測量光譜選擇多少像素探測器的光譜儀合適？大部分用戶的回答是越多越好。但事實上真的如此嗎？正如您可能預(yù)料到，這種說法不完全正確。對于一個特定的應(yīng)用，在選擇最合適的光譜儀時，需要考慮很多因素。
光學分辨率是配置光譜儀時經(jīng)常被考慮的主要因素之一，正是追求高分辨率導致用戶要求盡可能多的探測器象素數(shù)。而實際上光學分辨率是由探測器的像素數(shù)與狹縫寬度和光柵線對數(shù)共同決定的。當討論分辨率時，通常色散或用波長范圍除以像素數(shù)。半高全寬值（FWHM），即最大峰值光強一半處所對應(yīng)的譜線寬度是一種表述分辨率更好的方法（見圖）。用FWHM可以對不同光譜儀的實際光學性能進行直接對比。用這種表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光柵并沒有用到全部像素；采用交叉式 Czerny-Turner光路設(shè)計的光譜儀中，光學系統(tǒng)不能把狹縫清晰地成像在探測器上，這是由于光路中過大的反射角和固有的系統(tǒng)放大倍率造成的。
靈敏度是配置光譜儀時所需要考慮的另一個因素。現(xiàn)在的主流微型光譜儀都采用線陣探測器，所以靈敏度跟像素數(shù)沒有任何關(guān)系。但面陣探測器例外，因為面陣探測器在垂直方向的每個像素都會被累積，在某種意義上垂直方向上的所有像素的累積可以被看成一個更大的像素。因此，在考慮某種應(yīng)用對靈敏度的要求時，更重要的是看探測器的響應(yīng)曲線。右圖中給出了幾種典型探測器的靈敏度響應(yīng)曲線。如果是應(yīng)用在可見光區(qū)，可以選用幾種不同品牌的CCD探測器而無須考慮其象素數(shù)。而越靠近近紅外區(qū)，CCD的靈敏度越低，這時就需要選擇在近紅外區(qū)靈敏度高的探測器。
信噪比也是選配光譜儀的一個因素。對于CCD光譜儀，較高的靈敏度導致了較低的信噪比。在一定范圍內(nèi)，可以通過對光譜進行多次平均來提高信噪比。平均次數(shù)的平方根恰好是信噪比提高的倍數(shù)。例如，光譜平均100 次，信噪比能提高10 倍。有些應(yīng)用需要較高的信噪比，此時用戶應(yīng)當比較在光譜儀中的光學平臺和探測器的綜合信噪比。需要強調(diào)的是，用戶一定要搞清楚廠家給出的信噪比是不是整個光譜儀系統(tǒng)的信噪比，因為只有整個光譜儀系統(tǒng)的信噪比才是最重要的。一個信噪比高的探測器配一個性能不高的光路，那么它的高信噪比就沒有實際意義。比較不同探測器和光譜儀間的信噪比的比較好的方法是：測量100 次，然后對每個像素計算平均值和標準偏差，信噪比等于平均值除以標準偏差。測量信噪比時，信號強度應(yīng)當接近飽和，并設(shè)置正確的平滑值（如果需要的話）。
光柵選擇是最比較復(fù)雜的。通常有兩個因素決定了光柵的選擇：波長范圍和光學分辨率。波長范圍受限于所選擇的探測器或光柵，或二者都有。光學分辨率不僅受限于光柵，還受限于狹縫寬度和探測器的像素數(shù)和像元尺寸）。還要考慮第三個因素，即光柵還會影響系統(tǒng)的靈敏度，這是因為不同的光柵的閃耀波長（即最高效率）位置各不相同。當對系統(tǒng)進行最優(yōu)化配置時，最好查看一下光柵的效率曲線。左圖中是幾種典型的600 線/mm光柵的效率曲線，效率最高點從紫外區(qū)到近紅外區(qū)。如果您可能很難在光譜范圍，光學分辨率和靈敏度間進行取舍，不要猶豫，請與我們聯(lián)系。或許您可以選擇雙通道或多通道光譜儀，使得在很寬的光譜范圍內(nèi)的都得到很高的分辨率，并保持很高的效率。
我提到狹縫了嗎？微型光譜儀有多種狹縫尺寸供您選擇，狹縫安裝在光纖接頭處（見圖4），并且被永久的固定在光譜儀上。有兩點需要記住，狹縫越小，光學分辨率越高；狹縫越大，進入光學平臺的光通量越多，即靈敏度越高。從本質(zhì)上說，需要折中兼顧光譜儀的分辨率和靈敏度。
幸好，選擇光譜儀的其他選項會相對容易一些。例如，對于波長小于360nm的紫外應(yīng)用，必須要給普通的CCD探測器增加一種紫外增強鍍膜-DUV。而其它探測器，比如薄型背照式CCD或CMOS則不需要這個選項。而為了避免二級衍射效應(yīng)的影響，可以通過在探測器的保護窗上鍍特殊膜層或安裝一個長通濾光片。其它的選項則跟應(yīng)用有關(guān)，比如非線性校準和輻射定標只有在進行輻射測量時才需要。
假設(shè)需要配置一套用于測量液體樣品熒光的光譜系統(tǒng)，為簡單起見假設(shè)樣品被置于一個標準比色皿中，那么我們該如何考慮配置光譜儀呢？首先，我們應(yīng)該考慮波長范圍和光學分辨率。大多數(shù)熒光測量裝置都選用紫外波段的激發(fā)光，而產(chǎn)生的熒光則在可見光區(qū)。如果我們想要同時測量激發(fā)光和熒光，最好選用能覆蓋200-1100nm的寬光譜光譜儀。如果我們想避開激光發(fā)而只測量熒光，可以選擇窄波段的光譜儀，比如360-1100nm或500-1100nm，這兩種配置可以選用300線/mm或600 線/mm的光柵。
經(jīng)驗告訴我們熒光信號通常比較弱，峰寬或者半高全寬（FWHM）比較大。考慮到這些因素，我們應(yīng)該選用一種靈敏度高的探測器，比如CCD探測器，同時使用一個相對較寬的狹縫，比如200 微米。寬狹縫可以保證更多的信號光進入光譜儀，當然另一方面降低了系統(tǒng)的分辨率。由于熒光的譜帶通常較寬，分辨率的影響可以不用考慮。回顧前面提到的光柵選擇（如300 線/mm或600 線/mm），所對應(yīng)的光學分辨率分別是8nm和4nm，這個分辨率對于熒光測量來說已經(jīng)足夠了。
除了光譜儀，我們還需要考慮種類紛雜的光源和采樣附件，但這已經(jīng)超出了這篇文章的范疇。正如上面的例子所表明的，通過一些簡單的步驟就就可以配置好滿足您應(yīng)用的微型光譜儀。最重要的是，不必猶豫盡管向我們咨詢有關(guān)儀器的一切問題，我們將會給您一套最適合您應(yīng)用的光譜儀配置。
