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微型光纤光谱仪在紫外可见吸收测量中的应用
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1. 引 言
光谱分析是一种非常成熟的分析方法，在化学分析、环境学检测、气体色谱学、光学镜片吸收和透过率测量、食品检测、生物化学、生命科学、医学和制药业等诸多应用领域应用十分广泛, 几乎涉及到无机分析的所有领域, 在有机分析中也占有一定比重, 并呈逐渐上升之势。传统的分光光度计由于其价格昂贵、体积大、操作复杂、需要专人维护、测量速度慢等缺点，使其一直只能在实验室中应用。而随着微电子领域中的多像元光学探测器和光纤技术的迅猛发展，使生产低成本光谱仪成为可能。新一代的微型光纤光谱仪具有低成本、高分辨率、便携和高速测量等优点，可以很方便的应用在在线检测和实验室测量中。下面我们以荷兰Avantes 公司的微型光纤光谱仪Avantes2048为例，介绍微型光纤光谱仪在紫外可见吸收测量中的应用。
2. Avantes2048型光谱仪
2.1 仪器原理
荷兰Avantes 公司的AvaSpec2048型光谱仪，采用对称式光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口，也可以选择其它类型的接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554B型2048像素线阵CCD 探测器， 波长范围2001100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1 或USB2.0 接口、RS232接口和I/O数字/模拟接口。
2.2.1 对称式光路设计，在更宽光谱范围具有更高分辨率
2.2.2 体积小巧，只有手掌大小
2.2.3 即插即用，无需手动设置
2.2.4 温度稳定性好，热漂移小
AvaSpec2048型光谱仪的光学元件和底板间采用无应力装配，出厂前经过特殊工序处理，因此环境温度对光谱仪影响极小，环境温度每变化1℃仅漂移0.1 个象元。优秀的温度稳定性确保了其长时间测量的精确性和可重复性。
AvaSpec2048型光谱仪可以同时监测最多8个输出参数随时间的变化，如用户定义的函数、积分、峰值（波长，相对强度）等。函数可以用VBScript代码编写。时序测量的结果可以被存储、载入或者打印。缩放和全景显示功能可以把时序测量结果中感兴趣的部分快速放大至全图显示。
2.2.6 过程控制
AvaSpec2048型光谱仪通过AvaSoftPROC过程控制软件可以设置8个时间序列函数的最大值和阈值，当测量值超出设置范围，电路板上I/O口的8个管脚会给出TTL电平做为响应。这些TTL信号可以直接与工业环境下的可编程控制器相连，进行在线自动控制。 [p]
2.3 典型应用测量
2.3.1 气体成分测量中的典型应用：
测量原理是对于某一种成分的气体，都有特有的特征吸收峰，根据这些吸收峰的位置及强弱，我们就可以判断出该气体的成分和含量。测量装置除了AvaSpec2048型光谱仪，还要配置AvaLightDH氘卤钨灯平衡光谱光源和用于气体检测的气室。例如空气质量检测，有害气体成分分析，火山气体检测等就属于此类应用。
2.3.2 液体浓度检测中的典型应用：
A=e*c*l
其中A是吸光度（消光度），e是被测物质的消光系数，c是浓度，l是光程。通过测量吸光度就可得出液体样品的浓度。用吸收率测量专用探头可直接插入样品进行测量，配以AvaSpec2048型光谱仪、光源和专用软件可以方便地用于食品质量检测、化学浓度分析、水质检测等应用领域。
2.3.3 固体吸收率测量中的典型应用：
固体中的特定成分会对通过其中的光有特有的特征吸收峰，通过测量固体透过率光谱，可以很方便的研究固体的光学特性和成分特性。例如玻璃工业、光学镜片吸收及透过率研究、生物学研究及制药业属于此类应用。
