分光计简介-光纤探头

光纤电缆和捆绑的基础知识以及它们如何用于收集和直接光线在“光谱仪的介绍：光纤束”中讨论。本文将讨论光纤探头如何通过用不同的光电机械组件包装和结合光纤构成。

光纤探头是监测实时动力学反应、分析大型或形状笨拙的样品、活体取样以及将样品带到分光计有困难的任何其他应用的理想解决方案。由于其灵活性和用户友好性，光纤探头已成为现代光谱学中最广泛的工具之一。

本文将讨论最多常见的光纤探头 - 反射探头，暗场反射探针，透射探针和拉曼探针的四种。

反射探测

一种反射探针是最基本的光纤探头。在其最简单的形式中，反射率探针具有分叉纤维，其中捆扎或远端放置在金属护套中而不是在SMA连接器中（图1）。在该设置中，分叉的端部可以连接到光源，例如光纤耦合钨卤素灯，而另一个连接到光谱仪。

来自灯的光通过第一个分叉端传播到探针的远端并反射出样品。反射光将从远端传输到第二个分叉端，在那里它将进入光谱仪进行分析。

图1所示。光纤反射探头

必须通过在光谱仪收集反射数据之前通过参考扫描来校准系统。为了参考扫描，白光反射标准（例如PTFE）放置在与实际测量中的探针相同的几何形状。

这将使光谱仪能够确定光学波长的反射，并且通过测量“完美”白光反射器和感兴趣的样本之间的比率而被吸收。

当测量反射时，有两种标准几何形状:0°和45°法向样本。当测量为0°时，探头将会拾取反射光的镜面成分和漫反射成分。

然而，当在45°测量时，探针不会通过探针收集大部分镜面光。这是在比色法和NIR光谱等应用中的重要考虑因素，其中镜面组分可以扭曲频谱并歪斜结果。

采用圆缝光纤束是一种较为复杂的反射探头设计方法。这是克服近红外光谱中光子能量较弱问题的常用方法。该方法已应用于几种近红外反射探头中;远端采用6-around-1结构，并在连接光谱仪的分叉端堆叠6根光纤。

如图2所示，6根外光纤进入光谱仪上的狭缝结构，而中心光纤在另一个分叉端连接光源。

图2。带缝到束结构的光纤反射探头

为了增加收集反射数据的光谱范围，也可以缩放反射率探针以径向和Quadfurcated设计。

暗场反射探针

镜面反射不包含近红外光谱的任何有用信息，但通常可以通过测量45°角的样品来去除。然而，如果样品不能以45度角测量，例如在生产或野外环境中工作时，可以使用暗场照明(一种借用显微镜的方法)。

随后通过探针中心的一束7纤维收集漫反射光，这将光引导到狭缝配置中的光谱仪（图3）。要将光线重定向远离中心纤维束，镜片在探针的远端使用透镜，进一步减少了光的镜面组分。

图3。暗场光纤探头

Transflectance浸探头

反射探头可以用来测量液体，尽管它们主要是用来测量固体的。在测量液体样品时，通常选择浸入式探针，因为它可以浸入样品中，从而可以收集动力学数据。

光纤浸渍探头在设计上类似于反射探头，尽管需要特别努力来保证它是惰性的和液体密性的。主要的功能区别在于存在一个空腔，当浸入时，空腔内充满了液体样本。

为了将透射光通过样品反射回采集光纤，该腔体在光纤的远端装有一个透明窗口，在腔体的底部装有一个小镜子(图4)。

这种设置通常被称为半透明，因为它结合了透射和反射，使光程长度加倍。

图4。光纤透气反射探测探头

必须注意的是，暗场反射率探针结构也可以用来测量透射率。可以在暗场探头上放置一个适配器，以便在泥浆和液体中测量透光率(图3)。

拉曼探针

这拉曼探针用来测量光对样品的非弹性散射。拉曼散射是一种非线性效应，导致波长从一个已知的单色源偏移。这个位移等于物质中分子键的振动频率。

因此，拉曼探针必须具有将单色激发源（通常是激光）指向样品的能力，收集散射光，然后将其引导到光谱仪。可以在图5中看到用于拉曼探针的典型设计。

图5。典型的拉曼探针设计

在纯信号到达样品之前，将窄带通滤器放置在激发源的光路中，因为纯信号对拉曼光谱非常重要。必须注意的是，由于拉曼效应极弱，必须在正常的0°角上收集信号。

这导致镜面反射的干扰，这在这种情况下被称为瑞利散射。因此，重要的是在将收集的信号过滤到光谱仪之前使用长通滤波器过滤。

拉曼探头是光纤如何与其他光学元件耦合的完美示例，使得即使是最困难的光谱分程也能够简单且灵活地测量。

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