Optični spektrometri običajno uporabljajo optično vlakno kot signalni sklopnik, ki se fotometrično poveže s spektrometrom za spektralno analizo. Zaradi priročnosti optičnih vlaken so lahko uporabniki zelo prilagodljivi pri izgradnji sistema za zajemanje spektra.
Prednost optičnih spektrometrov je modularnost in prilagodljivost merilnega sistema. Mikrooptični vlakenski spektrometeriz MUT v Nemčiji je tako hiter, da ga je mogoče uporabiti za spletno analizo. Zaradi uporabe cenovno ugodnih univerzalnih detektorjev se zmanjšajo stroški spektrometra in s tem stroški celotnega merilnega sistema.
Osnovna konfiguracija optičnega spektrometra je sestavljena iz rešetke, reže in detektorja. Parametre teh komponent je treba določiti ob nakupu spektrometra. Zmogljivost spektrometra je odvisna od natančne kombinacije in kalibracije teh komponent, po kalibraciji optičnega spektrometra pa se ta dodatna oprema načeloma ne more več spreminjati.
Uvod v funkcije
rešetka
Izbira rešetke je odvisna od spektralnega območja in zahtev glede ločljivosti. Za optične spektrometre je spektralno območje običajno med 200 nm in 2500 nm. Zaradi zahteve po relativno visoki ločljivosti je težko doseči široko spektralno območje; hkrati pa velja, da višja kot je zahteva po ločljivosti, manjši je svetlobni tok. Za zahteve po nižji ločljivosti in širšem spektralnem območju je običajna izbira rešetka s 300 črtami/mm. Če je potrebna relativno visoka spektralna ločljivost, jo lahko dosežemo z izbiro rešetke s 3600 črtami/mm ali z izbiro detektorja z večjo ločljivostjo slikovnih pik.
reža
Ožja reža lahko izboljša ločljivost, vendar je svetlobni tok manjši; po drugi strani pa lahko širše reže povečajo občutljivost, vendar na račun ločljivosti. Pri različnih zahtevah uporabe se za optimizacijo celotnega rezultata testa izbere ustrezna širina reže.
sonda
Detektor na nek način določa ločljivost in občutljivost optičnega spektrometra. Območje, občutljivo na svetlobo na detektorju, je načeloma omejeno in je za visoko ločljivost razdeljeno na več majhnih slikovnih pik ali pa na manjše število večjih slikovnih pik za visoko občutljivost. Na splošno je občutljivost CCD detektorja boljša, zato je mogoče doseči boljšo ločljivost brez občutljivosti do neke mere. Zaradi visoke občutljivosti in toplotnega šuma InGaAs detektorja v bližnjem infrardečem območju je mogoče razmerje signal/šum sistema učinkovito izboljšati s hlajenjem.
Optični filter
Zaradi večstopenjskega uklonskega učinka samega spektra je mogoče z uporabo filtra zmanjšati interferenco večstopenjske difrakcije. Za razliko od običajnih spektrometrov so optični spektrometri prevlečeni na detektorju, ta del funkcije pa je treba namestiti v tovarni. Hkrati ima prevleka tudi funkcijo proti odboju in izboljša razmerje signal/šum sistema.
Zmogljivost spektrometra je v glavnem odvisna od spektralnega območja, optične ločljivosti in občutljivosti. Sprememba enega od teh parametrov običajno vpliva na delovanje drugih parametrov.
Glavni izziv spektrometra ni maksimiranje vseh parametrov ob izdelavi, temveč doseganje zahtev glede delovanja za različne aplikacije v tem tridimenzionalnem prostoru. Ta strategija omogoča, da spektrometer zadovolji stranke z največjim donosom ob minimalni naložbi. Velikost kocke je odvisna od tehničnih kazalnikov, ki jih mora spektrometer doseči, njena velikost pa je povezana s kompleksnostjo spektrometra in ceno spektrometra. Spektrometri morajo v celoti izpolnjevati tehnične parametre, ki jih zahtevajo stranke.
Spektralni razpon
Spektrometriz manjšim spektralnim območjem običajno dajejo podrobne spektralne informacije, medtem ko imajo velika spektralna območja širše vidno območje. Zato je spektralno območje spektrometra eden pomembnih parametrov, ki ga je treba jasno določiti.
Dejavniki, ki vplivajo na spektralno območje, so predvsem rešetka in detektor, ustrezna rešetka in detektor pa sta izbrana glede na različne zahteve.
občutljivost
Ko govorimo o občutljivosti, je pomembno razlikovati med občutljivostjo v fotometriji (najmanjša jakost signala, ki jospektrometerlahko zazna) in občutljivost v stehiometriji (najmanjša razlika v absorpciji, ki jo lahko spektrometer izmeri).
a. Fotometrična občutljivost
Za aplikacije, ki zahtevajo visoko občutljivostne spektrometre, kot so fluorescenčni in Ramanski spektrometri, priporočamo termo hlajene optične vlakenske spektrometre SEK s termo hlajenimi dvodimenzionalnimi CCD detektorji z 1024 slikovnimi pikami, kot tudi kondenzacijske leče detektorjev, zlata zrcala in široke reže (100 μm ali širše). Ta model lahko uporablja dolge integracijske čase (od 7 milisekund do 15 minut) za izboljšanje moči signala ter lahko zmanjša šum in izboljša dinamični razpon.
b. Stehiometrična občutljivost
Za zaznavanje dveh vrednosti absorpcijske hitrosti z zelo blizu amplitudo ni potrebna le občutljivost detektorja, temveč tudi razmerje signal/šum. Detektor z najvišjim razmerjem signal/šum je termoelektrični hlajeni dvodimenzionalni CCD detektor z 1024 slikovnimi pikami v spektrometru SEK z razmerjem signal/šum 1000:1. Povprečje več spektralnih slik lahko prav tako izboljša razmerje signal/šum, povečanje povprečnega števila pa bo povzročilo, da se razmerje signal/šum poveča s hitrostjo kvadratnega korena, na primer 100-kratno povprečje lahko poveča razmerje signal/šum 10-krat in doseže 10.000:1.
Ločljivost
Optična ločljivost je pomemben parameter za merjenje sposobnosti optičnega cepljenja. Če potrebujete zelo visoko optično ločljivost, priporočamo, da izberete mrežico z 1200 črtami/mm ali več, skupaj z ozko režo in CCD detektorjem z 2048 ali 3648 slikovnimi pikami.
Čas objave: 27. julij 2023