使用AvaSpec2048型微型光纤光谱仪进行吸收率测量，具有性价比高、灵敏度高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点，而且体积小巧，方便集成到系统中进行在线监测。(end)
光谱分析是一种非常成熟的分析方法，在化学分析、环境学检测、气体色谱学、光学镜片吸收和透过率测量、食品检测、生物化学、生命科学、医学和制药业等诸多应用领域应用十分广泛, 几乎涉及到无机分析的所有领域, 在有机分析中也占有一定比重, 并呈逐渐上升之势。传统的分光光度计由于其价格昂贵、体积大、操作复杂、需要专人维护、测量速度慢等缺点，使其一直只能在实验室中应用。而随着微电子领域中的多像元光学探测器和光纤技术的迅猛发展，使生产低成本光谱仪成为可能。新一代的微型光纤光谱仪具有低成本、高分辨率、便携和高速测量等优点，可以很方便的应用在在线检测和实验室测量中。下面我们以荷兰Avantes 公司的微型光纤光谱仪Avantes2048为例，介绍微型光纤光谱仪在紫外可见吸收测量中的应用。
2. Avantes2048型光谱仪
2.1 仪器原理
荷兰Avantes 公司的AvaSpec2048型光谱仪，采用对称式光路设计，焦距75mm，包括光纤接头（标准SMA接口，也可以选择其它类型的接口）、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554B型2048像素线阵CCD 探测器， 波长范围2001100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1 或USB2.0 接口、RS232接口和I/O数字/模拟接口。
图1 光学平台
2.2.1 对称式光路设计，在更宽光谱范围具有更高分辨率
2.2.2 体积小巧，只有手掌大小
2.2.3 即插即用，无需手动设置
2.2.4 温度稳定性好，热漂移小
AvaSpec2048型光谱仪的光学元件和底板间采用无应力装配，出厂前经过特殊工序处理，因此环境温度对光谱仪影响极小，环境温度每变化1℃仅漂移0.1 个象元。优秀的温度稳定性确保了其长时间测量的精确性和可重复性。
AvaSpec2048型光谱仪可以同时监测最多8个输出参数随时间的变化，如用户定义的函数、积分、峰值（波长，相对强度）等。函数可以用VBScript代码编写。时序测量的结果可以被存储、载入或者打印。缩放和全景显示功能可以把时序测量结果中感兴趣的部分快速放大至全图显示。
2.2.6 过程控制
AvaSpec2048型光谱仪通过AvaSoftPROC过程控制软件可以设置8个时间序列函数的最大值和阈值，当测量值超出设置范围，电路板上I/O口的8个管脚会给出TTL电平做为响应。这些TTL信号可以直接与工业环境下的可编程控制器相连，进行在线自动控制。 [p]
2.3 典型应用测量
2.3.1 气体成分测量中的典型应用：
测量原理是对于某一种成分的气体，都有特有的特征吸收峰，根据这些吸收峰的位置及强弱，我们就可以判断出该气体的成分和含量。测量装置除了AvaSpec2048型光谱仪，还要配置AvaLightDH氘卤钨灯平衡光谱光源和用于气体检测的气室。例如空气质量检测，有害气体成分分析，火山气体检测等就属于此类应用。
2.3.2 液体浓度检测中的典型应用：
A=e*c*l
其中A是吸光度（消光度），e是被测物质的消光系数，c是浓度，l是光程。通过测量吸光度就可得出液体样品的浓度。用吸收率测量专用探头可直接插入样品进行测量，配以AvaSpec2048型光谱仪、光源和专用软件可以方便地用于食品质量检测、化学浓度分析、水质检测等应用领域。
2.3.3 固体吸收率测量中的典型应用：
固体中的特定成分会对通过其中的光有特有的特征吸收峰，通过测量固体透过率光谱，可以很方便的研究固体的光学特性和成分特性。例如玻璃工业、光学镜片吸收及透过率研究、生物学研究及制药业属于此类应用。
使用AvaSpec2048型微型光纤光谱仪进行吸收率测量，具有性价比高、灵敏度高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点，而且体积小巧，方便集成到系统中进行在线监测。(end)
