文章來源:https://www.oceaninsight.com/blog/ocean-hr2-spectrometer-absorbance-and-irradiance/
作者:Rob Morris

宏惠光電是Ocean Insight 代理商

# MEDICAL & LIFE SCIENCES  #ABSORBANCE  #NEW SPECTROMETERS

 

新型 Ocean HR2 光譜儀具有高分辨率、快速採集速度、高 SNR 性能和出色的熱穩定性。我們探索了 Ocean HR2 在吸光度和輻照度應用中的有效性。

 

憑藉其專有的 CCD 陣列檢測器和低雜散光光學平台設計，Ocean HR2 為從等離子體監測到藥物分析的應用提供研究級光譜儀性能。

作為我們對 Ocean HR2 評估的一部分，我們專注於三個方面：光譜儀可能具有的卓越的吸光度線性；其高分辨率性能；使用高速平均模式(HSAM) 可以顯著提高信噪比，這是一種硬件加速的光譜平均技術，現在可用於Ocean HR2和Ocean SR2 光譜儀。

注： Ocean Insight 的Yvette Mattley和Brianna Wagoner為本應用說明提供了測量結果。

關於 Ocean HR2 光譜儀

Ocean HR2 高分辨率光譜儀結構緊湊、堅固耐用，積分時間快至 1 µs，熱波長漂移僅為 0.06 像素/° C，有助於確保在溫度變化時具有可靠的光譜性能。Ocean HR2 型號涵蓋約 190-1150 nm 的各種波長范圍，可選擇狹縫寬度尺寸以幫助用戶管理通量和光學分辨率。

Ocean HR2 光譜儀是一款與 Ocean Insight 光源、附件和軟件兼容的高分辨率儀器，允許用戶針對不同的應用優化設置。此外，每個 Ocean HR2 光譜儀都附帶OceanDirect，這是一個功能強大的跨平台軟件開發工具包，帶有應用程序編程接口。

 

用於吸光度的 Ocean HR2：重鉻酸鉀標準品

為了測試 Ocean HR2 的吸光度線性度，我們測量了不同濃度水平的重鉻酸鉀吸光度標準品和牛血清白蛋白 (BSA) 蛋白質樣品。BSA 通常用作生化應用中的蛋白質濃度標準。

我們的吸光度標准設置包括Ocean HR2-UV-Vis光譜儀（190-880 nm）、帶衰減器的DH-2000氘光源、一對 400 µm 光纖、石英比色皿和SQ-1 Square One 比色皿持有者。OceanView軟件和OceanDirect設備驅動平台完成了系統。

Ocean HR2 的低雜散光性能反映在其紫外吸收光譜中（圖 1），尤其是在繪製與濃度的關係圖時，它顯示出驚人的 0.9997 吸光度線性（圖 2）。

圖 1. Ocean HR2 在 20.27 mg/L 至 100.95 mg/L 的濃度範圍內測量了重鉻酸鉀標準品的紫外吸光度。

圖 2.非常高的吸光度線性度是 Ocean HR2 光譜儀的一個特徵。

雖然重鉻酸鉀標準品的結果令人印象深刻——通過該標準曲線，您可以預測該波長范圍內的幾乎所有未知樣品——但我們僅測量了 1.5 AU 的標準品。這就是 BSA 蛋白質樣本的用武之地。

 

用於吸光度的 Ocean HR2：牛血清白蛋白

我們使用與重鉻酸鉀實驗類似的 Ocean HR2 光譜儀設置，測量了蒸餾水中近 30 種不同濃度的 503 mg BSA。

為確保獲得最佳測量結果，我們觀察了您在自己的實驗中應考慮的幾種做法。首先，在測量之前，將光譜儀和光源預熱 30 分鐘。光源輸出可能會略有變化，直到光源處於熱平衡狀態，從而影響測量。

此外，作為採樣過程的一部分，我們從未從比色皿架上取下石英比色皿，因為這樣做會引入錯誤。相反，我們在比色杯中進行稀釋，使用一次性移液管從每個樣品中取出一些，然後混合去離子水，並對每個樣品重複該過程。如果可能，還建議避免在設置中移動光纖。

