評估 Ocean HR2 光譜儀 - 應用示範

重點 : 
•  Ocean HR2光譜儀 
•  高解析度 
•  線性吸光度分析

技術 : 
•  吸光度 
•  輻照度

應用 : 
•  藥物分析 
•  電漿監測 
•  太陽輻照度

新型Ocean HR2光譜儀提供高解析度、高速採集速度、高訊噪比性能及極佳的熱穩定性。在這裡我們探討Ocean HR2 在吸光度及輻照度應用上的效果。

 

介紹

憑藉其獨特的 CCD 陣列檢測器和低雜散光光學平台設計，Ocean HR2 為從電漿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：光譜儀具有卓越的線性吸光度可能性；高解析度性能；使用高速平均模式 (HSAM) 可以顯著提高訊噪比，這是一種硬體加速的光譜平均技術，現在可用於 Ocean HR2 和 Ocean SR2 光譜儀。

註: Ocean Insight 的Yvette Mattley 和 Brianna Waggoner為本應用報告提供了測量值。

關於Ocean HR2光譜儀

Ocean HR2 高解析度光譜儀小巧耐用，積分時間快至 1 μs，熱波長漂移僅為 0.06 pixel/°C，有助於確保在溫度變化時具有可靠的光譜性能。Ocean HR2 的型號涵蓋約190-1150 nm的各種波長範圍，可選擇的狹縫寬度大小來幫助使用者控制光通量和光學解析度。

Ocean HR2光譜儀是高解析度儀器能兼容Ocean Insight光源、配件及軟體，這能讓使用者在不同應用中最佳化設置。此外，每台 Ocean HR2 光譜儀都配備 OceanDirect，這是一款功能強大的跨平台軟體開發套件，帶有應用程式介面。

Ocean HR2用於吸光度：重鉻酸鉀標準品

為了測量Ocean HR2的線性吸光度，我們測量了不同濃度下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。

我們的標準吸光度設置包括 Ocean HR2-UV-Visible 光譜儀(190-880nm)、附帶衰減器的 DH-2000 氘光源、一對 400 μm 光纖、石英比色皿和 SQ-1 Square One 比色皿架。OceanView 軟體和 Ocean Direct 設備驅動程序完善了系統。

圖一: Ocean HR2量測不同濃度下的重鉻酸鉀標準品的UV吸光度，從20.27 mg/L 到 100.95 mg/L.。

圖二:非常高的線性吸光度是Ocean HR2光譜儀的特徵。

Ocean HR2 的低雜散光性能反應在它的紫外吸收光譜中(圖一)，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(圖二)。

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，您可以預測該波長範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。接下來就是BSA蛋白質樣本上場。

Ocean HR2用於吸光度: 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。

為了確保獲得最佳測量結果，我們觀察了幾種做法是您在自己的實驗中應考慮的。首先，在測量之前，將光譜儀和光源預熱 30 分鐘。直到光源處於熱平衡狀態前，光源輸出可能會略有變化從而影響測量。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，我們在比色皿中進行稀釋，使用一次性移液管從每個樣品中取出一些然後混合蒸餾水，並對每個樣品重複該過程。如果可能，還建議避免移動設置裡的光纖。

BSA的線性吸光度結果比重鉻酸鉀更令人印象深刻。我們關注280nm處的吸光度峰值(圖三)，然後對線性吸光度進行繪圖，一直到2.5AU線性度皆為0.9999。
這種性能水準使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。
圖三: 牛血清白蛋白(BSA)樣品在280nm處有強烈吸光。
圖四: 對近30個BSA樣品測得的吸光度線性值達到了驚人的0.999。

Ocean HR2的高解析度:識別光譜線

依靠光具座配置，Ocean HR2 光譜儀的光學解析度通常小於 1.0 nm (FWHM)。例如，在測量汞-氬氣體發射光源時，我們在紫外-可見波長範圍內觀察到許多尖銳、輪廓分明的峰(圖五)。

圖五: 依靠配置，使用 Ocean HR2 光譜儀可以實現亞納米光學分辨率 (FWHM)。
圖六: 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。

我們在測量太陽輻照度時觀察到類似的光學解析度性能，其中使用25μm狹縫的Ocean HR2在其光譜範圍內檢測到光學解析度<1.2 nm (FWHM)的光譜訊號(圖六)。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，該光纖被放置在反射探頭支架中並與天空成 90°。正如您所預料那樣，在整個無雲的日子裡，每個波長下測得光譜的絕對強度都在變化。

Ocean HR2與高速平均模式

高速平均模式是一種硬體加速訊號平均功能，可藉由OceanDirect使用，可提高 Ocean SR2和Ocean HR2光譜儀的訊噪比(SNR)性能。更好的 SNR 會帶來更高品質的光譜和更準確的結果。

SNR是多種因素組成的函數，其中一些因素比其他的更容易管理。例如，可以在主機上的操作軟體中執行訊號平均來提高SNR，但處理時間可能比您的應用程序可接受的時間更長。HSAM硬體加速訊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。這對於時間急迫或即時應用程式可能很重要，在這些應用程式中必須非常快速且準確地做出決定。

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。這是用於評估光譜範圍的有用區域，因為在某些矽晶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下降而低落。

從某種意義上說，HSAM的作用是從噪聲中「拉出」信號。這在圖七中展示出來，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)。

圖七: 當在Ocean HR2和Ocean Direct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軟體相比，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直接在硬體上執行平均，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。

總結

從檢測電漿與氣體的窄發射譜線到確定藥物的濃度，Ocean HR2光譜儀提供研究級光譜儀性能不管是作為良好儀器在實驗室或生產線上或是做為自身設置中的一部份抑或是在另一個設備中做為關鍵子系統或組件。

 

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