高速积分球式透过率测定器

1.用光谱仪+积分球测试850带通滤光片，为什么透过率＞100%？2.同条件下测试全通滤光片及增透片都和实际比较接近。[img=,690,555]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307171714420003_2934_6102867_3.png!w690x555.jpg[/img]

全积分球的特点和应用 众所周知，紫外分光光度计不仅仅局限于检测液体样品的透过率和吸收率，而对于固体样品的测试也必不可少。通过对固体样品进行透过率及反射率的测试可以表征出其光学性能，但是由于固体样品的大小和形状大小不一，光束通过固体样品例如透镜、棱镜等样品所产生的光斑大小会发生变化甚至有可能产生平移以及散射；这种分散的光强如果直接进入检测器，极其容易打到检测器的不同位置，由于检测器上不同位置对于光强的灵敏度差别很大，为了保证检测器在测试固体样品时的高精度和低噪声，我们则需要另外一种检测系统，这就是积分球检测系统。积分球的作用主要是将散射光进行均一化，保证每次检测器的光电面接受的光束形状和位置几乎一致，从而提高测试精度。积分球是一个内部涂有漫反射材料的空心球体，外面一般是金属外壳结构，在外壳中央水平线上开有若干个测试孔。积分球的内径有大小规格不等，大积分球一般为四口，小积分球有四口和两口这两种设计，四口积分球是我们比较常见的，既可以用来测透射又可用来测反射，四口积分球是两组窗口，每组两个光口，一个入光口，一个反光口。两组窗口可以互为垂直，也可以互为平行；一组窗口作为样品光束，另一组为参比光束。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191700_667481_2990708_3.png评价积分球好坏主要靠涂料、挡板、开口、球体完美度等。其中关于涂料，积分球涂层需要满足的条件：1、根据CIE 标准要求，漫反射率至少大于80%； 2、漫反射率随波长的变化小，即呈光谱中性特性。3、化学稳定性好。积分球的涂料很多，不同的涂料适用于不同的波长范围。积分球涂料对积分球至关重要，厂家一般采用硫酸钡、聚四氟乙烯(PTFE)等作为积分球涂料。这两种涂料各有特点，我们需要根据特定的情况选择合适的积分球涂料。关于开口率，内径相同的积分球开口率越小越好，因为开口面积越小，积分球内能有效反射的光线就越多。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161438_584460_2990708_3.png另外一种两口积分球可能大家不太常见，也被称为全积分球，全积分球的参比侧和样品侧没有反光口，积分球内全部覆盖硫酸钡材料。全积分球内没有反光口，所以可以用来测试透射率但不能测试反射率。如图3所示： http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161440_584461_2990708_3.png如图4为全积分球内部的遮光筒的结构，遮光筒作用是为了防止直射光直接照射检测器，提高积分球的效率，遮光筒实际上就是积分球入口周围的突起部分，光从积分球入口进入后射入光电倍增管，积分球入口周围突起，在使用积分球进行反射测量特别是漫反射测量时，可以阻止来自样品的直反射进入，只是将漫反射收集到检测器上。所以无论是全积分球还是普通积分球都应有这样的设计，目前我了解到只有日立的积分球才有这一构造。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161441_584462_2990708_3.png全积分球虽然不能用来测试反射率，但是它有自己的优点，主要体现在透镜、镜头等样品透射测量上。因为四口积分球可以用于常规样品的透过率测定，而全积分球专门针对于像透镜、镜头类样品，因为透过透镜的光束在积分球会发生强烈变化 (扩散)。如图5所示： http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161442_584463_2990708_3.png 透镜这类样品如果使用四口积分球检测，使积分球入射后的光束会溢出到被设置在积分球反光口的副白板（直径；18mm）上，入射光被副白板和积分球内部这两者共同反射着。像这样的情况时，由于副白板（氧化铝）和积分球内部硫酸钡的反射率是不一样的，在作基线校正时，入射光只是被副白板反射着，所以在做基线校正时和样品测试时光学系统是不在同一条件下进行的，也就不可能取得正确的测光值。