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摘要 光譜分析法是以測定物質發射或吸收的電磁輻射的波長和強度為基礎建立起來的一類分析方法。應用領域非常廣泛，隨著光譜分析學在化學分析、食品質量監控、醫藥學等領域的快速發展，如何實現快速準確便捷的光譜測量成為人們普遍關心的問題。本文以荷蘭Avantes公司生產的微型光纖光譜儀為例，簡要介紹了微型光纖光譜儀在紫外可見吸收測量中的應用。

1. 引 言

光譜分析是一種非常成熟的分析方法，在化學分析、環境學檢測、氣體色譜學、光學鏡片吸收和透過率測量、食品檢測、生物化學、生命科學、醫學和制藥業等諸多應用領域應用十分廣泛, 幾乎涉及到無機分析的所有領域, 在有機分析中也占有一定比重, 并呈逐漸上升之勢。傳統的分光光度計由于其價格昂貴、體積大、操作復雜、需要專人維護、測量速度慢等缺點，使其一直只能在實驗室中應用。而隨著微電子領域中的多像元光學探測器和光纖技術的迅猛發展，使生產低成本光譜儀成為可能。新一代的微型光纖光譜儀具有低成本、高分辨率、便攜和高速測量等優點，可以很方便的應用在在線檢測和實驗室測量中。下面我們以荷蘭Avantes 公司的微型光纖光譜儀Avantes2048為例，介紹微型光纖光譜儀在紫外可見吸收測量中的應用。

2. Avantes2048型光譜儀

2.1 儀器原理

荷蘭Avantes 公司的AvaSpec2048型光譜儀，采用對稱式光路設計，焦距75mm，包括光纖接頭（標準SMA接口，也可以選擇其它類型的接口）、準直鏡、衍射光柵、聚焦鏡和Sony ILX554B型2048像素線陣CCD 探測器， 波長范圍2001100nm，最高分辨率0.04nm，提供USB1.1 或USB2.0 接口、RS232接口和I/O數字/模擬接口。

圖1 光學平臺

2.2 功能及特點

2.2.1 對稱式光路設計，在更寬光譜范圍具有更高分辨率
2.2.2 體積小巧，只有手掌大小
2.2.3 即插即用，無需手動設置
2.2.4 溫度穩定性好，熱漂移小

AvaSpec2048型光譜儀的光學元件和底板間采用無應力裝配，出廠前經過特殊工序處理，因此環境溫度對光譜儀影響極小，環境溫度每變化1℃僅漂移0.1 個象元。優秀的溫度穩定性確保了其長時間測量的精確性和可重復性。

2.2.5 歷史通道功能

AvaSpec2048型光譜儀可以同時監測最多8個輸出參數隨時間的變化，如用戶定義的函數、積分、峰值（波長，相對強度）等。函數可以用VBscript代碼編寫。時序測量的結果可以被存儲、載入或者打印。縮放和全景顯示功能可以把時序測量結果中感興趣的部分快速放大至全圖顯示。

2.2.6 過程控制

AvaSpec2048型光譜儀通過AvaSoftPROC過程控制軟件可以設置8個時間序列函數的最大值和閾值，當測量值超出設置范圍，電路板上I/O口的8個管腳會給出TTL電平做為響應。這些TTL信號可以直接與工業環境下的可編程控制器相連，進行在線自動控制。

2.3 典型應用測量

2.3.1 氣體成分測量中的典型應用：

測量原理是對于某一種成分的氣體，都有特有的特征吸收峰，根據這些吸收峰的位置及強弱，我們就可以判斷出該氣體的成分和含量。測量裝置除了AvaSpec2048型光譜儀，還要配置AvaLightDH氘鹵鎢燈平衡光譜光源和用于氣體檢測的氣室。例如空氣質量檢測，有害氣體成分分析，火山氣體檢測等就屬于此類應用。

2.3.2 液體濃度檢測中的典型應用：

根據朗伯-比爾定律，在吸光度和濃度之間有一個線性關系：

A=e*c*l

其中A是吸光度（消光度），e是被測物質的消光系數，c是濃度，l是光程。通過測量吸光度就可得出液體樣品的濃度。用吸收率測量專用探頭可直接插入樣品進行測量，配以AvaSpec2048型光譜儀、光源和專用軟件可以方便地用于食品質量檢測、化學濃度分析、水質檢測等應用領域。

2.3.3 固體吸收率測量中的典型應用：

固體中的特定成分會對通過其中的光有特有的特征吸收峰，通過測量固體透過率光譜，可以很方便的研究固體的光學特性和成分特性。例如玻璃工業、光學鏡片吸收及透過率研究、生物學研究及制藥業屬于此類應用。

3. 結論

使用AvaSpec2048型微型光纖光譜儀進行吸收率測量，具有性價比高、靈敏度高、測量精度高、測量速度快、操作簡單等特點，而且體積小巧，方便集成到系統中進行在線監測。