多通道分光光譜儀是光學(xué)測(cè)量與分析領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，它融合了先進(jìn)的光學(xué)與電子技術(shù)，能高效、精準(zhǔn)地獲取物質(zhì)的光譜信息，在眾多行業(yè)發(fā)揮著重要作用。其基于物質(zhì)對(duì)不同波長光的吸收、發(fā)射或散射特性來進(jìn)行分析。儀器內(nèi)置的光學(xué)系統(tǒng)先將光源發(fā)出的復(fù)合光分解成按波長順序排列的單色光，多通道探測(cè)器則可同時(shí)對(duì)不同波長的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到光譜數(shù)據(jù)。
多通道分光光譜儀其組成部分主要包括以下幾個(gè)核心模塊，各部分協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)光譜的采集與分析：
一、光源系統(tǒng)
作用：提供激發(fā)或照明光，使樣品產(chǎn)生可檢測(cè)的光信號(hào)（如反射光、熒光、散射光等）。
常見類型：
連續(xù)光源：如氘燈（紫外區(qū)）、鹵鎢燈（可見-近紅外區(qū)）、氙燈（紫外-可見區(qū)）等，適用于常規(guī)吸收、反射光譜測(cè)量。
脈沖光源：如激光（單色性好），適用于熒光、拉曼光譜等需要特定波長激發(fā)的場景。
輔助部件：包括光源穩(wěn)定器（保證光強(qiáng)穩(wěn)定）、透鏡或光纖（將光引導(dǎo)至樣品或單色器）。
二、樣品室/樣品池
作用：放置樣品并實(shí)現(xiàn)光與樣品的相互作用（如吸收、反射、透射、散射等）。
設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
根據(jù)樣品形態(tài)（固體、液體、氣體）設(shè)計(jì)不同樣品架，例如液體樣品常用石英比色皿，固體樣品用反射探頭或樣品臺(tái)。
部分儀器配備恒溫、攪拌等裝置，適應(yīng)特殊樣品（如生物樣品、化學(xué)反應(yīng)體系）的測(cè)量需求。
三、分光系統(tǒng)（單色器）
作用：將復(fù)合光分解為按波長順序排列的單色光，是光譜儀的核心部件之一。
主要組成：
入射狹縫：限制入射光的寬度，減少雜散光，提高光譜分辨率。
準(zhǔn)直鏡：將通過狹縫的發(fā)散光轉(zhuǎn)化為平行光，投射到色散元件上。
色散元件：實(shí)現(xiàn)光的色散（分光），常見類型有：
光柵：利用光的衍射和干涉原理分光，色散率高、波長范圍寬，是主流選擇。
棱鏡：利用光的折射原理分光，適用于特定波長范圍（如可見光），但色散率較低。
聚焦鏡：將色散后的單色光聚焦到出射狹縫或探測(cè)器陣列上。
四、探測(cè)系統(tǒng)
作用：將光信號(hào)（光子）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（電流或電壓），并進(jìn)行初步放大。
核心部件：
多通道探測(cè)器陣列：這是多通道光譜儀與單通道光譜儀的關(guān)鍵區(qū)別，能夠同時(shí)檢測(cè)多個(gè)波長的光信號(hào)，無需移動(dòng)部件掃描波長，大大提高檢測(cè)速度。常見類型有：
電荷耦合器件（CCD）：適用于紫外-可見區(qū)，靈敏度高、響應(yīng)速度快，廣泛用于常規(guī)光譜分析。
光電二極管陣列（PDA）：響應(yīng)時(shí)間短，適合快速動(dòng)態(tài)過程（如化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）的監(jiān)測(cè)。
紅外探測(cè)器陣列（如碲鎘汞MCT陣列）：適用于紅外光譜區(qū)，需配合制冷裝置以降低噪聲。
信號(hào)放大電路：將探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)放大，便于后續(xù)處理。
五、數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)
作用：對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、分析，并控制儀器各部件的運(yùn)行（如光源開關(guān)、波長校準(zhǔn)等）。
組成：
數(shù)據(jù)采集卡：將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至計(jì)算機(jī)。
軟件系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、分析（如峰值檢測(cè)、基線校正、光譜擬合等），并提供儀器操作界面（參數(shù)設(shè)置、方法編輯等）。
控制系統(tǒng)：通過微處理器或計(jì)算機(jī)指令，協(xié)調(diào)光源、分光系統(tǒng)、探測(cè)器的工作，確保儀器穩(wěn)定運(yùn)行。
