常规光谱测量的局限

为什么客户的滤光片测量结果与Semrock光谱有所不同?

市面上商业化的分光光度计已针对特定的科学和工业应用进行了优化。由于其设计受到价格和性能要求的限制,因此大多数商用分光光度计的精度不足以准确测量高性能光学滤光片的光谱特性,尤其是具有陡峭光谱边缘和深度阻挡特性的Semrock滤光片。光源、探测器和衍射光栅的功能限制以及它们的组合性能会在此类高性能滤光片的光谱测量中产生伪影。由于存在这些伪影,客户的滤光片频谱测量结果可能与在Semrock进行的测量结果有所不同。

传统分光光度计的灵敏度有限,并且探测光束并非完全单色。由于存在这些局限,实际的滤光片光谱 及其测量结果之间存在三大差异。


1. 圆形钝角
第一个差异是锐利角度的光谱特征的“圆形钝角”(如图2). 这种效应主要是由于分光光度计探测光束的非零带宽造成的。最小带宽受狭缝宽度和光栅周期数量的限制:衍射光 栅区域(每毫米给定的光线数量)越大,则分辨率越高。对于给定的f/#(锥角),光栅区域越大,路径 长度也越长,因此需要更大的仪器。分辨率也可通过减小狭缝宽度的方式增大,但是较窄的狭缝将减少通 过单色仪进入探测器的光的数量,从而降低灵敏度。

2. 本底噪声
光检测器有一个灵敏度限制,超过该限制它就不能报告光强度的变化。该截止水平设置了分光光度计可以测量的最高光密度(OD,定义为 -log10(T)) 因此,测得的 OD 可能会低于实际的滤光片性能。当光照强度低于灵敏度极限时,检测系统将报告零信号,但也会报告检测器内产生的任何噪声。在图表上,这表现为“本底噪声”,对应于分光光度计可测量的最高 OD。在图中,本底噪声是图形左下角的“嘈杂”频谱区域。由于光源光谱和光检测器光谱响应的变化,本底噪声可能与波长有关。

3. 边带测量假象
第三个差异比较独特,是测量从高阻断率到高透过率的非常深的过渡,称为“边带测量假象”(见图 3). 当显示为OD值的曲线时,通常在边缘谱线的中体现为“弯曲”的形式,发生在OD约为2.5〜4.5的范围 内,具体取决于分光光度计和波长。这个测量假象来自于以下因素,除了非零带宽的探测光束,还包括非单色探测光束,在带宽范围外的波长上,它还具有微弱的边带(主要来自光栅上的瑕疵)。当探测光束定 位于深边缘的波长上,探测波长上一侧的边带噪音通阻断光片在其通带内透过,因此,在探测器上记录到较大信号并导致测得较低的OD值。这是测量结果就显示出不是以OD级递减的假象。在商用仪器中,除非添加额外的滤光片,几乎没有能够减少这种边带的问题。

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 Measurement Issues

左图蓝色显示Semrock LP03-532RU-25RazorEdge®滤光片的设计光谱。红色显示使用商用分光光度计进行测量。

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