多通道分光光譜儀是光學測量與分析領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備,它融合了先進的光學與電子技術(shù),能g效、精準地獲取物質(zhì)的光譜信息,在眾多行業(yè)發(fā)揮著重要作用。其基于物質(zhì)對不同波長光的吸收、發(fā)射或散射特性來進行分析。儀器內(nèi)置的光學系統(tǒng)先將光源發(fā)出的復(fù)合光分解成按波長順序排列的單色光,多通道探測器則可同時對不同波長的光信號進行檢測和轉(zhuǎn)換,將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,再?jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到光譜數(shù)據(jù)。
多通道分光光譜儀其核心功能圍繞“快速獲取全光譜信息”展開,具體可分為以下幾個主要方面:
1、復(fù)合光的分光與多波長并行檢測
這是多通道分光光譜儀最基礎(chǔ)的功能。
首先通過分光系統(tǒng)(如光柵、棱鏡)將包含多種波長的復(fù)合光分解為按波長順序排列的單色光;
再利用多通道探測器陣列(如CCD、PDA)同時采集不同波長的光信號,無需像單通道光譜儀那樣通過機械掃描切換波長,因此能在極短時間內(nèi)(毫秒至秒級)獲得全波段的光譜數(shù)據(jù)。
例如,在檢測某溶液的吸收光譜時,可一次性得到紫外-可見波段(200-800nm)內(nèi)所有波長的吸收強度,而非逐點掃描,大幅提升效率。
2、光譜特性分析與物質(zhì)定性/定量檢測
通過對采集的光譜數(shù)據(jù)進行解析,實現(xiàn)對物質(zhì)的化學或物理特性分析,是其核心應(yīng)用功能。
定性分析:每種物質(zhì)因分子結(jié)構(gòu)、化學鍵振動等特性,會在特定波長處表現(xiàn)出特征吸收、發(fā)射或反射峰(如有機物的紫外吸收峰、金屬離子的特征發(fā)射峰)。通過對比樣品光譜與標準物質(zhì)的“光譜指紋”,可判斷物質(zhì)成分。例如,利用拉曼光譜識別不同聚合物的分子結(jié)構(gòu)。
定量分析:根據(jù)“朗伯-比爾定律”,物質(zhì)對特定波長光的吸收/發(fā)射強度與其濃度成正比。通過測量特征波長的光強,結(jié)合標準曲線可計算樣品中目標成分的濃度。例如,檢測水中重金屬離子濃度、食品中色素含量等。
3、動態(tài)過程監(jiān)測與快速變化捕捉
由于多通道檢測的“并行性”,儀器能實時跟蹤隨時間變化的光譜信號,適用于研究快速動態(tài)過程。
例如:
化學反應(yīng)動力學:監(jiān)測反應(yīng)過程中反應(yīng)物/產(chǎn)物的光譜變化,分析反應(yīng)速率和機理;
生物過程監(jiān)測:跟蹤細胞代謝、蛋白質(zhì)折疊等實時變化的光譜特征;
工業(yè)在線監(jiān)測:在生產(chǎn)線中快速檢測產(chǎn)品的光譜指標(如飲料的濁度、塑料的純度),實現(xiàn)實時質(zhì)量控制。
4、多參數(shù)同步分析
可同時獲取樣品在多個波段的光學參數(shù),實現(xiàn)多維度信息融合。
例如,在材料分析中,既能檢測樣品的紫外吸收(反映電子躍遷),又能同步獲取可見區(qū)反射率(反映顏色特性),或結(jié)合紅外光譜分析分子官能團,從而更全面地表征材料屬性。
5、微弱信號檢測與高靈敏度分析
通過優(yōu)化光學系統(tǒng)(如減少雜散光)、配備高靈敏度探測器(如制冷CCD)及信號放大電路,可捕捉微弱的光信號(如熒光、拉曼散射)。
這一功能使其能應(yīng)用于痕量物質(zhì)檢測(如環(huán)境中ppb級污染物)、生物熒光標記成像(如細胞內(nèi)微量物質(zhì)追蹤)等對靈敏度要求高的場景。