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FAQ's - häufig gestellte Fragen zur optischen Spektroskopie
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Wann, warum, wie wähle, konfiguriere ich Gitter im Spektrometer?
Modulare optische Spektrometer bestehen meist aus einer Reihe von Komponenten, die für die jeweilige Anwendung aufeinander abgestimmt werden müssen. Dabei besteht eine große Vielfalt zum einen in der Auswahl der richtigen Komponenten zum anderen aber auch in der Konfiguration einzelner Komponenten.
Die Auswahl der Gitter richtet sich in der Regel nach dem gewünschten Spektralbereich, dem gewünschten Optimum in der Empfindlichkeit, der angestrebten optischen Auflösung oder aber auch der Größe von Streulicht oder des Wirkungsgrads eines solchen Gitters. Bei einigen der verfügbaren Spektrometer-Systeme besteht eine hohe Freiheit in der Gitterauswahl.
Normalerweise müssen die Spektrometer bereits vor der Anschaffung konfiguriert werden, da ein nachträglicher Umbau nicht möglich oder aufwendig und teuer ist. Eine genaue Kenntnis der Anforderungen ist dabei die Grundlage. Unsere Spezialisten beraten Sie gerne bei der Auswahl.
Kann ich den Wellenlängenbereich wechseln?
Bei den meisten Miniatur- Spektrometern läßt sich sich der Wellenlängenbereich nicht nachträglich verändern. Es muß also bereits vor der Anschaffung festgelegt werden. Dieser Einschränkung in der Flexibilität steht der Vorteil hoher Robustheit sowie einer hohen Langzeitstabilität der Wellenlängenkalibration entgegen.
Wann lohnt sich eine Detektorkühlung?
Eine Detektorkühlung ist in der Regel in 2 Fällen interessant:
1. In Prozeßanwendungen, die eine hohe Langzeitstabilität bei wechselnden Umgebungsbedingungen erfordern. In diesem Fall ist oft weniger die Kühlung als vielmehr die Erhöhung der Stabilität des Gesamtsystems von Interesse.
2. In Anwendungen, die ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber der Raumtemperatur erfordern. Durch die Detektorkühlung verringert sich das Rauschen in der Regel deutlich. Wichtig ist dieser Punkt häufig in sehr lichtschwachen Applikationen.
Die Kühlung der Detektorzeilen erfolgt in der Regel durch Peltier-Elemente. Bei einigen Detektoren sind diese bereits im Detektor integriert. Es gibt aber auch Spektrometer, bei denen die gesamte optische Bank mit einem externen Peltier-Element thermisch stabilisiert werden.
Wann nutzt man eine CCD, ein Photodidoden - Array oder eine CCD-Matrix?
CCD-Sensoren haben prinzipbedingt eine deutlich höhere Empfindlichkeit als Photodioden (ca. 2 Zehnerpotenzen). Daher werden CCD häufig bevorzugt, wenn sehr geringe Signale vorliegen oder nur sehr kurze Meßzeiten möglich sind. CCD haben meist sehr kleine Detektorelemente (typ. 7- bis ca. 25µm Kantenlänge) und bis zu 3000 Elemente in einer Zeile. Es gibt CCD-Zeilen mit bis zu 200µm hohen Detektorelementen. Durch die hohe Anzahl kleiner Detektoren lassen sich auch größere Spektralbereiche mit einer hohen Auflösung realisieren.
Eine CCD-Matrix kann verwendet werden, um die Empfindlichkeit von Spektrometern zu erhöhen. Dazu werden dann die Elemente einer Reihe, die der gleichen Wellenlänge entsprechen zusammengelegt und mit dem sogenannten Pixel-Binning aufaddiert. Das geschieht häufig bereits in der Zeilenelektronik.
Photodioden-Arrays besitzen gegenüber CCD eine höhere Linearität und bieten meist einen sehr guten Dynamikbereich. In vielen Spektrometer- Moduln werden sie standardmäßig verwendet. Die Pixel sind in der Regel deutlich größer als die von CCD-Chips. Typische Pixelgrößen sind (25-50)µm x (500-2500)µm.
Welche Typen von Glasfasern gibt es und wann setze ich welche ein?
In der optischen Spektroskopie (UV/VIS und NIR) werden heute in der Regel Quarz-Glasfasern eingesetzt. Die Fasern werden in speziellen Ziehtürmen aus hochreinen Quarzglas - Preforms gezogen. Diese Preforms bestehen aus einem Kern mit höherer Brechzahl und einem umgebenden Mantel mit niedrigerer Brechzahl. Dadurch kommt es in der gezogenen Glasfaser zu der Wellenleitung, die für den Transport des Lichts sorgt. Beim Ziehprozeß bleibt diese Struktur in der Glasfaser erhalten.
Der Querschnitt von Einzelfasern liegt in der Regel zwischen 55µm und 1000µm. 1000µm-Fasern erfordern sehr große Biegeradien und sind in der Handhabung durchaus kritisch. Sehr kleine Querschnitte werden häufig in Faserbündeln oder speziellen Faseranordnungen eingesetzt. Typische Anwendungen nutzen einzelne Quarzfasern zwischen 200µm und 600µm Kerndurchmesser.
Die sogenannte LOH-Faser (Low OH) hat nur wenige freie OH-Gruppen. Dieser Fasertyp wird für NIR-Anwendungen benötigt, da ansonsten die Wasserbande die Dämpfung bereits auf kurzen Strecken für die Messung zu hoch wird.
HOH-Faser (High OH) haben entsprechend mehr OH-Gruppen. Die Transmission dieser Fasern ist im UV-Bereich deutlich besser. HOH-Fasern werden daher hauptsächlich für UV/VIS-Anwendungen eingesetzt.
Wie lang können Glasfasern sein?
In der Spektroskopie werden Glasfasern bis zu einigen hundert Metern Länge eingesetzt. Dies wird besonders in Prozeßanwendungen der NIR-Spektroskopie getan, um Signals aus Ex-Bereichen zum Analysator zu transportieren oder um zum Beispiel Signale aus Unterwasseranwendungen zu gewinnen.
Bei UV-Anwendungen gibt es heute noch einige Einschränkungen in der Länge der Glasfasern. Die Ursache liegt hauptsächlich in der im UV stark zunehmenden Absorption und Streuung der Quarz-Glasfasern.
Wie stark darf eine Glasfaser gebogen werden?
Eine Faustformel von Glasfaser-Herstellern sagt, daß bei Kurzzeitbelastung der Biegeradius der Fasern das 100-fache des Radius der Glasfaser und bei dauerhafter Verlegung das 600-fache nicht unterschreiten sollte.
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