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微型光纤光谱仪工作探测范围拓展至深紫外波段

微型光纤光谱仪工作探测范围拓展至深紫外波段

本文关键词: 生物医药吸光度荧光
摘要

 

Maya2000 Pro Spectrometer Extends to VUV

微型光纤光谱仪探测范围拓展至深紫外波段        

摘要

通过将背照式薄型检测器引入微型光纤光谱仪,并辅助以真空及稀有气体保护等手段,减少水、氧气和其他气体对真空紫外波段光的吸收,经济又便利地将光谱探测范围拓展至深紫外波段(153nm)。

前言

各种材料都在真空紫外波段(尤其在30-200nm)有指纹光谱,随着对深紫外椭偏光度法关注度的提高,对基础原子物理,以及粒子加速器和同步辐射中深紫外辐射与物质作用等研究的深入,深紫外光谱的应用已遍及生物医药至半导体检测的各种领域。由于基于标准硅电荷耦合器件的检测器,其光谱响应在400nm附近迅速下降,而氧气和水在深紫外波段的吸收,也使得无法在真空外获得足够的深紫外信号,加之技术壁垒和瓶颈,价格也不具优势。因此,多数商业化的深紫外检测光谱仪需要定制,价格高昂,并且仪器体积庞大影响其在诸多常规检测中的应用。

 

为了解决这一难题,我们推出了新款Maya2000 Pro,其具有真空紫外探测能力。该款光谱仪以101.6mm焦距光具座,和紧凑的交叉式Czerny-Tuner光路设计,拥有背照式薄型CCD检测器,具备杰出的紫外/深紫外检测性能。光谱仪的光具座内用氮气吹洗,有效降低了光路内部的信号衰减,在深紫外实验中,其稳定饱满光谱信号的获取范围可拓展至153nm。

 

实验部分:

实验中用于检测性能的Maya2000Pro配置了高分辨,紫外增强的全息光栅(H7,2400g/mm),狭缝宽25um,可实现光学分辨率~0.10nm(FWHM)。背照式薄型检测器的特点为量子效率峰值高达75%,UV量子效率高达50%。为改善深紫外光波的透过性,检测器上方安装了定制的氟化镁玻璃窗口。外部光源采用DH-2000氘灯-卤钨灯复合光源可在单一光路中稳定输出190到1700nm的连续光谱。

 

被测样品是深紫外氘灯,配有深紫外级光学窗口,直接与光谱仪相连接。

实验中被测光源和光谱仪均密封在手套箱中,向箱内充入标准实验室级氮气,光谱仪的光具座也同样充入氮气,以减小内部光路的信号衰减。箱内聚酯气球充气膨胀用于加速排空空气。

 

 

微型光纤光谱仪探测范围拓展至深紫外波段                                               

摘要

通过将背照式薄型检测器引入微型光纤光谱仪,并辅助以真空及稀有气体保护等手段,减少水、氧气和其他气体对真空紫外波段光的吸收,经济又便利地将光谱探测范围拓展至深紫外波段(153nm)。

前言

各种材料都在真空紫外波段(尤其在30-200nm)有指纹光谱,随着对深紫外椭偏光度法关注度的提高,对基础原子物理,以及粒子加速器和同步辐射中深紫外辐射与物质作用等研究的深入,深紫外光谱的应用已遍及生物医药至半导体检测的各种领域。由于基于标准硅电荷耦合器件的检测器,其光谱响应在400nm附近迅速下降,而氧气和水在深紫外波段的吸收,也使得无法在真空外获得足够的深紫外信号,加之技术壁垒和瓶颈,价格也不具优势。因此,多数商业化的深紫外检测光谱仪需要定制,价格高昂,并且仪器体积庞大影响其在诸多常规检测中的应用。

 

为了解决这一难题,我们推出了新款Maya2000 Pro,其具有真空紫外探测能力。该款光谱仪以101.6mm焦距光具座,和紧凑的交叉式Czerny-Tuner光路设计,拥有背照式薄型CCD检测器,具备杰出的紫外/深紫外检测性能。光谱仪的光具座内用氮气吹洗,有效降低了光路内部的信号衰减,在深紫外实验中,其稳定饱满光谱信号的获取范围可拓展至153nm。

