提高光譜準(zhǔn)確性的自動波長和強度校準(zhǔn)程序

色散光譜儀器的校準(zhǔn)長期以來一直都是一個難題。當(dāng)光譜沿著一對軸繪制時，x軸通常代表波長或波數(shù)，而y軸代表強度。光譜儀器設(shè)備的制造商通常只負(fù)責(zé)分光的任務(wù)，而把確定其絕對位置及其精度的任務(wù)留給了用戶。通常，通過測量兩條或多條汞發(fā)射線的位置并在它們之間插值來校準(zhǔn)x軸。

2010年，普林斯頓儀器公司（Princeton Instruments）推出了64位LightFieldTM數(shù)據(jù)采集軟件，其特點是一種成為IntelliCalTM的波長校準(zhǔn)程序，基于X射線光譜學(xué)中使用的Rietveld細(xì)化算法。使用NIST光譜數(shù)據(jù)庫中的發(fā)射線源，IntelliCal可以同時計算安裝在光譜儀上26mmCCD的整個焦平面上每個像素的波長。

每個像素處校準(zhǔn)的波長精度與光譜數(shù)據(jù)文件一起存儲，從而確?？煽康臄?shù)據(jù)驗證和可追溯性。將結(jié)果與發(fā)射線表進(jìn)行比較表明，智能波長校準(zhǔn)程序的精度通常比傳統(tǒng)插值方法高4到10倍。

波長不準(zhǔn)確并非一個小問題。許多光譜實驗需要使用差分光譜，即從標(biāo)準(zhǔn)光譜中減去實驗光譜。在拉曼光譜中，波長僅移動一個像素（即分辨率極限）將使差光譜無法識別。這通常需要重新校準(zhǔn)儀器，并重復(fù)整個實驗。

圖1顯示了一個真實的差分拉曼光譜（顯示為紅色）和一個從單個像素的偏移中獲得的雜散差分光譜（顯示為藍(lán)色）。沒有明顯的方法來判斷哪個是正確的光譜。校準(zhǔn)程序越好、越簡單，重復(fù)測量或發(fā)布虛假數(shù)據(jù)的可能性就越小。

圖 1

當(dāng)然，除了拉曼光譜在其他領(lǐng)域包括過程分析、法醫(yī)和危險品識別等波長準(zhǔn)確性也是至關(guān)重要的。搜索匹配算法使用模式識別例程將測量的光譜與光譜庫進(jìn)行比較。準(zhǔn)確了解給定波段的拉曼位移，或LIBS光譜中某條線的精確發(fā)射波長，可以確保匹配成功，而不準(zhǔn)確的光譜會增加誤報和漏報的風(fēng)險。

2011年，普林斯頓儀器公司（Princeton Instruments）發(fā)布的LightField 4.0，這是對創(chuàng)新型數(shù)據(jù)采集軟件包的重大更新，為PI-MAX?3增強型CCD相機(jī)提供了新的支持。還發(fā)布了IntelliCal 2.0，其中包括全自動波長和強度校準(zhǔn)程序。強度校準(zhǔn)引擎是一個USB供電的多LED光源，發(fā)射波長為400至1100 nm。每個高度穩(wěn)定的光源都根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單獨校準(zhǔn)，光譜記錄在設(shè)備固件中。

為了校準(zhǔn)光譜儀，可以用IntensiCalTM光源照亮入口狹縫，并記錄光譜（如圖7所示）。圖2中顯示的未校正光譜顯示了610 nm處的光譜拼接偽影和830 nm處的實質(zhì)性重新定位，這是由用于收集數(shù)據(jù)的背感光傳感器上的干涉條紋引起的。

在校正后的光譜中（圖2），縫合和重新定位的偽影消失了。相對峰高也得到了修正。對于這個特定的例子，強度光源被用來校正其自身的光譜，但程序完全是通用的。拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、熒光光譜、吸收光譜或LIBS光譜可以像光源本身一樣容易地進(jìn)行校正。

圖 2 未校正光譜（左）與強度校正光譜（右）

普林斯頓儀器公司（Princeton Instruments）通過增加關(guān)鍵性能的可用性，再次提升了色散光譜儀器的科學(xué)性。光譜用戶不再浪費寶貴的實驗時間來開發(fā)自己的校正程序，可以使用automated IntelliCal來獲得記錄光譜的兩個軸的100%置信度。

審核編輯黃宇