Sinds de introductie van de eerste modulaire spectrometers in de vroege jaren 90 hebben opeenvolgende generaties van deze veelzijdige instrumenten significante verbeteringen aangetoond op belangrijke prestatie-indicatoren zoals signaal-ruisverhouding (SNR), optische resolutie, scansnelheden, strooilicht en lineariteit.
De Ocean SR2 spectrometer maakt deel uit van de nieuwste generatie moderne modulaire spectrometers. De spectrometer heeft een unieke lineaire CCD-arraydetector, verbeterde elektronica voor snelle spectrale acquisitie (integratietijden tot 10 µs), en uitstekende SNR-prestaties (380:1) voor absorptiemetingen, plasmamonitoring en andere toepassingen.
Met behulp van een Ocean SR2 spectrometer met een gebalanceerde deuterium halogeen lichtbron en een optische filterhouder hebben we verschillende combinaties van optische kleur-, balancerings- en UV-blokkerende filters gemeten. In vergelijking met een soortgelijk type spectrometer voor dezelfde metingen vertoonde de Ocean SR2 hogere absorptiewaarden – wat wijst op een lagere strooilichtprestatie – en een betere SNR bij langere golflengten, het resultaat van een meer gebalanceerde spectrale gevoeligheid over het hele spectrale bereik (figuur 1).
________________________________________________
Figuur 1.
Bij metingen met blauwe filters levert het lagere ruisniveau van de Ocean SR2 een betere SNR op bij langere golflengten dan een vergelijkbare spectrometer.
________________________________________________
Voor de beste resultaten bij soortgelijke metingen moet de lichtbron gedurende de aanbevolen tijd (in sommige gevallen tot 30 minuten) worden opgewarmd. Het lichtrendement van de lichtbron zal zeer licht blijven veranderen totdat de bron in thermisch evenwicht is, hetgeen van invloed is op de metingen. Schakel ook nooit de lichtbron uit of koppel de fibers los om een donkere meting te doen. Blokkeer in plaats daarvan de lichtbron bij de oorsprong, of bij de filterslot in de samplehouder. Zorg ervoor dat het gebruikte voorwerp 100% van het licht blokkeert; metaal werkt goed.
In de context van absorptie metingen kan de SNR van de spectrometer het verschil betekenen tussen uitstekende resultaten en mindere. Wij hebben gezien hoe de Ocean SR2 beter presteert dan een vergelijkbare spectrometer voor absorptiemetingen, vooral in het UV. Dit maakt de Ocean SR2 een aantrekkelijke optie voor toepassingen zoals moleculaire diagnostiek.
Ter verduidelijking: SNR is de signaalintensiteit gedeeld door de ruisintensiteit bij een bepaald signaalniveau, wat betekent dat SNR van meting tot meting kan variëren. Aangezien systeemruis gewoonlijk toeneemt als functie van het signaal ten gevolge van optische ruis, is de SNR-functie een grafiek van individuele SNR-waarden versus het signaal waarbij zij werden verkregen. De door Ocean Insight gerapporteerde SNR-waarde van een spectrometer is de maximaal mogelijke SNR-waarde die bij verzadiging van de detector wordt verkregen. De SNR-responscurve voor elke pixel wordt geacht dezelfde te zijn.
SNR kan worden verbeterd door gebruik te maken van signaalmiddeling, zoals wij hier voor de meeste van onze metingen hebben gedaan. Voor tijd gebaseerde middeling zal de SNR toenemen met de vierkantswortel van het aantal gebruikte spectrale scans. Bijvoorbeeld, een SNR van 380:1 – de SNR voor de Ocean SR2 – wordt 3800:1 als 100 scans worden gemiddeld. Voor ruimtelijke middeling (boxcar) neemt de SNR toe met de vierkantswortel van het aantal pixels waarover wordt gemiddeld.
Met de Ocean SR2 betekent een meer gebalanceerd spectrum over het golflengtebereik dat de gebruiker sommige delen van het spectrum niet hoeft te verzadigen om in een ander deel voldoende signaal te krijgen. Bij sommige opstellingen kan er sprake zijn van een hoge gevoeligheid in een bepaald deel van het spectrum en een lager signaalniveau in een ander deel. Stappen die je neemt om het signaal in minder gevoelige gebieden te verhogen – zoals het verhogen van de integratietijd van de spectrometer – kunnen zich vertalen in meer ruis op die golflengten en leiden tot verzadiging op golflengten waar de gevoeligheid al hoog is.
Als de respons echter vlakker is over het hele spectrum, kan de integratietijd worden verhoogd – mits u over voldoende lichtintensiteit beschikt – en verbetert de SNR (figuur 2).
________________________________________________
Figuur 2.
Bij ~250 nm komt de vergelijkingsspectrometer dicht bij verzadiging, wat de mogelijke integratietijd beperkt en een lagere respons over het hele spectrale bereik oplevert. Met de Ocean SR2 is het spectrum evenwichtiger over het hele spectrale bereik, wat meer flexibiliteit geeft bij het optimaliseren van de meetparameters.
________________________________________________
Bij absorptiemetingen bijvoorbeeld wordt eerst een donkere meting verricht, dan een referentiemeting en vervolgens een sample meting. In wezen vergelijkt u de referentie met het monster. Als zowel de referentie- als de sample meting een goed signaal hebben, is uw resultaat veel zekerder dan wanneer beide metingen relatief zwakke signalen hebben, aangezien de SNR groter zal zijn.
Uiteindelijk, met de relatief gebalanceerde gevoeligheid van de Ocean SR2, zult u meer consistente prestaties bereiken over het gehele golflengtebereik van de spectrometer.
Hoewel de Ocean SR2 een uitstekende optie is voor absorptiemetingen, strekt zijn veelzijdigheid zich ook uit tot andere toepassingen. Bijvoorbeeld, voor irradiantie gekalibreerde metingen zoals zonne-irradiantie, is de Ocean SR2 in staat om spectrale pieken met een hoge resolutie te detecteren, evenals minder voor de hand liggende kenmerken in het spectrum. De spectrometer is ook nuttig voor het meten van hoge intensiteit lichtbronnen en hoge-energie plasma’s.
