控制DNA的变性、退火和延伸，实现特定DNA片段的指数级扩增。

　　步骤：高温（95℃左右）使DNA双链解旋（变性）→ 低温（50-65℃）使引物与目标序列结合（退火）→ 适温（72℃左右）在Taq DNA聚合酶作用下合成新链（延伸），25-40个循环后可扩增数百万倍。

　　2. 离心机

　　原理：利用高速旋转产生的离心力（$F=mromega^2$，m为颗粒质量，r为旋转半径，ω为角速度）分离不同密度的物质。

　　应用：生物样本（如细胞、蛋白质）通过离心力沉降分层，差速离心分离不同大小的颗粒（如细胞核与细胞质），密度梯度离心分离密度相近的组分（如DNA与RNA）。

　　3. 显微镜（光学显微镜、电子显微镜）

　　光学显微镜：通过可见光（波长400-700nm）穿透或反射样品，经物镜和目镜放大成像（分辨率受衍射极限限制，约200nm）。

　　电子显微镜（SEM/TEM）：以电子束代替光线（电子波长更短，约0.002nm），TEM（透射电镜）通过电子穿透薄样品成像观察内部超微结构，SEM（扫描电镜）通过电子束扫描样品表面产生二次电子信号成像观察表面形貌。

　　三、物理与材料类设备

　　1. 电子显微镜（SEM/TEM）

　　原理：利用电子束与样品相互作用产生的信号成像。

　　透射电镜（TEM）：高能电子束穿透超薄样品（<100nm），通过电磁透镜聚焦成像，观察原子级内部结构（如晶体缺陷、纳米颗粒）。

　　扫描电镜（SEM）：电子束扫描样品表面，激发二次电子或背散射电子，通过检测器成像显示表面形貌（分辨率可达纳米级）。

　　2. X射线衍射仪（XRD）

　　原理：基于X射线与晶体中原子排列的周期性相互作用产生衍射现象，通过分析衍射峰位置和强度确定晶体结构（如晶格参数、物相组成）。

　　布拉格方程：$2dsintheta=nlambda$（d为晶面间距，θ为入射角，λ为X射线波长，n为整数），通过测量衍射角θ计算晶面间距，进而推断晶体结构。

　　3. 万能材料试验机

　　原理：通过施加拉力、压力或弯曲力等机械载荷，测量材料的力学性能（如强度、弹性模量、断裂伸长率）。

　　流程：试样固定在夹具上，加载系统（如液压或电机驱动）以可控速率施加力，传感器（如应变片、载荷传感器）实时记录力和变形数据，软件计算应力-应变曲线。

　　四、环境与化学合成类设备

　　1. pH计

　　原理：通过玻璃电极和参比电极测量溶液中的氢离子活度，转换为pH值（pH=-lg[H?]）。

　　机制：玻璃电极膜对H?选择性响应，产生与pH相关的电位差，参比电极提供稳定电位，电位差经放大器转换为数字显示。

　　2. 恒温恒湿箱

　　原理：通过加热/制冷系统（如压缩机、电加热管）调节温度，加湿器/除湿器控制湿度，配合传感器反馈维持设定环境（如25℃±0.5℃、湿度60%±5%），适用于生物培养或材料稳定性测试。

　　3. 反应釜（高压/常压）

　　原理：密闭容器内通过加热（电加热套、油浴）或搅拌（磁力搅拌器、机械搅拌桨）促进化学反应，高压釜可耐受高压（如10-30MPa），用于高温高压合成（如纳米材料、有机金属化合物）。

　　五、通用基础设备

　　1. 天平（电子天平、分析天平）

　　原理：基于电磁力平衡或应变片传感器测量质量。电子天平通过电磁力补偿样品重力，当平衡时电磁力大小等于样品重量，转换为数字显示；分析天平精度可达0.1mg，用于微量称量。

　　2. 纯水机（超纯水系统）

　　原理：通过多级过滤（如PP棉过滤颗粒物、活性炭吸附有机物、反渗透膜RO去除离子）和离子交换树脂（去除残留离子）、紫外灯杀菌（杀灭微生物）及终端超滤（去除细菌内毒素），制备符合实验要求的纯水（如电阻率≥18.2 MΩ·cm的超纯水）。