Bài 2: Máy quang phổ sợi quang là gì và chọn khe, sợi quang như thế nào cho phù hợp?
Máy quang phổ sợi quang hiện là loại máy quang phổ chiếm ưu thế.Loại máy quang phổ này cho phép truyền tín hiệu quang qua cáp quang, thường được gọi là cáp quang, tạo điều kiện nâng cao tính linh hoạt và thuận tiện trong phân tích quang phổ và cấu hình hệ thống.Ngược lại với các máy quang phổ phòng thí nghiệm lớn thông thường được trang bị tiêu cự thường từ 300mm đến 600mm và sử dụng cách tử quét, máy quang phổ sợi quang sử dụng cách tử cố định, loại bỏ nhu cầu sử dụng động cơ quay.Độ dài tiêu cự của các máy quang phổ này thường nằm trong khoảng 200mm hoặc thậm chí có thể ngắn hơn đến 30mm hoặc 50mm.Những thiết bị này có kích thước rất nhỏ gọn và thường được gọi là máy quang phổ sợi quang thu nhỏ.
Máy quang phổ sợi thu nhỏ
Máy quang phổ sợi quang thu nhỏ phổ biến hơn trong các ngành công nghiệp do tính nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí, khả năng phát hiện nhanh và tính linh hoạt vượt trội.Máy quang phổ sợi quang thu nhỏ thường bao gồm một khe, gương lõm, cách tử, máy dò CCD/CMOS và mạch điều khiển liên quan.Nó được kết nối với phần mềm máy tính chủ (PC) thông qua cáp USB hoặc cáp nối tiếp để hoàn thành việc thu thập dữ liệu quang phổ.
Cấu trúc máy quang phổ sợi quang
Máy quang phổ sợi quang được trang bị bộ chuyển đổi giao diện sợi quang, cung cấp kết nối an toàn cho sợi quang.Giao diện sợi SMA-905 được sử dụng trong hầu hết các máy quang phổ sợi quang tuy nhiên một số ứng dụng yêu cầu giao diện sợi FC/PC hoặc phi tiêu chuẩn, chẳng hạn như giao diện sợi đa lõi hình trụ đường kính 10 mm.
Giao diện sợi SMA905 (màu đen), giao diện sợi FC/PC (màu vàng).Có một khe cắm trên giao diện FC/PC để định vị.
Tín hiệu quang sau khi đi qua sợi quang trước tiên sẽ đi qua một khe quang.Máy quang phổ thu nhỏ thường sử dụng các khe không thể điều chỉnh được, trong đó chiều rộng khe được cố định.Trong khi đó, máy quang phổ sợi quang JINSP cung cấp độ rộng khe tiêu chuẩn là 10μm, 25μm, 50μm, 100μm và 200μm với nhiều thông số kỹ thuật khác nhau và cũng có sẵn các tùy chỉnh theo yêu cầu của người dùng.
Sự thay đổi độ rộng khe có thể ảnh hưởng đến thông lượng ánh sáng và độ phân giải quang học, hai thông số này thể hiện mối quan hệ đánh đổi.Chiều rộng khe hẹp hơn, độ phân giải quang học cao hơn, mặc dù phải trả giá bằng thông lượng ánh sáng giảm.Điều quan trọng cần lưu ý là việc mở rộng khe để tăng thông lượng ánh sáng có những hạn chế hoặc là phi tuyến.Tương tự, việc giảm khe có những hạn chế về độ phân giải có thể đạt được.Người dùng phải đánh giá và lựa chọn khe phù hợp theo yêu cầu thực tế của mình, chẳng hạn như ưu tiên thông lượng ánh sáng hay độ phân giải quang học.Về vấn đề này, tài liệu kỹ thuật được cung cấp cho máy quang phổ sợi quang JINSP bao gồm một bảng toàn diện tương quan giữa độ rộng khe với mức độ phân giải tương ứng của chúng, đóng vai trò là tài liệu tham khảo có giá trị cho người dùng.
