便攜式紫外 - 可見(jiàn)分光光度計的設計（一）

傳統紫外-可見(jiàn)分光光度計采用單通道的光電倍增管實(shí)現光電轉換,采用波長(cháng)掃描機構(如正弦機構)實(shí)現整個(gè)光譜范圍內的波長(cháng)掃描, 該類(lèi)儀器一般體積龐大、測量速度慢、不能進(jìn)行在線(xiàn)測量 , 導致其只能在實(shí)驗室內應用,不能在工業(yè)、農業(yè)等現場(chǎng)得到廣泛的應用,從而使其應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、現場(chǎng)應用的呼聲也就越來(lái)越高,到了 20 世紀 70 年代,隨著(zhù)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(chǎng)凹面全息光柵技術(shù)、觸摸屏技術(shù)等的不斷發(fā)展, 設計便攜式紫外-可見(jiàn)光譜儀就成為了可能, 本文將介紹一種便攜式紫外 - 可見(jiàn)光譜儀器的設計方法。

   散系統是紫外-可見(jiàn)光譜儀的核心部分,傳統紫外-可見(jiàn)光譜儀器采用光電倍增管等單通道檢測器件實(shí)現光電轉換,采用波長(cháng)掃描機構(正弦結構)實(shí)現波長(cháng)掃描。到20世紀70 年代,隨著(zhù)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(chǎng)凹面全息光柵的產(chǎn)生,設計小型化、固態(tài)化色散系統就成為可能。多通道檢測器件可以采集一段光譜范圍內的光譜信息,與適當的光學(xué)系統配合使用可以保證系統中沒(méi)有活動(dòng)部件。平場(chǎng)凹面全息光柵是在凹面全息光柵的基礎上對原來(lái)為球面的光柵表面進(jìn)行調整 ,以非球面代替原來(lái)的球面 ,從而對原來(lái)出射譜面為羅蘭圓的光譜帶進(jìn)行了調整,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 , 另外該光柵在設計的過(guò)程中對各種像差進(jìn)行了校正。

   以平場(chǎng)凹面全息光柵和多通道檢測器件為核心的色散系統的結構內部沒(méi)有活動(dòng)部件,結構非常簡(jiǎn)單,只要選擇出臂或入臂比較短的光柵 , 就可以實(shí)現色散系統的小型化。經(jīng)過(guò)多方比較, 多通道檢測器件選擇為日本濱松公司的S3904- 1024Q(光譜響應范圍200～1100nm ,接收面長(cháng)

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

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

(2)光柵的尺寸應該盡量小 , 可以保證色散系統的體積很小 ;

(3)光柵出射光譜面長(cháng)度要與多通道檢測器件的接收面長(cháng)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(cháng)度應該盡可能的短,可以保證色散系統的體積很小。