Модульные спектроскопические системы

Спектроскопия – наука о поглощении и испускании электромагнитного излучения, а также о разделении света на спектральные составляющие. Спектроскопия связана с регистрацией и анализом спектров, представляющими собой кривые зависимости интенсивности электромагнитного излучения от длины волны/частоты.

Спектроскопические методы исследования являются фундаментальными и позволяют получать количественную и качественную информацию о свойствах исследуемых образцов. В качестве образцов выступают растворы, газы, наночастицы, полимеры, органические вещества и т.д.

К спектральным приборам относят классические спектрометры, монохроматоры-спектрографы, масс-спектрометры, спектрофотометры, ИК-Фурье спектрометры. Вне зависимости от типа прибора, каждый спектральный инструмент имеет в составе диспергирующий элемент в виде дифракционной решётки (реже – призмы), позволяющий осуществить упомянутое выше расщепление света на монохроматические составляющие. В зависимости от схемы свет, попадающий на решетку, может быть светом лампы/лазера, прошедшим через образец, флуоресценцией от образца, непосредственно излучением источника света и т.д.

Работа дифракционной решетки

Рассмотрим спектроскопические (далее: спектральные) системы, построенные на базе монохроматоров. Монохроматоры — сканирующие оптико-механические приборы, предназначенные для выделения монохроматического излучения в узком диапазоне длин волн. Для выделения узкой части спектра в монохроматорах используются дифракционная решетки, а сканирование достигается за счет автоматизированного поворота решеток.

Мы предлагаем комплексные спектральные системы на базе компонентов и приборов от Zolix Instruments. Основными узлами данных систем являются монохроматоры-спектрографы серии Omni-λ, построенные по схеме Черни-Тернера. В схеме Черни-Тернера используются два сферических зеркала: одно для коллимации и другое для фокусировки излучения. 

Монохроматоры Zolix Instruments

Ассортимент спектральных детекторов Zolix Instruments

Компания Zolix Instruments Co., Ltd. является одним из ведущих поставщиков оптоэлектронных измерительных систем в Китае. Компания имеет около 60 партнеров по всему миру и предлагает качественные аналоги известных американских и европейских спектральных систем.

Линейка классических монохроматоров с конфигурацией Черни-Тернера Omni-λ представлена четырьмя моделями, отличающимися фокусным расстоянием. Увеличение фокусного расстояния влечет за собой увеличение габаритов и уменьшение обратной линейной дисперсии. Оптимизированная конструкция монохроматоров Omni-λ обеспечивает низкий уровень рассеянного света 1 x 10-5 и высокое разрешение при использовании в режиме спектрографа (до 0,028 нм при использовании монохроматора с решеткой 1200 штр/мм на 435,8 нм и ФЭУ).

Схема монохроматоров Omni-λ

Основные составляющие спектральных систем

• Источник излучения. В качестве источника используются: монохроматические широкополосные источники на базе ламп, перестраиваемые источники на базе ламп и монохроматоров, непрерывные лазеры, импульсные лазеры, источники суперконтинуума. Источники видимого и ИК излучения с дуговой лампой применяются как некогерентные источники в флуоресцентной спектроскопии, фотохимии и других научных задачах. Компания Zolix Instruments предлагает вольфрамо-галогенные, ксеноновые, карборундовые источники для монохроматоров, а также ртутные лампы для калибровки приборов. Обращаем внимание на широкий выбор лазерных источников в нашем каталоге. Вы можете выбрать диодный / твердотельный лазер в диапазоне от 200 до 3000 нм, соответствующий вашей задаче.

• Монохроматор канала возбуждения. Применяется для выделения определенного диапазона длин волн (возбуждающего) источника излучения. Не является обязательным элементом для систем, использующих источники с узкой шириной спектральной линии (например, лазеры). Монохроматоры возбуждения, как правило, имеют в комплекте моторизированное колесо светофильтров для отсечения вторых порядков. Входная и выходная щель спектрометра может быть выбрана ручной и моторизированной.

• Камера для образцов. Данный узел системы является конструктивно наиболее простым, но имеет важное значение. Удобство размещения образца, наличие корректных держателей под нужный тип исследуемых образцов и герметичная конструкция с большой апертурой входной и выходной щелей – все эти преимущества камер серии SAC от Zolix Instruments обеспечивают надежную работу.

• Монохроматор эмиссии (испускания). Данный модуль конструктивно может не отличаться от монохроматора возбуждения (в случае продукции Zolix Instruments), но иметь другую конфигурацию портов. Монохроматор эмиссии применяется для разложения в спектр излучения от образца. На входную щель данного спектрометра может падать как расссеяный свет от образца, так и прошедшее/отраженное излучение. В спектрофлуориметрах Omni-Fluo на вход монохроматора эмиссии с камеры для образцов подается сигнал флуоресценции/свечение. Отметим, что часто монохроматор эмиссии совмещен с детектором.

• Детектор. Высокоэффективный детектор – необходимый элемент любой спектральной систем. Компания Zolix Instruments предлагает широкий выбор детекторов для работы в диапазоне от 185 нм до 12 мкм. Популярный спектральный диапазон 200-1100 нм представлен большим количеством моделей: от высокочувствительных ФЭУ до быстрых лавинных фотодиодов. Большинство детекторов оснащены встроенным предусилителем, другие предлагаются с внешним модулем усиления электрического сигнала.

• Блоки электроники. К основным электронным модулям спектральных систем относят синхронный усилитель (lock-in amplifier), модуль обработки данных со счетчиком фотонов, контроллеры температуры для охлаждаемых детекторов и образцов, источники питания спектрометров и источников излучения. Синхронный усилитель, например модель DCS500PA, позволяет выделить сигнал на фоне шумов, а системы обработки данных, такие как DCS300PA, обеспечивают обработку сигнала, поступаемого с детектора спектральной системы. Настольные счетчики одиночных фотонов, такие как WT-SPD от RMY Photonics, могут использоваться в экспериментах по измерению времени жизни люминесценции и позволяют обнаруживать слабые сигналы.

• Программное обеспечение. Узлы спектральной системы должны быть связаны не только с помощью физических средств (кабелей, оптомеханических аксессуаров) и оптики, но и с помощью программных средств. Так, например, готовое ПО для регистрации спектров флуоресценции и времени жизни люминисценции делает работу с Omni-Fluo удобной и быстрой. В качестве другого примера рассмотрим высокопроизводительный научный спектрограф Omni-λ3008i-DFieldN. Данный модуль идет в комплекте с программным обеспечением, связывающим сканирование по спектру с регистрацией оптического сигнала CCD-детектором. Это избавляет пользователя от дополнительных временных и материальных затрат на написание программы синхронизации спектрометра и детектора. Стоит отметить, что все монохроматоры и собранные под заказ спектральные системы Zolix Instruments идут в комплекте с софтом ZolixScan и комплектом SDK для интеграции в пользовательские системы.

Подробная схема спектроскопических систем Zolix Instruments

 Мы можем собрать спектральную систему на базе приборов Zolix Instruments, CNI Laser, Infrared Associates и других надежных поставщиков оптико-электронного оборудования под заказ. Вы можете связаться с нами любым удобным способом для получения дополнительной информации.