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海洋光学新一代SR2光谱仪吸光度测量应用分享

海洋光学新一代SR2光谱仪吸光度测量应用分享

本文关键词: 新材料吸光度
摘要

自90年代初引入第一款商用化的预配置光谱仪以来,这种多用途的仪器经过了迭代优化之后,在关键性能指标上体现了优秀的性能,包括信噪比(SNR)、光学分辨率、扫描速率、杂散光和线性等等。

SR2光谱仪是海洋光学新一代模块化光谱仪的第一款。SR2光谱仪使用了有别于其他海洋光谱仪的线性阵列探测器,优化了电子设计,提高了光谱采集速度(采集时间为10μs),提供了优秀的信噪比(380:1),非常适用于吸光度测量,等离子体监测等其他应用测量。下面通过分享一些海洋光学SR2光谱仪的吸光度测量的实验数据,来为大家展现SR2光谱仪的性能。


滤光片吸光度检测

使用海洋光学DH-2000-BAL氘-钨卤素光源、滤光片支架、以及海洋光学SR2光谱仪,我们进行了各种类型滤光片的实验。与类似类型的光谱仪相比,海洋光学SR2光谱仪能检测出更高的吸光度,更低的杂散光性能;以及在较长波长波段更佳的信噪比,同时在光谱覆盖范围内光谱灵敏度更平衡(图1)。

 

图1,当测量蓝色滤光片时,SR2光谱仪的噪声水平较低,特别是在波长较长波段上比类似的光谱仪提供更好的信噪比

为了确保更佳的测量结果,光源需要进行指定时间的预热(氘灯40分钟,钨灯20分钟)。因为未预热的光源输出的光会发生非常微小的变化,直到光源处于热平衡状态,而持续变化的光源会影响测量。此外,千万不要关闭光源或断开光纤来采集暗光谱,应该在光源的原点或样品架中的滤光器槽处使用拨片或其他物体阻挡光源。使用其他物体时,请确保所使用的物体可以阻挡100%的光-金属是一个不错的选择。


重铬酸钾标准样品的吸光度测试

重铬酸钾是一种可用作氧化剂的结晶固体。在本实验中,我们使用重铬酸钾标样,把标样的吸光度标准数据(标准数据位于235nm、257nm、313nm、350nm和430nm波长处)与海洋光学SR2光谱仪测量的吸光度数据进行比较。

使用的实验设备为一个带有50μm狭缝的海洋SR-2紫外可见光谱仪,一个PX-2脉冲氙灯,然后搭配滤光器支架和匀化器,1厘米光程的比色皿支架,以及两根600μm抗紫外光纤。再次试验中,海洋光学SR2光谱仪表现出较高的测试精度,特别是在高的浓度测量条件下。(图2).

图2,在这些测量中,垂直线代表标品的吸光度数据所在波长,分别为235nm,257nm,313nm,350nm和430nm。

总而言之, 在吸光度测试中需要通过调整积分时间,让最大光强处的counts值处于满量程的80-90%左右。这样才可以发挥出光谱仪全动态范围的优势,从而提高信噪比。此外,由于海洋光学SR2光谱仪在其整个波长范围内都有一个平衡的响应,所以可以避免用户遭遇光谱的某些波段饱和,而不得不牺牲部分波段数据的情况。


信噪比 (SNR) 以及海洋光学SR2光谱仪

在吸光度测量的背景下,光谱仪的信噪比是测量数据可靠与否,出色与否的关键。从以上的测试数据我们可以看见海洋光学SR2光谱仪与他类似的光谱仪性能优势明显,特别是在紫外波段。这就是海洋光学SR2光谱仪在分子诊断应用领域大受欢迎的原因之一。

从定义可知,信噪比是信号强度除以某一信号水平上的噪声强度,这意味着信噪比可以因测量值的不同而变化。由于光子噪声的影响,系统噪声通常会受光信号的强度影响,而信噪比同样受光信号强度以及每个像素点的信噪比影响。

海洋光学光谱仪的信噪比的定义为,探测器饱和时测量的最大信号与噪音比值,同时假设每个像素点的信噪比响应曲线相同。

信噪比可以通过使用不同的信号平均方法来提高,就像我们在这个应用分享中一些实验所做的那样。对于基于时间的平均,信噪比将增加所使用的光谱扫描次数的平方根倍。例如,如果平均进行100次扫描,那么海洋光学SR2光谱仪380:1的信噪比,将变成3800:1。对于基于像素的平均(滑动平均),信噪比将增加参与平均的像素点数的平方根倍。


其他应用

SR2光谱仪非常适用于吸光度测量,同时它也是一款通用型的光谱仪,可用于其他应用方向。例如,用于红外线辐射校准测量-如太阳辐射,因为SR2光谱仪较高的分辨率能够检测到半峰全宽较窄的光谱峰以及光谱中不太明显的特征。SR2光谱仪也可以用于测量高强度光源和高能等离子体。 

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