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      微型光纖光譜儀工作探測范圍拓展至深紫外波段

      微型光纖光譜儀工作探測范圍拓展至深紫外波段

      本文關鍵詞: 生物醫藥吸光度熒光
      摘要

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      Maya2000 Pro Spectrometer Extends to VUV

      微型光纖光譜儀探測范圍拓展至深紫外波段 ? ? ? ?

      摘要

      通過將背照式薄型檢測器引入微型光纖光譜儀,并輔助以真空及稀有氣體保護等手段,減少水、氧氣和其他氣體對真空紫外波段光的吸收,經濟又便利地將光譜探測范圍拓展至深紫外波段(153nm)。

      前言

      各種材料都在真空紫外波段(尤其在30-200nm)有指紋光譜,隨著對深紫外橢偏光度法關注度的提高,對基礎原子物理,以及粒子加速器和同步輻射中深紫外輻射與物質作用等研究的深入,深紫外光譜的應用已遍及生物醫藥至半導體檢測的各種領域。由于基于標準硅電荷耦合器件的檢測器,其光譜響應在400nm附近迅速下降,而氧氣和水在深紫外波段的吸收,也使得無法在真空外獲得足夠的深紫外信號,加之技術壁壘和瓶頸,價格也不具優勢。因此,多數商業化的深紫外檢測光譜儀需要定制,價格高昂,并且儀器體積龐大影響其在諸多常規檢測中的應用。

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      為了解決這一難題,我們推出了新款Maya2000 Pro,其具有真空紫外探測能力。該款光譜儀以101.6mm焦距光具座,和緊湊的交叉式Czerny-Tuner光路設計,擁有背照式薄型CCD檢測器,具備杰出的紫外/深紫外檢測性能。光譜儀的光具座內用氮氣吹洗,有效降低了光路內部的信號衰減,在深紫外實驗中,其穩定飽滿光譜信號的獲取范圍可拓展至153nm。

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      實驗部分:

      實驗中用于檢測性能的Maya2000Pro配置了高分辨,紫外增強的全息光柵(H7,2400g/mm),狹縫寬25um,可實現光學分辨率~0.10nm(FWHM)。背照式薄型檢測器的特點為量子效率峰值高達75%,UV量子效率高達50%。為改善深紫外光波的透過性,檢測器上方安裝了定制的氟化鎂玻璃窗口。外部光源采用DH-2000氘燈-鹵鎢燈復合光源可在單一光路中穩定輸出190到1700nm的連續光譜。

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      被測樣品是深紫外氘燈,配有深紫外級光學窗口,直接與光譜儀相連接。

      實驗中被測光源和光譜儀均密封在手套箱中,向箱內充入標準實驗室級氮氣,光譜儀的光具座也同樣充入氮氣,以減小內部光路的信號衰減。箱內聚酯氣球充氣膨脹用于加速排空空氣。

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      微型光纖光譜儀探測范圍拓展至深紫外波段???????????????????????????????????????????????

      摘要

      通過將背照式薄型檢測器引入微型光纖光譜儀,并輔助以真空及稀有氣體保護等手段,減少水、氧氣和其他氣體對真空紫外波段光的吸收,經濟又便利地將光譜探測范圍拓展至深紫外波段(153nm)。

      前言

      各種材料都在真空紫外波段(尤其在30-200nm)有指紋光譜,隨著對深紫外橢偏光度法關注度的提高,對基礎原子物理,以及粒子加速器和同步輻射中深紫外輻射與物質作用等研究的深入,深紫外光譜的應用已遍及生物醫藥至半導體檢測的各種領域。由于基于標準硅電荷耦合器件的檢測器,其光譜響應在400nm附近迅速下降,而氧氣和水在深紫外波段的吸收,也使得無法在真空外獲得足夠的深紫外信號,加之技術壁壘和瓶頸,價格也不具優勢。因此,多數商業化的深紫外檢測光譜儀需要定制,價格高昂,并且儀器體積龐大影響其在諸多常規檢測中的應用。

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      為了解決這一難題,我們推出了新款Maya2000 Pro,其具有真空紫外探測能力。該款光譜儀以101.6mm焦距光具座,和緊湊的交叉式Czerny-Tuner光路設計,擁有背照式薄型CCD檢測器,具備杰出的紫外/深紫外檢測性能。光譜儀的光具座內用氮氣吹洗,有效降低了光路內部的信號衰減,在深紫外實驗中,其穩定飽滿光譜信號的獲取范圍可拓展至153nm。

