Die gesamte Kerntechnologie des Online-Spektrometers umfasst die Dispersionskomponenten, die fokussierten Bildgebungssysteme, die Detektoren und die Signalverarbeitungssysteme. Alle Teile ermöglichen eine hochpräzise Spektralanalyse, die wie folgt demontiert wird:
1. Dispersionselemente: Grundstein der spektralen Trennung
Die Dispersionselemente sind der Kernbauteil des Spektrometers, der durch das Dispersionsprinzip des Lichts das zusammengesetzte Licht in einfarbiges Licht zerlegt. Häufige Typen umfassen:
Raster: Mit dem Diffraktionsprinzip wird durch eine periodische Struktur das Licht verschiedener Wellenlängen in verschiedenen Winkeln abgelenkt, um die Wellenlängentrennung zu erreichen. Der Vorteil besteht in der hohen Auflösung, der gleichmäßigen Diffusion und der geeigneten Verwendung im UV- bis nahen Infrarotband. Allerdings ist es notwendig, mit dem Filter die Diffuse-Lichtstörung des mehrstufigen Spektrums zu beseitigen.
Prisma: Diffusion basierend auf den Brechungsdifferenzen zwischen verschiedenen Wellenlängen des Lichts, die Fähigkeit zur Diffusion von kurzen Wellenlängen ist stärker. Seine Struktur ist einfach und kostengünstig, aber es gibt Probleme mit nichtlinearer Diffusion und ungleichmäßiger Diffusion, die in der Regel im sichtbaren Lichtband verwendet werden.
PGP-Kombination (Prisma-Raster-Prisma): Mit dem Raster als Kern erreicht die Kombination von Prisma eine lineare Diffusion, aber die Herstellungskosten sind höher und das Systemvolumen ist größer.
Fokussiertes Bildgebungssystem: Präzise Übertragung des Lichtsignals
Einfarbiges Licht nach der Diffusion muss über ein fokussiertes Bildungssystem wie eine Linsengruppe auf die Bildfläche des Detektors zusammengeführt werden. Das System erfüllt die Anforderungen an weite Winkel, große Aperturen und breite Bandbreiten und eliminiert Farbdifferenzen, um eine flache Bildgebung zu ermöglichen, um sicherzustellen, dass die Spektrallinien klar getrennt sind. Zum Beispiel verwendet ein ICP-Spektrometer ein mittleres Treppenraster in Kombination mit einer Prisma-Kreuzfarbung, um den Lichtstrom und die Auflösung zu berücksichtigen.
Detektor: Umwandlung von Lichtsignalen in elektrische Signale
Der Detektor erfordert eine hohe Empfindlichkeit, geringes Rauschen und schnelle Reaktion:
CCD (Charge Coupled Device): Geeignet für die Breitbanddetektion, um eine hochauflösende Spektralerfassung über eine Face- oder Drahtmatrix-Struktur zu ermöglichen. Zum Beispiel verwendet das VeritySD1024G-Spektrometer eine TEC-KühlCCD, um das Dunkelstromräusch zu reduzieren und das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
Photodioden-Arrays: Für Szenarien mit hoher Geschwindigkeit, wie z. B. ein LIBS-Spektrometer, das eine Elementanalyse in einer Millisekundenzeit durchführen muss, mit hohen Anforderungen an die Reaktionsgeschwindigkeit des Detektors.
Signalverarbeitungssysteme: Datenoptimierung und -ausgabe
Das elektrische Signal wird verstärkt, gefiltert und in ein digitales Signal umgewandelt, um durch Algorithmen Geräusche zu beseitigen, Wellenlängen-Drift zu korrigieren und schließlich spektrale Bilder oder Daten zu erzeugen. Zum Beispiel erstellt ein Spektrometer eine Arbeitskurve durch Probenarbeit und ermöglicht eine quantitative Analyse des Elementgehalts.