一篇關(guān)于光譜分析儀各參數(shù)的含義
2023-02-06
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今天為大家?guī)硪黄P(guān)于光譜分析儀各參數(shù)的含義,不了解這方面內(nèi)容的可千萬不要錯過了。
1 光譜范圍
波長范圍指光譜儀所能測量的波長區(qū)間,通常測量可見光選擇380nm-780nm的范圍,測量紫外光譜選擇250nm–850nm,測量紅外光譜選擇350nm–1100nm。光柵及探測器的類型會影響波長范圍,通常寬的波長范圍意味著低的光譜分辨率。
2 光譜分辨率
光譜分辨率指能被光譜儀分辨開的最小波長差,光譜儀中有實際意義的分辨率定義是測量單個譜線的半高寬(FWHM),即最大峰值光強(qiáng)50%處所對應(yīng)的譜線寬度。
分辨率依賴于狹縫寬度、光柵的分辨能力、系統(tǒng)的有效焦長、系統(tǒng)的光學(xué)像差等參數(shù)。入射狹縫決定了進(jìn)入到光譜儀的光束寬度,狹縫越窄分辨率也越高;光柵刻劃線數(shù)越多,色散效應(yīng)隨波長變化就會越明顯,在最長波長處會得到最高分辨率;高像素的 CCD 探測器也可以獲得更高的光譜分辨率。但是,分辨率越高,光信號越弱,噪聲比也會變差,因此二者要適當(dāng)兼顧。
3 靈敏度
靈敏度定義為某一特定波長照射到像元上的單位輻射度所產(chǎn)生的電信號輸出,主要影響因素有光柵的效率、探測器材料等因素。
探測器的靈敏度在很大程度上由其材料特性決定,在CCD探測器上安裝靈敏度增強(qiáng)透鏡可以提高系統(tǒng)的靈敏度。適當(dāng)增大狹縫,增加入射光通量,也能提高靈敏度。
4 動態(tài)范圍
動態(tài)范圍指光譜儀能測量到的最大與最小光能量的比值,比值越大性能越好。探測器的動態(tài)范圍越大,所探測的光強(qiáng)度范圍越大,光譜儀的信噪比與穩(wěn)定性也就更好。
增大動態(tài)范圍的途徑是降低探測器的暗電流和噪聲,可采用制冷型CCD,或選擇量子效率更高、像素更大的CCD器件。
5 信噪比
信噪比指測得的信號能量水平與疊加在信號上的噪聲水平的比值,信噪比越高,其測量值的偏差就越小。信噪比與光譜儀的探測器性能、電路噪聲和光路雜散光相關(guān)。光譜儀的檢測限也與信噪比直接相關(guān),通常將測量的檢測限定義為在信噪比為3時可成功測量到的信號水平。
對于CCD光譜儀,靈敏度越高,檢測到的噪聲信號越高,信噪比也就越低。CCD探測器的噪聲包括自身的隨機(jī)噪聲、因溫度引起的熱噪聲、讀數(shù)時產(chǎn)生的讀出噪聲等幾種。其中讀出噪聲與讀取的速度有關(guān),它發(fā)生在每次電荷轉(zhuǎn)移過程中,因此讀取速度越快,讀出噪聲也越高。在一定范圍內(nèi),可以通過對多次讀數(shù)進(jìn)行平均來提高信噪比。另外,在犧牲分辨率的前提下,通過像素打包(BINNING)技術(shù),將CCD探測器的多個像素綁定后對積累的電荷求和,也可以提高讀取速度及信噪比。
6 讀出速度
讀出速度指在一定的入射光水平下,光譜儀輸出譜圖信號所需的時間,用來表征單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)處理速度的快慢。讀出速度越快,單位時間內(nèi)獲得的信息越多,但同時讀出噪聲也越高。
讀出速度與光譜儀的靈敏度、光譜儀的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及PC接口速度相關(guān)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器速率越高,光譜儀的讀出速度越快。USB2.0接口的最快速度可達(dá)到100張譜圖/s,而RS232接口的最快速度只能達(dá)到2張譜圖/s。
7 重復(fù)性
重復(fù)性是指光譜儀對多次測量同一樣品的一致性。在機(jī)械掃描式光譜儀中,由于步進(jìn)電機(jī)帶來的機(jī)械定位問題,重復(fù)定位到同一波長有可能會出現(xiàn)誤差,重復(fù)性可以用來衡量光譜儀返回原波長的能力。在陣列式光譜儀中,因為沒有運(yùn)動部件,因此不存在波長定位問題,其測量重復(fù)性主要取決于探測器類型、暗電流噪聲、測試電路的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的空間抗干擾能力等因素。