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          售前熱線: 400-623-2690

          關注海洋光學:

          模塊化光譜儀反射應用解決方案

          模塊化光譜儀反射應用解決方案

          摘要

          模塊化光譜儀為不同物質的測試提供簡單、易操作、易更換的樣品測試系統,可以幫助客戶實現實驗室、現場的一體化解決方案。

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          使用光譜儀進行反射測量,就類似于人眼對所看到的物體反映一樣(紅色還是綠色呢?),但是更具量化和客觀性。通過反射光譜測量我們可以對兩個顏色相近或者不同質地的物體進行對比分析?;诓荒軓臉悠繁砻娣瓷涞墓馐怯捎跇悠繁旧硖囟ɑ瘜W物質的吸收或者散射或透射引起,所以我們還能通過反射光譜信息獲得樣品的成分組成。

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          反射包括鏡面反射和漫反射。當光照射到非常光滑的表面(例如鏡子或者玻璃)會發生鏡面反射,這時候反射角等于入射角。相對的,不光滑表面就會發生漫反射,它的反射光是不規則的,四面八方的。我們觀察到物體的顏色大多數是基于漫反射,而那些非?;窝鄣幕蛘叻浅9饬恋臉悠繁砻娲蠖鄶凳晴R面反射和漫反射同時存在。當我們對物體進行反射測量時,判斷物體表面主要是哪種反射類型是非常重要的,另外需要判斷我們是否要接收全部還是部分的反射光。在食品應用中,大多數反射測量都是基于漫反射來測定的。

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          Specular Reflection

          鏡面反射

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          Diffuse Reflection

          漫反射

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          樣品的反射光譜數據可以通過CIE顏色定義進行顏色計算,從而對不同物體進行區分篩選或者質量控制??梢詼y試的樣品可以包括汽車零部件、油漆、咖啡豆、染發或者蜥蜴,同時我們還提供測量樣品所需的附件。接下來我們就反射測量系統(光譜配件、探頭等等)進行詳細分析。

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          反射探頭

          Reflection Probe QR400-7-VIS-NIR

          標準反射探頭:QR400-7-VIS-NIR

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          當我們需要快速測量樣品或者應用在樣品表面非常小的采樣點時,反射探頭就是非常理想的選擇。它既可以測量鏡面反射,也可以測量漫反射,而且可以基于光源和光譜儀的配置不同,選擇不同類型的光纖(UV-Vis或者 Vis-NIR)。探頭的發射光和反射光是同一方向的,接收到的光是反射光的一部分,所以使用反射探頭測量反射光譜是一種相對測量。

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          透反射支架(圖1)是用來固定反射探頭的標準配件,同時也可以用于透射測量。使用透反射支架,可以有效地減少光源對樣品的過度加熱,對于生物樣品或者有機樣品,還有那些低熔點的樣品非常重要。

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          STAGE-RTL-T

          圖1

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          反射探頭(圖2)在與發射光同一方向進行收光,所以可以用于鏡面反射或者漫反射。從圖2中可以看出,探頭的周圍有6根入射光纖組成,中心25°接收的位置為1根接收光纖。從圖中我們很直觀地認為6根為接收端,但其實我們使用1根為接收端連接到光譜儀更為有效。這是因為光源通過6根光纖以圓錐形的方式入射到樣品表面(圖3),而中心的光纖能收集到所有這些光斑反射回來的光(圖3中紅色部分)。

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          reflection probe 6-around-1 close-up圖2? Making Measurements with Reflection Probe圖 3

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          鏡面反射的測量,需要將探頭以90°方式固定在樣品表面。對于漫反射測量,探頭與樣品的表面的需要有一定角度。需要記住的是,從光纖照射到樣品表面的光,需要一定的空間來形成反射光,所以探頭需要與樣品有一定的距離。另外不能讓探頭刮傷樣品的表面。使用反射探頭支架,能很好地固定探頭與樣品表面的距離,獲得良好的反射測量數據。圖4為標準的反射探頭固定件RPH-1,圖5為使用在彎曲表面的反射探頭固定件CSH-1

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          RPH-1 reflection probe holder?圖4 Curved Surface Probe Holder?圖5

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          如何計算反射探頭的光斑

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          Advanced Measurements Reflectance