 

实验部分:

实验中用于检测性能的Maya2000Pro配置了高分辨,紫外增强的全息光栅(H7,2400g/mm),狭缝宽25um,可实现光学分辨率~0.10nm(FWHM)。背照式薄型检测器的特点为量子效率峰值高达75%,UV量子效率高达50%。为改善深紫外光波的透过性,检测器上方安装了定制的氟化镁玻璃窗口。外部光源采用DH-2000氘灯-卤钨灯复合光源可在单一光路中稳定输出190到1700nm的连续光谱。

 

被测样品是深紫外氘灯,配有深紫外级光学窗口,直接与光谱仪相连接。

实验中被测光源和光谱仪均密封在手套箱中,向箱内充入标准实验室级氮气,光谱仪的光具座也同样充入氮气,以减小内部光路的信号衰减。箱内聚酯气球充气膨胀用于加速排空空气。

图1. 实验设备:手套箱中为DH2000MAYA2000 PRO

 

图2. a随着气球被氮气充满,氧气被排挤出手套箱;b气球放出氮气;c NeoFox氧气传感器探入手套箱验证氧气浓度级别。

 

排净空气后,聚酯气球放气将氮气不断充入手套箱,过量的氮气通过箱右侧半充满水管排出腔体。同样将NeoFox氧气传感器探入,检测手套箱内的氧气级别。(见图3)

图3 Neofox 软件界面截图,表明氮气清洗中的氧气浓度下降。

结论

检测系统光谱分辨率为0.1nm,信躁比为450:1,积分时间为100ms。

标准氮气净化(无氧气)和未净化(含氧气)的图谱见图4。未净化图谱中可观察到氧气的发射峰。吸收发射峰尖锐明晰,开始于短波段的182.85nm。同样可以通过标准氮气净化(无氧气)和未净化(含氧气)图谱数据的比较,表明Schumann-Runge带,即氧气的吸收带,在176-192.6nm。

图4 深紫外氘灯的发射图谱表现出明显的谱峰,标准净化与未净化图谱比较表明Schumann-Runge带的存在。

图5 在另一不同的实验中得到的深紫外发射源的图谱,谱峰明显,信噪比性能优异,光学分辨率达到0.1nm(FWHM)。

小结

具有超深紫外探测功能的Maya2000 Pro在实验中检测限可低至182.85nm,根据测试系统的配置,该款光谱仪可应用于深紫外波段(153nm)的实验。见图5。

这一结果表明Maya2000Pro的经济实用的革新设计深紫外应用中具有极大优势。

 

相关文献:

“High resolution absorption cross section measurements of the Schumann-Runge bands of O2 by VUV Fourier transform spectroscopy,” T. Matsui, K. Yoshino, et al. Atomic and Molecular Science. Photon Factory Activity Report 2002 #20 Part B (2003)

“Measurement of oxygen atom density employing vacuum ultraviolet absorption spectroscopy with microdischarge hollow cathode lamp,” H. Nagaia, M. Hiramatsu, M. Horib, and T. Goto, Review of Scientific Instruments. 74 (7): 3453-3459 (2003)

“Optical Properties of Aluminum Oxide: Determined from Vacuum Ultraviolet and Electron Energy-Loss Spectroscopies,” R.H French, H. Müllejans, and D. J. Jones, Journal of the American Ceramic Society. 81 {10}: 2549-57 (1998)

“Sequestration of CO2 discharged from anode by algal cathode in microbial carbon capture cells (MCCs),” X. Wang, Y. Feng, et al. Biosensors and Bioelectronics 25: 2639–2643 (2010)

“Spectroscopic Studies of Impurities in the LHD Plasmas,” Z. Wu and S. Morita, Online PowerPoint. 1-31 (2007)

“VUV Radiation from Laser-produced Plasmas: Applications to Molecular Photoionisation and Ion-pair Production,” S.L.Wang, K.P.Lawley, R.J.Donovan, K.W.D. Ledingham, T.McCanny, R.P.Singhal, R. Allott, N.Spencer, W.Shaikh and I.C.E. Turcu, Science – Lasers for Science Facility Programme, CLF Annual Report 1996/97. 167-168 (1997)

 

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