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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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應(yīng)用 Cary分光光度計表征亞納米級窄帶濾光片
2024-10-31 閱讀(43)
摘要與利用單色器中的光柵分光相比，利用帶通濾光片來分離窄波長區(qū)域是一種更加經(jīng)濟(jì)方便的方式。很多商品化的帶通濾光片具有 10 nm 左右的半高寬 (FWHM)，本應(yīng)用簡報介紹了利用 Cary UV-Vis-NIR 分光光度計技術(shù)表征 3 塊亞納米級 FWHM 帶通濾光片，結(jié)果顯示其中 1 塊濾光片的 FWHM 帶寬為 3.1 ?，另外 2 塊濾光片的FWHM 帶寬為 1.2 ?。
討論要確保亞納米級 FWHM 帶通濾光片得到成功表征，需要優(yōu)化好儀器的參數(shù)，選擇合適的樣品固定方式。這種類型樣品的測試對于光譜工作者來說是一個頗具挑戰(zhàn)性的項目，用 CaryUV-Vis-NIR 分光光度計能夠得到很好的測試結(jié)果，從而也證明了它的優(yōu)異性能。在測試中，建議先將分光光度計預(yù)熱 1 小時，然后關(guān)機(jī)，隨即重新啟動系統(tǒng)，讓系統(tǒng)完成初始化（重置），在開始測試樣品前，還需要利用驗(yàn)證軟件應(yīng)用程序進(jìn)行波長驗(yàn)證測試，檢查儀器波長是否處于正常狀態(tài)。帶通濾光片的功能是基于干涉原理來實(shí)現(xiàn)的，所以它們對入射光的角度比較敏感。隨著入射光角度的增加，波峰略微向短波長漂移，相反，隨著溫度的增加，波峰略微向長波長漂移。為了消除溫度對測試結(jié)果的影響，窄帶濾光片通常在特定的溫度下測試，一般來說是 23 °C。
從圖 1 和圖 2 中可以清楚地看出，在測試時，需要特別注意實(shí)驗(yàn)室溫度不要大幅度地波動，如果儀器的固體樣品支架正確安裝，并且濾光片和固體樣品支架之間沒有夾雜其他異物的情況下，入射角度一般不會超過 1°。方程 1 可以用來計算在平行光照射下，入射角高達(dá) 15° 下濾光片中心波長的漂移情況。方程 1. Iθ = Io[1 – (Ne/N*)2 sin2θ]1/2方程中：Iθ = 入射角度下濾光片中心波長Io = 垂直入射時濾光片中心波長Ne = 外部環(huán)境的折射率N* = 濾光片的折射率（參考制造商規(guī)格）θ = 入射角對于會聚光和發(fā)散型的光，波長漂移稍微會低些，此時，錐角應(yīng)該作為因變量。一個比較好的估計波長漂移的方法是在方程 1中將錐角作為 θ 角，將計算得到的 Iθ 除以 2。圖 1 和圖 2 顯示了中心波長隨著溫度和入射角度變化的大致趨勢。一般來說，溫度變化 5 °C 或者角度變化 1°，中心波長的漂移將可能達(dá)到 0.05 nm。
儀器因素分光光度計的狹縫高度要設(shè)置在降低的位置，選擇雙光束測試模式，獨(dú)立控制的標(biāo)簽要激活，以便于將光譜帶寬 (SBW) 值設(shè)置為 0.040 nm 以下。SBW 和數(shù)據(jù)間隔的設(shè)置要確保在濾光片的帶寬范圍內(nèi)采集得到足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)。從圖 3 中可以看出FWHM 和波峰位置與 SBW 之間的密切關(guān)系。隨著 SBW 的增加，波峰位置和最大透射率百分比降低。
對于 Cary UV-Vis-NIR，設(shè)置狹縫為降低的高度，在樣品前后50 mm 各放置一個 1 mm 的光闌時，錐角會從最大 5.0° 降低到 0.6°。0.6o 的錐角可以將窄帶濾光片的中心波長漂移降低到 0.05 nm 以下。在樣品安裝的過程中，需要注意使 1 mm光闌處于光斑的中心位置，并且兩個光闌中心點(diǎn)的連線與光路平行。可以通過調(diào)節(jié)兩個光闌，在軟件上同步監(jiān)控光通量的大小，來獲得最佳的位置。
首先，在樣品光路中放入一個 1 mm 孔徑的光闌，將儀器波長設(shè)置到常用的光譜帶寬 SBW（例如 1.5 nm）時，掃描得到的中心波長的位置。調(diào)節(jié)光闌的高度，直到軟件上顯示 %T 值達(dá)到最大，用螺釘鎖定光闌的位置。在參考光路前后各放入一個 5 mm 的光闌，并將信號最小化。選擇 5 mm 光闌的原因在于相對 1 mm 光闌來說其位置比較好調(diào)節(jié)。為了保證分光光度計的完整動態(tài)范圍，此時后光路中需要加衰減器，1.1 Abs 的后光路衰減器 (RBA) 足以使采集過程的基線掃描低于 100%。最后，在后光路中再放入兩個 5 mm 孔徑的光闌和RBA，在樣品光路的后面再放入一個 1 mm 孔徑的光闌，并調(diào)節(jié)其位置得到最佳的光通量，然后鎖定其位置。位置調(diào)節(jié)好后，重新檢查前后光闌的位置，以確保儀器具有最大的光通量。測試樣品前，要先進(jìn)行 100%T 和 0%T 背景掃描，應(yīng)選擇合適的信號平均時間以實(shí)現(xiàn)可接受的信噪比。對于亞納米級的 FWHM 帶通濾波片，該值可能至少高于 5 秒，此時，如果采樣間隔為 3 nm，掃描一個樣品的可見光譜可能需要 20 分鐘。或者，也可以使用軟件的信噪比 (S/N) 控制功能來大幅縮短掃描時間。通過選擇所需的 S/N 值，掃描速率將在光譜噪聲較少的區(qū)域自動增加。圖 4 和圖 5 顯示了三種不同窄帶濾光片的光譜。