          當使用90°接收反射光時,樣品表面的光斑直徑可以使用1/2d(d=探頭到樣品的距離)的近似值進行計算。45°角接收,光斑大小在0.44d~0.63d之間。

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          為了更清晰地弄懂反射探頭是如何從樣品表面收光的,將收光光纖直接對準光源觀察就行,收集到的樣品表面的光斑就是您從光源觀察到的形狀。如果您使用RPH-1探頭支架,可以將該探頭反過來觀察或者使用一張白紙作為樣品來觀察光斑的大小。

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          積分球

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          ISP-50 Gloss Trap 1

          圖6

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          反射式積分球(圖6)是測量反射的理想選擇,它可以用來測量粗糙表面的樣品,比如:拉絲金屬表面,魚鱗和谷物。積分球可以180°收集樣品表面的反射光,所以它能盡可能多地收集樣品表面的反射光。反射式積分球還能使用在彎曲表面,或者顏色測量。海洋光學提供5mm和8mm收光孔徑的反射式積分球。

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          Integrating Sphere

          圖7

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          積分球的魔力就是它能將樣品表面發射的光很好地在積分球內部進行勻化,然后再耦合到光譜儀。反射光通過圓形的入射光孔徑進入積分球,然后經過分球內壁涂抹的特殊涂層材料的均勻反射(不論是任何方向的入射光)。積分球的工作原理參考圖7。

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          自由光路中使用的準直透鏡

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          74-series-collimating-lens

          圖8

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          在做反射測量時,準直透鏡可以使用在光纖的末端來準確地固定入射光和反射光的角度。鏡面發射或者漫反射都可以使用這樣的測量方式,但是我們需要固定夾具來對測量系統進行固定。準直透鏡必須預先調焦來避免光束的發散,來保證獲得更好的光譜,雖然這回浪費更多的時間,但是這確必不可少。另外,我們還發現顏色測量中使用準直透鏡和光纖的測量方法,不如使用積分球測量來的準確。

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          動態測量顆粒狀樣品

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          http://oceanoptics.com/wp-content/uploads/DynaCup-Image-480x480.png

          圖9

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          動態樣品測量是基于樣品臺旋轉或者直線移動來對樣品進行測量,并獲得測量的平均信號。這種測量方式避免了結果的多樣性,提高了樣品測量的均一性結果,特別是對于谷物、種子和土壤類等不均一的樣品,是比較理想的選擇。

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          另外,動態樣品測量是提高測量一致性的有效方法,特別是在顏色應用和UV-Vis反射測量中,同時它還能簡單有效地提高光譜測量的重復性和精確度。圖9為動態樣品臺的樣例圖。

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          粉末和高粘度液體樣品應用

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          r400_angle_probe

          10

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          帶一定切角的反射探頭(圖10)非常適用于顆粒狀樣品和高粘度液體樣品。45°切角的探頭切面,可以將入射光與樣品之間的距離延長,另外探頭表面的保護材料,可以確保探頭可以直接插入到粉末或者液體樣品中進行測量,從而獲得重復性良好的反射光譜。

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          Rx Probe with Powders

          一般反射探頭同時可以搭配比色皿或者顯微底座鏡來測量少量樣品的反射率。當入射光從比色皿或者顯微鏡底座照射到樣品表面時,探頭同時可以接收到樣品反射回來的光。與坑洼不平的樣品表面測量相比,平整表面可以獲得更連續的光譜數據。

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          總結

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          海洋光學為您的反射測量提供多種多樣的采樣附件,這可以為實驗室或者原位測量提供更合理的解決方案。另外,我們的應用工程師也可以根據您的具體應用給您選配不通過的光源,光譜儀,光纖和采樣附件,具體的可以聯系海洋光學。

          反射率測量典型配置圖

          反射率測量典型配置圖

          典型配置清單:

          USB4000-UV-VIS

          General-purpose spectrometer preconfigured with 600 l/mm grating set to 200-850 nm, 25 μm entrance slit and order-sorting filter

          DH-2000-CAL

          Deuterium-tungsten halogen light source (~215-2500 nm)

          QR400-7-VIS-NIR

          Reflection probe (6-around-1 fiber design), optimized for VIS-NIR response, 2 m length

          RPH-1

          Fixture for holding 1/4″ (6.35 mm) diameter reflection probes, simple positioning of probe at 45° or 90°

          STAN-SSH

          Specular reflectance – options for high and low specular reflectivity; Calibrated standard – NIST-traceable version available

          OceanView

          Spectroscopy software

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