Elementos de dispersão: pedra angular da separação espectral

O elemento de dispersão é o componente central do espectrómetro, que divide a luz composta em luz monocromática através do princípio de dispersão da luz. Tipos comuns incluem:

Raster: usando o princípio de difração, através da estrutura periódica para desviar diferentes comprimentos de onda em diferentes ângulos, para alcançar a separação de comprimentos de onda. Sua vantagem é a alta resolução, a dispersão uniforme e o uso na faixa ultravioleta ao infravermelho próximo. No entanto, é necessário trabalhar com o filtro para eliminar a interferência de luz dispersa do espectro multinível.

Prisma: dispersão de luz com base na diferença de refração de diferentes comprimentos de onda, a capacidade de dispersão de luz de comprimentos de onda curtos é mais forte. Sua estrutura é simples e de baixo custo, mas há problemas de dispersão não linear e dispersão desigual, geralmente usada em bandas de luz visível.

Combinação PGP (prisma-raster-prisma): com o raster como núcleo, a combinação de prisma permite a dispersão linear, mas o custo de produção é alto e o volume do sistema é grande.

Sistema de imagem focada: transmissão precisa de sinais de luz

A luz monocromática após a dispersão deve ser reunida na imagem do detector através de um sistema de imagem focada, como um conjunto de lentes. O sistema deve atender aos requisitos de largos ângulos, grandes aberturas e banda larga e eliminar a diferença de cor para obter imagens de superfície plana, garantindo que as linhas espectrais sejam claramente separadas. Por exemplo, o espectrómetro ICP usa um rastre de escada média com dispersão cruzada de prisma para equilibrar o fluxo de luz e a resolução.

Detector: conversão de sinal óptico em sinal elétrico

Os detectores exigem alta sensibilidade, baixo ruído e resposta rápida:

CCD (dispositivo de acoplamento de carga): adequado para a detecção de banda larga para a captura espectral de alta resolução através de estruturas de matriz ou de linha. Por exemplo, o espectrómetro VeritySD1024G usa um CCD de refrigeração TEC para reduzir o ruído da corrente escura e melhorar a relação sinal-ruído.

Arrays de diodos fotoeletrônicos: para cenários de detecção de alta velocidade, como o espectrômetro LIBS, que precisa concluir a análise elementar em um período de tempo de milésimos de segundos e exige uma alta velocidade de resposta do detector.

Sistema de processamento de sinais: otimização e saída de dados

Os sinais elétricos são amplificados, filtrados e convertidos em sinais digitais, eliminando ruído por meio de algoritmos, corrigindo a deriva do comprimento de onda e, finalmente, gerando imagens espectrais ou dados. Por exemplo, o espectrómetro desenvolve curvas de trabalho através da amostragem para realizar uma análise quantitativa do conteúdo de elementos.