直读光谱仪中的直接光路与间接光路
直接光路是光经过透镜聚焦后直接传导到光室的设计,过程中并不经过光纤。而间接光路则是通过光纤传导到光栅入射狭缝的另一种方案。一般采用间接光路的直读光谱仪都是双光路设计,其中既有直接光路,也包含间接光路。
之所以会有这种区别,根本上是因为仪器所采用的ccd最大耐受光强不同。
直接光路
采用直接光路的光谱仪,都会配备可耐受高光强的ccd检测器,以便直接处理样品经高压激发出的高强度激发光。这对硬件和软件都有着较高的要求。在保证灵敏度的情况下,还要确保高强度的检测器信号不会溢出,以免出现数据“天花板”。
上图是我们实验室中使用s5测样得到的光谱图,光强达到百万级lx。一般来说,某种元素的光强越高,越不容易受到其他干扰,数据的稳定性也会随之提升。其他优点包括但不限于,仪器维护相对简单、后期镜片更换频率较低等。
间接光路
间接光路的光谱仪所采用的ccd检测器不能有效区分高光强的激发光。而采用光纤则可以降低部分光强,从而降低对激发源和读出系统(包括ccd、芯片处理器、数模转换器等)的要求。
由于技术原因,间接光路会有部分光强损失。对于低含量元素来说,通过光纤后的光强会更弱。所以采用间接光路的光谱仪,同时还会用直接光路作为补充,来检测低含量样品。
但光纤在强光照射下有一定寿命限制,属于消耗品。为了保证光纤信号采样良好,而且不被污染,需要在激发源处安装保护镜片,使仪器镜片清洗频率和更换频率增高。
直接光路与间接光路对比总结表
对比项目 |
直接光路 |
间接光路 |
ccd检测器 |
可耐受很高光强 |
可耐受光强较低 |
特点 |
激发光经透镜直接到达光室 |
激发光经光纤到达光室 |
测量方式 |
一次测量可以得出全部数据 |
测量一部分元素,剩下低光强元素需要用直接光路辅助检测 |
对影响 |
对于仪器机械设计和软件有较高要求 |
光纤降低光强,能随意弯曲,相对降低了仪器设计难度 |
配件维护 |
只需保持透镜清洁,透镜更换频率很低,正常使用约5~10年换一次 |
由于光纤经常在强光下照射,光纤有一定使用年限,一般1~2年就要更换一次 |