如图6所示： http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161443_584464_2990708_3.png 然而全积分球就能解决透镜、镜头测试不准确的问题，因为全积分球没有反光口，积分球内部全是相同的反射材料，所以不存在在做基线校正和样品测试时光学系统不在同一条件下。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161444_584465_2990708_3.png图7全积分球透镜样品的透过率光路如图8、9是分别采用日立UH4150的四口积分球和全积分球来检测凸透镜在300nm-1200nm透过率的具体实例。由图8可知，在用四口积分球检测凸透镜透过率时，在470nm到710nm波段内出现了一种不正常的现象，透过率超100%。出现这一现象的原因就是如上解释的原因，样品测试时入射光被副白板和积分球内部这两部分共同反射着，然而副白板（氧化铝）和积分球内部硫酸钡的反射率是不一样的，但是在作基线校正时入射光只是被副白板（氧化铝）反射着，所以在做基线校正时和样品测试时的光学系统是不在同一条件下进行的。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161444_584466_2990708_3.png另一方面，如图9所示，在使用全积分球对凸透镜进行测试时，这种透过率超100%的现象就不再发生，此外在710nm处的透过率值准确的反映出透镜做了无反射处理。因整个全积分球内部全部被硫酸钡材料覆盖，所以透过凸透镜的光束的准确测量就有了保证。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/02/201602161445_584467_2990708_3.png总而言之，如果在测试透镜、镜头等使光路改变、光路扩散比较大的样品时选择全积分球，可以得到高精度的测量结果。

[color=#DC143C][size=4]先强烈推荐一个帖子:[/size][/color]http://www.instrument.com.cn/bbs/shtml/20070117/715021/从20世纪60年代开始，因为航天事业的发展人们非常重视反射光谱法。主要用来测试不透明材料。具体做法是在常规的紫外可见分光光度计上加一个光学积分球附件，见图2所示，使常规的光度计不能进行的操作得以实现。主要测定不透明的固体、粉末等样品的反射率。从样品表面反射回来的辐射能量大小。反射率定义为： R% = I/I0×100。I为被反射的辐射强度，I0为从某些标准表面反射回来的辐射强度。镜面反射具有定义明确的反射角，如从镜面的反射一样；而漫反射时，部分被反射表面吸收，部分被反射表面散射。反射光谱的测定是在紫外-可见分光光度计上加一可进行反射操作的附件，如图4.32所示。光学积分球，一般将一根内径为60-150毫米的铝棒切成两半，技术比较精细复杂哦，然后将其挖成空心球，在球的内壁上涂上硫酸钡或熏上二氧化镁。这时，在球心放上被测试的样品，则在球内壁的任何地方的漫反射强度都相等，这就是积分球的工作原理。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/05/200805092224_88742_1644065_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2008/05/200805092225_88743_1644065_3.jpg[/img] 图1中两个对角镜用于反射从样品反射过来的光线。图2是用于反射光谱测定的积分球附件。从单色器过来的双光束通过两个窗口进入积分球，照射在样品及参比上，反射光进入光电倍增管，后者交互测定样品及参比的漫反射。除去吸收池，样品可以是染色线、膜的涂层等固体样品，此时参比处放置MgO标准白板。积分球内表面涂有高漫反射材料的BaSO4，可以使反射能量均匀化，在球内任一给定点反射光的强度都与空间分布无关，而与样品的漫反射率成正比。使用积分球附件的注意事项:1 无论使用透过样品还是反射样品,都要使样品紧密贴紧积分球开口,如有间隙会使测量值产生误差.2 如副白板表面被污染,可用细砂纸轻轻磨干净，并将副白板保存在干燥的容器中.

