便携式紫外 - 可见分光光度计的设计（一）

传统紫外-可见分光光度计采用单通道的光电倍增管实现光电转换,采用波长扫描机构(如正弦机构)实现整个光谱范围内的波长扫描, 该类仪器一般体积庞大、测量速度慢、不能进行在线测量 , 导致其只能在实验室内应用,不能在工业、农业等现场得到广泛的应用,从而使其应用范围受到了一定的限制。因此人们希望光谱仪器小型化、便携式、现场应用的呼声也就越来越高,到了 20 世纪 70 年代,随着各种相关技术, 如电子技术、 固态多通道检测技术、光纤技术、平场凹面全息光栅技术、触摸屏技术等的不断发展, 设计便携式紫外-可见光谱仪就成为了可能, 本文将介绍一种便携式紫外 - 可见光谱仪器的设计方法。

   散系统是紫外-可见光谱仪的核心部分,传统紫外-可见光谱仪器采用光电倍增管等单通道检测器件实现光电转换,采用波长扫描机构(正弦结构)实现波长扫描。到20世纪70 年代,随着多通道检测器件的诞生以及与之相配合使用的色散元件-平场凹面全息光栅的产生,设计小型化、固态化色散系统就成为可能。多通道检测器件可以采集一段光谱范围内的光谱信息,与适当的光学系统配合使用可以保证系统中没有活动部件。平场凹面全息光栅是在凹面全息光栅的基础上对原来为球面的光栅表面进行调整 ,以非球面代替原来的球面 ,从而对原来出射谱面为罗兰圆的光谱带进行了调整,保证其中一部分出射光谱面为平面,以便与接收面为平面的固态多通道检测

器件配合使用 , 另外该光栅在设计的过程中对各种像差进行了校正。

   以平场凹面全息光栅和多通道检测器件为核心的色散系统的结构内部没有活动部件,结构非常简单,只要选择出臂或入臂比较短的光栅 , 就可以实现色散系统的小型化。经过多方比较, 多通道检测器件选择为日本滨松公司的S3904- 1024Q(光谱响应范围200～1100nm ,接收面长

度为25.6nm , 像元的高度为2.5mm) , 我们是根据以下几个方面选择合适的平场凹面全息光栅 。

(1)光栅的光谱范围要满足紫外- 可见分光光度计的光谱范围要求(200 ～ 800 nm);

(2)光栅的尺寸应该尽量小 , 可以保证色散系统的体积很小 ;

(3)光栅出射光谱面长度要与多通道检测器件的接收面长度相匹配,最好比多通道检测器件的接收面短一点 , 以更有利于光谱的接收 ;

(4)光栅入臂和出臂的长度应该尽可能的短,可以保证色散系统的体积很小。