Spektrometry światłowodowe zazwyczaj wykorzystują światłowód jako sprzęgacz sygnału, który jest fotometrycznie sprzężony ze spektrometrem w celu analizy widmowej. Dzięki wygodzie stosowania światłowodów użytkownicy mogą bardzo elastycznie budować systemy akwizycji widma.
Zaletą spektrometrów światłowodowych jest modułowość i elastyczność systemu pomiarowego. Mikrospektrometr światłowodowyz niemieckiego MUT jest tak szybki, że można go używać do analizy online. Dzięki zastosowaniu niedrogich detektorów uniwersalnych, koszt spektrometru jest niższy, a tym samym koszt całego systemu pomiarowego.
Podstawowa konfiguracja spektrometru światłowodowego składa się z kratki dyfrakcyjnej, szczeliny i detektora. Parametry tych komponentów należy określić przy zakupie spektrometru. Wydajność spektrometru zależy od precyzyjnego połączenia i kalibracji tych komponentów. Po kalibracji spektrometru światłowodowego, w zasadzie, akcesoria te nie mogą ulec zmianie.
Wprowadzenie funkcji
krata
Wybór siatki dyfrakcyjnej zależy od zakresu widmowego i wymagań dotyczących rozdzielczości. W przypadku spektrometrów światłowodowych zakres widmowy wynosi zazwyczaj od 200 nm do 2500 nm. Ze względu na wymóg stosunkowo wysokiej rozdzielczości, uzyskanie szerokiego zakresu widmowego jest trudne; jednocześnie, im wyższa rozdzielczość, tym mniejszy strumień świetlny. W przypadku wymagań niższej rozdzielczości i szerszego zakresu widmowego, zazwyczaj wybiera się siatkę dyfrakcyjną o gęstości 300 linii/mm. Jeśli wymagana jest stosunkowo wysoka rozdzielczość widmowa, można ją osiągnąć, wybierając siatkę o gęstości 3600 linii/mm lub detektor o większej rozdzielczości pikseli.
szczelina
Węższa szczelina może poprawić rozdzielczość, ale strumień światła jest mniejszy. Z drugiej strony, szersze szczeliny mogą zwiększyć czułość, ale kosztem rozdzielczości. W różnych zastosowaniach, odpowiednia szerokość szczeliny jest dobierana w celu optymalizacji ogólnego wyniku testu.
sonda
Detektor w pewnym stopniu determinuje rozdzielczość i czułość spektrometru światłowodowego. Obszar światłoczuły detektora jest zasadniczo ograniczony. Jest on dzielony na wiele małych pikseli dla uzyskania wysokiej rozdzielczości lub dzielony na mniejszą liczbę, ale większych pikseli dla uzyskania wysokiej czułości. Zasadniczo czułość detektora CCD jest lepsza, co pozwala uzyskać lepszą rozdzielczość bez konieczności zwiększania czułości. Ze względu na wysoką czułość i szum termiczny detektora InGaAs w bliskiej podczerwieni, stosunek sygnału do szumu systemu można skutecznie poprawić poprzez zastosowanie chłodzenia.
Filtr optyczny
Ze względu na wielostopniowy efekt dyfrakcyjny samego widma, interferencję dyfrakcji wielostopniowej można zredukować poprzez zastosowanie filtra. W przeciwieństwie do konwencjonalnych spektrometrów, spektrometry światłowodowe są pokryte powłoką na detektorze, a ta część funkcji wymaga instalacji w fabryce. Jednocześnie powłoka pełni również funkcję antyrefleksyjną i poprawia stosunek sygnału do szumu w systemie.
Wydajność spektrometru zależy głównie od zakresu widmowego, rozdzielczości optycznej i czułości. Zmiana jednego z tych parametrów zazwyczaj wpływa na wydajność pozostałych.
Głównym wyzwaniem spektrometru nie jest maksymalizacja wszystkich parametrów w momencie produkcji, ale dostosowanie parametrów technicznych spektrometru do wymagań wydajnościowych różnych zastosowań w tej trójwymiarowej przestrzeni. Taka strategia pozwala spektrometrowi zadowolić klientów, zapewniając maksymalny zwrot z inwestycji przy minimalnej inwestycji. Rozmiar sześcianu zależy od parametrów technicznych, jakie spektrometr ma osiągnąć, a jego wielkość jest powiązana ze złożonością spektrometru i ceną produktu. Spektrometry powinny w pełni spełniać parametry techniczne wymagane przez klientów.
Zakres widmowy
SpektrometrySpektrometry o mniejszym zakresie widmowym zazwyczaj dostarczają szczegółowych informacji, podczas gdy szerokie zakresy widmowe charakteryzują się szerszym zakresem wizualnym. Dlatego zakres widmowy spektrometru jest jednym z ważnych parametrów, które muszą być jasno określone.
Czynnikami wpływającymi na zakres widmowy są głównie krata dyfrakcyjna i detektor, a odpowiednią kratę dyfrakcyjną i detektor dobiera się w zależności od wymagań.
wrażliwość
Mówiąc o czułości, ważne jest rozróżnienie czułości w fotometrii (najmniejsza siła sygnału, jaką może zarejestrowaćspektrometrmoże wykryć) i czułości stechiometrycznej (najmniejsza różnica absorpcji, jaką może zmierzyć spektrometr).
a. Czułość fotometryczna
Do zastosowań wymagających spektrometrów o wysokiej czułości, takich jak fluorescencja i Ramana, polecamy spektrometry światłowodowe SEK z chłodzeniem termicznym, wyposażone w chłodzone termicznie detektory CCD o 1024 pikselach, a także soczewki kondensujące detektora, lustra ze złota i szerokie szczeliny (100 μm lub szersze). Model ten charakteryzuje się długimi czasami integracji (od 7 milisekund do 15 minut) w celu poprawy siły sygnału, redukcji szumów i poprawy zakresu dynamiki.
b. Czułość stechiometryczna
Aby wykryć dwie wartości współczynnika absorpcji o bardzo zbliżonej amplitudzie, wymagana jest nie tylko czułość detektora, ale także odpowiedni stosunek sygnału do szumu. Detektorem o najwyższym stosunku sygnału do szumu jest termoelektryczny, chłodzony detektor dwuwymiarowej matrycy CCD o rozdzielczości 1024 pikseli, znajdujący się w spektrometrze SEK i oferujący stosunek sygnału do szumu wynoszący 1000:1. Uśrednianie wielu obrazów widmowych może również poprawić stosunek sygnału do szumu, a zwiększenie tej wartości spowoduje wzrost stosunku sygnału do szumu z prędkością pierwiastka kwadratowego. Na przykład, 100-krotne uśrednienie może zwiększyć stosunek sygnału do szumu 10-krotnie, osiągając 10 000:1.
Rezolucja
Rozdzielczość optyczna jest ważnym parametrem pomiaru zdolności rozdzielania optycznego. Jeśli potrzebujesz bardzo wysokiej rozdzielczości optycznej, zalecamy wybór siatki o gęstości 1200 linii/mm lub większej, wraz z wąską szczeliną i detektorem CCD o 2048 lub 3648 pikselach.
Czas publikacji: 27 lipca 2023 r.