1. Các yếu tố phân tán: nền tảng để tách phổ

Yếu tố phân tán là thành phần cốt lõi của máy quang phổ phân tách ánh sáng hợp chất thành ánh sáng đơn sắc thông qua nguyên tắc phân tán ánh sáng. Các loại phổ biến bao gồm:

Grating: Sử dụng nguyên lý nhiễu xạ, phân tách bước sóng bằng cách làm lệch các bước sóng ánh sáng khác nhau ở các góc khác nhau thông qua cấu trúc định kỳ. Ưu điểm của nó là độ phân giải cao, phân tán đồng đều và phù hợp với dải UV đến gần IR. Nhưng cần phối hợp với bộ lọc để loại bỏ nhiễu loạn quang phổ đa cấp.

Lăng kính: Phân tán dựa trên sự khác biệt về chỉ số khúc xạ của các bước sóng khác nhau của ánh sáng, với khả năng phân tán ánh sáng bước sóng ngắn mạnh hơn. Cấu trúc của nó đơn giản và chi phí thấp, nhưng có vấn đề phân tán phi tuyến và phân tán không đồng đều, thường được sử dụng trong các dải ánh sáng khả kiến.

Kết hợp PGP (Prism-Raster-Prism): Sử dụng raster làm lõi, kết hợp với lăng kính để đạt được sự phân tán tuyến tính, nhưng chi phí sản xuất cao hơn và khối lượng hệ thống lớn hơn.

2. Hệ thống hình ảnh tập trung: truyền chính xác tín hiệu ánh sáng

Ánh sáng đơn sắc sau khi phân tán cần hội tụ vào hình ảnh của máy dò thông qua một hệ thống hình ảnh tập trung, chẳng hạn như nhóm thấu kính. Hệ thống cần đáp ứng các yêu cầu về góc rộng, khẩu độ lớn, băng tần rộng và loại bỏ sự khác biệt màu sắc để đạt được hình ảnh bề mặt phẳng, đảm bảo các đường quang phổ được tách rõ ràng. Ví dụ, máy quang phổ ICP áp dụng các màn lưới bậc thang trung bình phối hợp với các lăng kính phân tán chéo, chiếu cố lượng ánh sáng và độ phân giải.

3. Máy dò: Chuyển đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện

Máy dò cần có độ nhạy cao, tiếng ồn thấp và đặc tính phản ứng nhanh:

CCD (Charge Coupling Device): Thích hợp cho phát hiện băng tần rộng, thu thập phổ có độ phân giải cao thông qua cấu trúc mảng mặt hoặc mảng dây. Ví dụ, máy quang phổ VeritySD1024G sử dụng CCD làm lạnh TEC để giảm tiếng ồn hiện tại tối và tăng tỷ lệ tín hiệu tiếng ồn.

Mảng photodiode: Được sử dụng để phát hiện các tình huống tốc độ cao, chẳng hạn như máy quang phổ LIBS cần hoàn thành phân tích nguyên tố trong thời gian mili giây, đòi hỏi tốc độ phản hồi cao đối với máy dò.

4. Hệ thống xử lý tín hiệu: Tối ưu hóa dữ liệu và đầu ra

Tín hiệu điện được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số sau khi khuếch đại, lọc, loại bỏ nhiễu bằng thuật toán, điều chỉnh trôi dạt bước sóng và cuối cùng tạo ra hình ảnh quang phổ hoặc dữ liệu. Ví dụ, máy quang phổ cho phép phân tích định lượng nội dung của các nguyên tố bằng cách phát triển các đường cong làm việc thông qua các mẫu.