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      實驗部分:

      實驗中用于檢測性能的Maya2000Pro配置了高分辨,紫外增強的全息光柵(H7,2400g/mm),狹縫寬25um,可實現光學分辨率~0.10nm(FWHM)。背照式薄型檢測器的特點為量子效率峰值高達75%,UV量子效率高達50%。為改善深紫外光波的透過性,檢測器上方安裝了定制的氟化鎂玻璃窗口。外部光源采用DH-2000氘燈-鹵鎢燈復合光源可在單一光路中穩定輸出190到1700nm的連續光譜。

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      被測樣品是深紫外氘燈,配有深紫外級光學窗口,直接與光譜儀相連接。

      實驗中被測光源和光譜儀均密封在手套箱中,向箱內充入標準實驗室級氮氣,光譜儀的光具座也同樣充入氮氣,以減小內部光路的信號衰減。箱內聚酯氣球充氣膨脹用于加速排空空氣。

      圖1. 實驗設備:手套箱中為DH2000MAYA2000 PRO。

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      圖2. a隨著氣球被氮氣充滿,氧氣被排擠出手套箱;b氣球放出氮氣;c NeoFox氧氣傳感器探入手套箱驗證氧氣濃度級別。

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      排凈空氣后,聚酯氣球放氣將氮氣不斷充入手套箱,過量的氮氣通過箱右側半充滿水管排出腔體。同樣將NeoFox氧氣傳感器探入,檢測手套箱內的氧氣級別。(見圖3)

      圖3 Neofox 軟件界面截圖,表明氮氣清洗中的氧氣濃度下降。

      結論

      檢測系統光譜分辨率為0.1nm,信躁比為450:1,積分時間為100ms。

      標準氮氣凈化(無氧氣)和未凈化(含氧氣)的圖譜見圖4。未凈化圖譜中可觀察到氧氣的發射峰。吸收發射峰尖銳明晰,開始于短波段的182.85nm。同樣可以通過標準氮氣凈化(無氧氣)和未凈化(含氧氣)圖譜數據的比較,表明Schumann-Runge帶,即氧氣的吸收帶,在176-192.6nm。

      圖4 深紫外氘燈的發射圖譜表現出明顯的譜峰,標準凈化與未凈化圖譜比較表明Schumann-Runge帶的存在。

      圖5 在另一不同的實驗中得到的深紫外發射源的圖譜,譜峰明顯,信噪比性能優異,光學分辨率達到0.1nm(FWHM)。

      小結

      具有超深紫外探測功能的Maya2000 Pro在實驗中檢測限可低至182.85nm,根據測試系統的配置,該款光譜儀可應用于深紫外波段(153nm)的實驗。見圖5。

      這一結果表明Maya2000Pro的經濟實用的革新設計深紫外應用中具有極大優勢。

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      相關文獻:

      “High resolution absorption cross section measurements of the Schumann-Runge bands of O2 by VUV Fourier transform spectroscopy,” T. Matsui, K. Yoshino, et al. Atomic and Molecular Science. Photon Factory Activity Report 2002 #20 Part B (2003)

      “Measurement of oxygen atom density employing vacuum ultraviolet absorption spectroscopy with microdischarge hollow cathode lamp,” H. Nagaia, M. Hiramatsu, M. Horib, and T. Goto, Review of Scientific Instruments. 74 (7): 3453-3459 (2003)

      “Optical Properties of Aluminum Oxide: Determined from Vacuum Ultraviolet and Electron Energy-Loss Spectroscopies,” R.H French, H. Müllejans, and D. J. Jones, Journal of the American Ceramic Society. 81 {10}: 2549-57 (1998)

      “Sequestration of CO2 discharged from anode by algal cathode in microbial carbon capture cells (MCCs),” X. Wang, Y. Feng, et al. Biosensors and Bioelectronics 25: 2639–2643 (2010)

      “Spectroscopic Studies of Impurities in the LHD Plasmas,” Z. Wu and S. Morita, Online PowerPoint. 1-31 (2007)

      “VUV Radiation from Laser-produced Plasmas: Applications to Molecular Photoionisation and Ion-pair Production,” S.L.Wang, K.P.Lawley, R.J.Donovan, K.W.D. Ledingham, T.McCanny, R.P.Singhal, R. Allott, N.Spencer, W.Shaikh and I.C.E. Turcu, Science – Lasers for Science Facility Programme, CLF Annual Report 1996/97. 167-168 (1997)

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