我的是固体粉末，我用两种方法测试了其吸收系数，首先用积分球测试了其漫反射反射率R，然后用公式A=-log（R）得到了吸光度A。第二个方法是把粉末分散在乙醇里测试了其透过率T，然后公式A=-log（T）得到了其吸光度。但两者得到的结果完全不一样，形状正好颠倒了，如下图，这是为什么呢？到底哪个方法错了呢？http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411062341_522186_1605581_3.jpg

[B][color=#DC143C]前 言： 在分光光度计中，一个是作为检测器用的光电倍增管，另一个是作为附件用的积分球，两者看似没有直接的联系，实际上，积分球的问世和使用正是弥补了光电倍增管在检测多样化样品时的自身缺陷。而对于积分球检测器这种附件，许多仪器使用者了解甚少，甚至没有听说过。为此，本文针对这两者的关系做一简单介绍，以飨读者。[/color][/B][B]1．光电倍增管的使用：[/B]光电倍增管英文名称是photomultiplier tube，简称PTM。在目前的一些双光束分光光度计中经常使用光电倍增管作为检测器。由于光电倍增管具有灵敏度高，噪声低及响应速度快的特点，所以被广泛地应用在许多光学仪器中作为检测器，这是众所周知的常识。[B]2．光电倍增管的结构：[/B] 光电倍增管有侧窗式和端窗式两种，在实际应用范围里又以侧窗式居多，因此、本文以R928型侧窗式光电倍增管为例加以介绍。R928型光电倍增管有11个电极，分别为：1个光阴极（Ｋ），9个倍增极，也称打拿极（DY）和1个阳极（P）；外观图和内部图如图－1，图－2所示：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/10/200910091051_174822_1602290_3.jpg[/img][B]图－1、R928型光电倍增管外观图[/B] [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/10/200910091051_174823_1602290_3.jpg[/img][B]图－2、R928型光电倍增管内部结构顶视图[/B][B]3．光电倍增管的简单工作原理：[/B]当入射的检测光信号（S/R）照射到光阴极（K）后，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子首先进入倍增系统的第一个打拿极DY1，然后通过进一步的二次电子发射，逐级通过其余的8个打拿极（DY2～DY9）而得到递增式的倍增放大；最后这些被多次放大后的电子被阳极（P）收集作为信号输出。图－3是R928电极排列及供电电路示意图：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/10/200910091052_174824_1602290_3.jpg[/img][B]图－3、R928电极排列及供电电路示意图[/B][B] 4．光电倍增管灵敏度特性的分析：[/B]虽然光电倍增管有许多优点，但暇不掩玉，该器件自身也有两个致命的缺陷；①灵敏度因强光照射（这也就是为何仪器在通电的情况下样品室盖子不能打开的原因）或因照射时间过长而降低，停止照射后又部分地恢复；鉴于光电倍增管的这种特性致使它随着使用时间的累加，灵敏度会逐渐下降（一般从长波长开始下降，俗称“红外紫移”）且噪声输出却逐渐加大，直至被弃用。我们把这种现象称为“疲乏效应”。②光阴极表面各点的灵敏度不是均匀的，而是根据入射光束的输出变动而定。 对于第一个缺陷由于有个时间的累积过程，故负面效应在短时间内不是很凸显；但是对于第二个缺陷，却直接影响着不同样品的在线分析结果。于是就引出了一个关于光电倍增管灵敏度特性这样一个概念的分析。 侧窗型光电倍增管由于光电面（光窗）的弧形结构及电极的几何形状等原因，致使光阴极表面各个位置上的灵敏度是不均匀的，但是造成这种不均匀的原因不是光阴极表面本身，而是入射光束（或光斑）作用在光阴极光电面上不同的位置（locality）所致。形象地说，就是入射光束照射在光阴极表面上不同的位置会直接影响着阳极灵敏度的高低（即阳极输出电流的大小），这种特性关系见图－4所示：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/10/200910091052_174825_1602290_3.jpg[/img][B]图－4、光电倍增管的灵敏度特性[/B] 我们从上面示意图可以看到，入射光束作用在光电倍增管光电面上的位置不同会改变其输出的灵敏度；水平位置对灵敏度的影响最为明显，垂直位置其次。