便攜式紫外 - 可見分光光度計(jì)的設(shè)計(jì)（一）

傳統(tǒng)紫外-可見分光光度計(jì)采用單通道的光電倍增管實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,采用波長掃描機(jī)構(gòu)(如正弦機(jī)構(gòu))實(shí)現(xiàn)整個(gè)光譜范圍內(nèi)的波長掃描, 該類儀器一般體積龐大、測量速度慢、不能進(jìn)行在線測量 , 導(dǎo)致其只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)用,不能在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等現(xiàn)場得到廣泛的應(yīng)用,從而使其應(yīng)用范圍受到了一定的限制。因此人們希望光譜儀器小型化、便攜式、現(xiàn)場應(yīng)用的呼聲也就越來越高,到了 20 世紀(jì) 70 年代,隨著各種相關(guān)技術(shù), 如電子技術(shù)、 固態(tài)多通道檢測技術(shù)、光纖技術(shù)、平場凹面全息光柵技術(shù)、觸摸屏技術(shù)等的不斷發(fā)展, 設(shè)計(jì)便攜式紫外-可見光譜儀就成為了可能, 本文將介紹一種便攜式紫外 - 可見光譜儀器的設(shè)計(jì)方法。

   散系統(tǒng)是紫外-可見光譜儀的核心部分,傳統(tǒng)紫外-可見光譜儀器采用光電倍增管等單通道檢測器件實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,采用波長掃描機(jī)構(gòu)(正弦結(jié)構(gòu))實(shí)現(xiàn)波長掃描。到20世紀(jì)70 年代,隨著多通道檢測器件的誕生以及與之相配合使用的色散元件-平場凹面全息光柵的產(chǎn)生,設(shè)計(jì)小型化、固態(tài)化色散系統(tǒng)就成為可能。多通道檢測器件可以采集一段光譜范圍內(nèi)的光譜信息,與適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)配合使用可以保證系統(tǒng)中沒有活動(dòng)部件。平場凹面全息光柵是在凹面全息光柵的基礎(chǔ)上對原來為球面的光柵表面進(jìn)行調(diào)整 ,以非球面代替原來的球面 ,從而對原來出射譜面為羅蘭圓的光譜帶進(jìn)行了調(diào)整,保證其中一部分出射光譜面為平面,以便與接收面為平面的固態(tài)多通道檢測

器件配合使用 , 另外該光柵在設(shè)計(jì)的過程中對各種像差進(jìn)行了校正。

   以平場凹面全息光柵和多通道檢測器件為核心的色散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒有活動(dòng)部件,結(jié)構(gòu)非常簡單,只要選擇出臂或入臂比較短的光柵 , 就可以實(shí)現(xiàn)色散系統(tǒng)的小型化。經(jīng)過多方比較, 多通道檢測器件選擇為日本濱松公司的S3904- 1024Q(光譜響應(yīng)范圍200～1100nm ,接收面長

度為25.6nm , 像元的高度為2.5mm) , 我們是根據(jù)以下幾個(gè)方面選擇合適的平場凹面全息光柵 。

(1)光柵的光譜范圍要滿足紫外- 可見分光光度計(jì)的光譜范圍要求(200 ～ 800 nm);

(2)光柵的尺寸應(yīng)該盡量小 , 可以保證色散系統(tǒng)的體積很小 ;

(3)光柵出射光譜面長度要與多通道檢測器件的接收面長度相匹配,最好比多通道檢測器件的接收面短一點(diǎn) , 以更有利于光譜的接收 ;

(4)光柵入臂和出臂的長度應(yīng)該盡可能的短,可以保證色散系統(tǒng)的體積很小。