BSA 的吸光度線性結果比重鉻酸鉀更令人印象深刻。我們專注於 279 nm 處的吸光度峰值（圖 3），然後將吸光度線性映射到 0.999，一直到 2.5 AU（圖 4）。這種性能水平使 Ocean HR2 成為量化其他類型蛋白質濃度以及生物技術應用（包括分析血液成分和對藥物製劑進行質量保證）的絕佳選擇。

圖 3.牛血清白蛋白 (BSA) 樣品在 279 nm 處吸收強烈。

圖 4.近 30 個 BSA 樣品的吸光度線性度達到了驚人的 0.999。

 

用於高分辨率的 Ocean HR2：識別光譜線

根據光具座配置，Ocean HR2 光譜儀的光學分辨率通常小於 1.0 nm (FWHM)。例如，在測量汞-氬氣體發射源時，我們在紫外-可見波長范圍內觀察到許多尖銳、輪廓分明的峰（圖 5）。

我們在測量太陽輻照度時觀察到類似的光學分辨率性能，其中帶有 25 µm 狹縫的 Ocean HR2 在其光譜範圍內檢測到光學分辨率 <1.2 nm (FWHM) 的光譜發射線（圖 6）。我們的採樣裝置包括一個餘弦校正器，該校正器連接到600 µm Vis-NIR 光纖上，該光纖被放置在反射探頭支架中並與天空成 90°。正如您所預料的那樣，在整個無雲的日子裡，在每個波長下測得的絕對光譜強度都在變化。

圖 5.根據配置，使用 Ocean HR2 光譜儀可以實現亞納米光學分辨率 (FWHM)。

圖 6. Ocean HR2 光譜儀通過這些太陽輻照度測量展示了它的多功能性。

 

Ocean HR2 和高速平均模式

高速平均模式是一種硬件加速信號平均功能，可通過 OceanDirect 訪問，可提高 Ocean SR2 和 Ocean HR2 光譜儀的信噪比 (SNR) 性能。更好的 SNR 會帶來更高質量的光譜和更準確的結果。

SNR 是多種因素的函數，其中一些因素比其他因素更容易管理。例如，可以在主機上的操作軟件中執行信號平均以提高 SNR，但處理時間可能比您的應用程序可接受的時間更長。HSAM 硬件加速信號平均通過在給定時間段內實現更多的頻譜平均來克服這些限制，從而在每單位時間內產生更高的 SNR。這對於時間關鍵或實時應用程序可能很重要，在這些應用程序中必須非常快速且準確地做出決策。

我們通過使用 600 µm 光纖和衰減器測量 880 nm LED 的相對輸出來測試 HSAM 提供的優勢。這是光譜範圍內用於評估的有用區域，因為在某些矽 CCD 陣列檢測器設置中，NIR 波長的光譜響應可能會隨著光柵色散和檢測器量子效率的下降而下降。

從某種意義上說，HSAM 的作用是從噪聲中“拉出”信號。這在圖 7 中得到了演示，我們在其中比較了單個平均掃描的結果，該掃描非常嘈雜；然後進行 1,000 次掃描（噪音較小）；最後，進行 10,000 次掃描（最小噪聲）。

圖 7.當在 Ocean HR 和 OceanDirect 中激活高速平均模式時，SNR 的改善非常顯著。

在 OceanDirect 中運行 HSAM 的一大優勢在於，與 OceanView 軟件相比，您可以在更短的時間內執行更多的光譜平均。例如，OceanView 可以在大約 2 秒內處理 10,000 個平均值。但由於 HSAM 直接在硬件上執行平均值，OceanDirect 可以在 200 毫秒內處理 10,000 個平均值——速度提高了 10 倍。這可以顯著提高現有應用的 SNR，並開闢新的可能性。

概括

從檢測等離子體和氣體中的窄發射線到確定蛋白質的濃度水平，Ocean HR2 光譜儀在實驗室或在線運行良好的儀器中提供研究級光譜儀性能，作為其自身設置的一部分或作為關鍵另一個設備中的子系統或組件。