如果入射光束照射在光电面的水平方向的边缘时，甚至使检测器失去了放大功能，这也就是为何仪器在更换光电倍增管后需要仔细地调整管子与入射光束的垂直角度和高低的原因。如果有机会你会发现，许多仪器上的光电倍增管的光电面（光窗）不是与入射光束形成垂直0°度角，而是有个小小的偏差角度，其原因就是为了寻找检测器最佳灵敏度位置的结果。[B]5．不同测试样品对灵敏度的影响：[/B] 由于入射光束的强弱变化和检测器灵敏度的变化，故我们在使用分光光度计之前一般均要做基线校正，这是基本使用常识。以双光束单检测器的仪器测试液体样品为例：在测试前，两个通道的比色池内均放置了溶剂调零或做用户基线扫描，注意：这时两个通道的各种误差（包括光强、折射率、光束照射在检测器光阴极上的位置的偏差）均得到了校正，然后再测试未知样品。如果样品的浓度及结构较为简单时，也就是说样品光束与先前作为校正用的溶剂的光束一致或相近时，测试结果是可信的（这也就是许多使用者经常谈到的吸光值在0.7Abs以下最适合的出处所在）； 可是当被测样品的浓度过高或结构较为复杂（例如浑浊样），此时样品光束的形状与溶剂光束的形状相差甚远，所测试的结果的可信度就会大大打折扣的；当样品结构过于复杂时（例如脑积液）几乎无法测试，不但结果不可信同时噪声还会加大。何况现在的分光光度计还不仅仅局限于测试液体样品呢？图－5就是各种样品光束的形状：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/10/200910091052_174826_1602290_3.jpg[/img][B]图－5、各种样品的光束[/B] 从上面示意图可以看出，通过空气的光束在检测器光阴极上形成的光斑面积最小，而光强最集中，故检测器输出的信号噪声也最小，这是因为光束没有受到任何样品的散射作用；而透镜类的固体样品所产生的光斑最大且有可能平移，光强较为分散，故会引起检测结果精度的下降及噪声的增大，这是因为光束受到样品的散射作用之故；固体样品的厚度越大，这种散射越严重。[color=#DC143C]结 论：即使仪器的条件全部一致（光源、单色器、波长等），但由于样品的不一致，则作用在光电倍增管光电面上的光束的位置、面积、光压强也不一致[/color]。 众所周知，当今的分光光度计，不仅仅测试液体样品的透过率（或吸光度），而是还要测试固体样品的透射率，甚至固体表面的漫反射率。因此图－5所表示的传统的测光方式已经远远不能满足现代分析的需要了。对于浑浊的液体样品或某些固体样品的测试，则需要使用一种特殊的附件，那就是积分球检测器。[B]6．积分球检测器的构造和原理：[/B] 积分球附件其实就是一个特殊的检测器，它的英文名称是Integrating Sphere；其结构示意图如图－6所示：[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/10/200910091052_174827_1602290_3.jpg[/img] [B]图－6、积分球检测器结构示意图[/B] 从图－6中可以看到，积分球的外观确是个中空的球体，外壁由金属构成，内壁涂有扩散率很高的物质，如：硫酸钡(BaSO4)或诗贝伦(SPEKTRON)；硫酸钡涂层的积分球价格较便宜，等效透过率的基线平坦度Tλ稍差，但反射率(Pλ)较高，可达到 Pλ≥0.92；而诗贝伦涂层的积分球刚好与硫酸钡涂层的相反，它的基线平坦度Tλ更趋于平直，但反射率稍差，Pλ≥0.80。它的内径可以做到从几十毫米～几百毫米不等；但内径越大则价格也越贵。 沿球体的直径，对开两个圆口，一个为入光口、一个为反光口。入光口处可以放置液体或固体样品，以做透过率测试之用；这时、反光口处则要放置由氧化铝(Al2O3)制成的副白板作为扩射元件，如图－6所示；如果需要测试固体样品的反射率，则要将样品放置在副白板处，而副白板是否仍然需要继续使用，这就要视样品的性质而定了。如果样品完全不透明，则无需使用副白板；如果样品透明或半透明状，则一般仍需使用副白板，只是该白板要放置在样品的后面做衬底之用。但是无论是测透射还是测反射，具有各向异性的样品光束在积分球体内进行全方位的漫反射,最后一个被平均化了的光信号被置于积分球底部（或上部）的光电倍增管接收并加以进一步的放大。这就是积分球检测器的简单放大原理。 [color=#DC143C]这种积分球检测器的优点是克服了传统的单一使用光电倍增管作为检测器所产生的弊病，对于不同的样品光束的形状则无需再加考虑了，使光电倍增管的光电面接受的光束形状和位置几乎一致，最终使测试精度得以提高了。[/color]图－6只是积分球结构和原理的示意图；实际上的积分球需要开两组窗口，每组两个光口，一个入光口，一个反光口，共四个光口。两组窗口可以互为垂直，也可以互为平行；一组窗口作为样品光束用，另一组为参比光束用。下面介绍实际的积分球的结构和用法。