Khoảng cách hẹp
Bảng so sánh độ phân giải khe
Người sử dụng khi lắp đặt hệ thống máy quang phổ cần lựa chọn sợi quang phù hợp để thu và truyền tín hiệu đến vị trí khe của máy quang phổ.Ba thông số quan trọng cần được xem xét khi lựa chọn sợi quang.Tham số đầu tiên là đường kính lõi, có nhiều lựa chọn bao gồm 5μm, 50μm, 105μm, 200μm, 400μm, 600μm và thậm chí cả các đường kính lớn hơn 1mm.Điều quan trọng cần lưu ý là việc tăng đường kính lõi có thể tăng cường năng lượng nhận được ở đầu trước của sợi quang.Tuy nhiên, chiều rộng của khe và chiều cao của máy dò CCD/CMOS hạn chế tín hiệu quang mà máy quang phổ có thể nhận được.Vì vậy, tăng đường kính lõi không nhất thiết cải thiện độ nhạy.Người dùng nên chọn đường kính lõi thích hợp dựa trên cấu hình hệ thống thực tế.Đối với máy quang phổ của B&W Tek sử dụng đầu dò CMOS tuyến tính trong các mẫu như SR50C và SR75C, với cấu hình khe 50μm, nên sử dụng sợi quang có đường kính lõi 200μm để thu tín hiệu.Đối với máy quang phổ có đầu dò CCD khu vực bên trong ở các mẫu như SR100B và SR100Z, có thể phù hợp để xem xét các sợi quang dày hơn, chẳng hạn như 400μm hoặc 600μm, để thu tín hiệu.
Đường kính sợi quang khác nhau
Tín hiệu sợi quang ghép vào khe
Khía cạnh thứ hai là phạm vi bước sóng hoạt động và vật liệu của sợi quang.Vật liệu sợi quang thường bao gồm sợi High-OH (hydroxyl cao), Low-OH (hydroxyl thấp) và sợi chống tia cực tím.Các vật liệu khác nhau có đặc tính truyền bước sóng khác nhau.Sợi quang có độ OH cao thường được sử dụng trong phạm vi tia cực tím/ánh sáng khả kiến (UV/VIS), trong khi sợi quang có độ OH thấp được sử dụng trong phạm vi cận hồng ngoại (NIR).Đối với phạm vi tia cực tím, nên xem xét các loại sợi chống tia cực tím đặc biệt.Người dùng nên chọn sợi quang thích hợp dựa trên bước sóng hoạt động của mình.
Khía cạnh thứ ba là giá trị khẩu độ số (NA) của sợi quang.Do nguyên lý phát xạ của sợi quang, ánh sáng phát ra từ đầu sợi quang bị giới hạn trong một phạm vi góc phân kỳ nhất định, được đặc trưng bởi giá trị NA.Sợi quang đa chế độ thường có các giá trị NA là 0,1, 0,22, 0,39 và 0,5 là các tùy chọn phổ biến.Lấy 0,22 NA phổ biến nhất làm ví dụ, điều đó có nghĩa là đường kính điểm của sợi sau 50 mm là khoảng 22 mm và sau 100 mm, đường kính là 44 mm.Khi thiết kế máy quang phổ, các nhà sản xuất thường cân nhắc việc khớp giá trị NA của sợi quang càng sát càng tốt để đảm bảo khả năng thu năng lượng tối đa.Ngoài ra, giá trị NA của sợi quang có liên quan đến việc ghép các thấu kính ở đầu trước của sợi.Giá trị NA của ống kính cũng phải khớp càng sát với giá trị NA của sợi quang càng tốt để tránh mất tín hiệu.
Giá trị NA của sợi quang xác định góc phân kỳ của chùm tia quang
Khi sợi quang được sử dụng cùng với thấu kính hoặc gương lõm, giá trị NA phải khớp càng sát càng tốt để tránh tổn thất năng lượng
Máy quang phổ sợi quang nhận ánh sáng ở các góc được xác định bởi giá trị NA (Khẩu độ số) của chúng.Tín hiệu tới sẽ được sử dụng đầy đủ nếu NA của ánh sáng tới nhỏ hơn hoặc bằng NA của máy quang phổ đó.Sự mất năng lượng xảy ra khi NA của ánh sáng tới lớn hơn NA của máy quang phổ.Ngoài truyền dẫn cáp quang, khớp nối quang không gian tự do có thể được sử dụng để thu thập tín hiệu ánh sáng.Điều này liên quan đến việc hội tụ ánh sáng song song vào một khe bằng thấu kính.Khi sử dụng đường quang trong không gian trống, điều quan trọng là chọn thấu kính thích hợp có giá trị NA phù hợp với giá trị của máy quang phổ, đồng thời đảm bảo rằng khe của máy quang phổ được đặt ở tiêu điểm của thấu kính để đạt được thông lượng ánh sáng tối đa.
Khớp nối quang không gian trống
Thời gian đăng: 13-12-2023