光谱小百科 | 狭缝

光辐射经光谱仪色散分光后的每条谱线，都是入射狭缝的像。进入单色器或从单色器出射的辐射能量，均由狭缝宽度调节。现代光谱仪中狭缝与光栅的转动耦合在一起，可自动调节。入射狭缝的作用是为了得到相干性较好的平行光源，出射狭缝是为了引出特定波长的谱线，这些都和光谱仪的分辨率挂钩。摄谱仪仅有入射狭缝，直读光谱分析仪就有入射和出射两个狭缝。

☉ 分辨率： 狭缝的宽度直接影响光谱仪的分辨率，即其能够区分两个波长相近的光线的能力。通常情况下，狭缝越窄，分辨率越高，能够更准确地分辨不同波长的光线。然而，狭缝过窄也会导致光强损失，因此需要在分辨率和光强之间寻找平衡。

☉ 光强： 狭缝的宽度还直接影响光强的传递。窄狭缝会限制通过的光线数量，降低进入光谱仪的光强，从而降低信噪比。相反，较宽的狭缝允许更多的光线通过，提高光强，但可能降低分辨率。

因此，在选择狭缝宽度时，需要考虑实验的具体要求做出权衡选择。如果需要高分辨率来分辨相邻波长，可以选择较窄的狭缝，但会降低通过量；如果更关注光强，可以选择相对较宽的狭缝，但会牺牲光学分辨率。在实际应用中，狭缝宽度通常是根据实验目的、样品性质和光源特性等多个因素进行优化选择的。狭缝尺寸的最佳选择需要权衡上述两个后果，这在很大程度上取决于具体的应用情况。

例如，狭缝尺寸越小，所需的积分时间越长。狭缝尺寸变窄对光谱仪透过率的影响变大。随着狭缝尺寸的减小，测量荧光分子所需的积分时间迅速增加，因为可以通过狭缝的光已经大大减少。当测量速度非常重要时，狭缝的重要性也就凸显出来。

• 灵活性：可更换狭缝使得光谱仪更具灵活性，可以根据实验的不同需求选择不同宽度的狭缝。这使得在不同实验条件下能够优化分辨率和光强之间的平衡。

• 适应不同光源：不同的实验可能使用不同的光源，这些光源可能有不同的光强和光谱特性。通过更换狭缝，可以更好地适应不同光源，以获得最佳的光谱性能。

• 定制实验：不同的研究目的可能需要不同的光谱仪配置。可更换狭缝使得用户能够根据实验的具体要求进行定制，以满足特定的研究需求。

• 光谱测量优化：通过选择合适的狭缝，可以优化光谱测量的分辨率和灵敏度。这对于需要高分辨率或高灵敏度的实验尤为重要。

• 降低光强损失：可更换狭缝使得用户能够在分辨率和光强之间取得平衡，以满足实验的具体要求，同时最小化光强损失。

大多数海洋光学光谱仪的可更换狭缝有助于消除设计方面的不足，为用户提供更大的实验灵活性。例如，可以指定窄狭缝，以便在尖峰吸光度测量中获得高分辨率，然后切换到较宽的狭缝，以便在荧光和低光测量中获得高通量。

可更换光谱仪狭缝为实验室常规吸光度和荧光测量提供了极大的优势。例如，测量氧化铝的吸光度时，具有狭窄、独特的峰值，需要恰当的分辨率才能正确解决，很可能需要25μm或更窄的狭缝（图 1）。

图 1. 使用不同狭缝宽度的Flame 光谱仪测量氧化铝的吸光度。请注意，狭缝尺寸增加时对吸光度峰值的增宽效应。出于演示目的，光谱在y方向上进行了归一化。

但是，当实验受到信号强度或采集时间限制时——即需要较短的积分时间——高通过量则成为最重要的考虑因素，而25µm的狭缝不会在所有情况下都能很好地发挥作用。

荧光测量就是这种情况，因为信号可能非常低，特别是在荧光分子浓度较低时。例如，以低浓度使用荧光标记，以实现产品的验证。在此类应用中，如需改进分辨率，较大狭缝的高通过量比较窄狭缝的更有效。

图 2 展示了狭缝尺寸变窄时对光谱仪光通量的影响。对于较小的狭缝尺寸，测量荧光分子所需的积分时间快速增加，因为可通过狭缝的光量大大减少。当测量速度至关重要时，这具有非常切实的优势。

图 2. Flame 光谱仪测量水中荧光素的荧光。对数图显示了根据狭缝大小达到最佳信号电平所需要的积分时间。狭缝尺寸越小，所需要的积分时间就越长。

具有可互换狭缝功能的光谱仪允许轻松更改光谱仪的分辨率和灵敏度，以优化测量，或在不同类型的测量之间进行更改（例如从吸光度更改为荧光）。

*如果从标准狭缝更改为带滤光片的狭缝，必须重新校准光谱仪，因为滤光片会改变光谱仪的光学焦点和波长校准。在这种情况下，你需要把分光计送回海洋工厂。

可用的狭缝包括：

8. 如有必要，再次连接光纤。

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