關(guān)鍵詞：近紅外光譜；ProNIR光譜儀；稀土元素；鐠釹玻璃濾光片；鈥玻璃濾光片；

引言

稀土元素是周期表中由15種鑭系元素（從鑭到镥）以及鈧和釔組成的17種化學(xué)元素組，其定義由國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）確立。

某些稀土元素（如釹、鐠、鉺、鈥）以三價離子形式存在時，在紫外（UV）、可見（Vis）及近紅外（NIR）區(qū)域呈現(xiàn)出鮮明的吸收峰。

鈥、雙釹（釹與鐠的混合物）及氧化鈰是具有一系列特征鮮明吸收峰的稀土元素，常用于校準分光光度計在紫外、可見及近紅外區(qū)域的波長標尺。這些元素被廣泛用于波長鑒定，并獲得所有主要藥典和監(jiān)管機構(gòu)的認可。

測量寬光譜范圍（即190至2500納米）的吸收光譜需要兩組光源（氘燈用于紫外光譜，鹵鎢燈用于可見-近紅外光譜）以及兩臺工作范圍不同的探測器。首臺探測器通常采用硅基電荷耦合器件（CCD）或光電倍增管（PMT），其最佳工作范圍為200至850納米；而第二臺探測器通常采用砷化銦鎵（InGaAs），其最佳工作范圍為850至2500納米。

由于檢測范圍和儀器條件（如狹縫寬度和光柵）不同，寬范圍吸收光譜需要用戶進行兩次獨立測量：首次在200至850納米范圍內(nèi)測量，第二次在850至2500納米范圍內(nèi)測量，且第二次測量條件與首次不同。

本應(yīng)用說明采用ProNIR光譜儀，在配備W20光源、標準比色皿架及固體樣品架的實驗裝置中，測定了鈥氧化物與鐠氧化物玻璃濾光片的近紅外吸收光譜（850至2500 nm）。此外，還探討了結(jié)合兩臺光譜儀采集數(shù)據(jù)以獲得寬范圍吸收光譜的優(yōu)勢。本文所呈現(xiàn)數(shù)據(jù)均通過全新軟件包LightScan 2.0獲取。

材料與方法

試劑

• 鈥玻璃濾光片；
• 釹玻璃濾光片；

儀器及配件：

• W20光源；
• 標準比色皿支架；
• 直徑600微米可見-近紅外光纖；
• 固體樣品支架；
• ProNIR光譜儀（狹縫：50微米；光柵：150條溝槽/1200納米；熱電冷卻探測器：濱松512像素探測器）；

圖1 – W20光源（1）、標準比色皿支架（2）、固體樣品支架（3）、ProNIR光譜儀（4），用于測量鈥和鐠釹玻璃濾光片的近紅外吸收光譜。

實驗步驟

1. 將每塊稀土玻璃濾光片插入固體樣品托架；
2. 啟動ProNIR檢測器并冷卻至-20ºC，以顯著提高信噪比和采集穩(wěn)定性；
3. LightScan軟件中選定的儀器設(shè)置詳見表1；

表1 – 用于這些實驗測量的儀器設(shè)置。

結(jié)果

鈥玻璃濾光片和鐠釹玻璃濾光片的紫外-可見-近紅外吸收光譜（波長范圍達900 nm）已通過新型FAbS分光光度計測得，如圖2所示。有關(guān)氧化鈥玻璃濾光片吸收峰的詳細信息可參見其他文獻。

圖2——用新型FAbS分光光度計測得的鈥（藍線）和鏑（黃線）玻璃濾光片的歸一化吸收光譜。

鈥玻璃濾光片與鐿玻璃濾光片均能在300至900納米波長范圍內(nèi)提供清晰銳利的吸收峰。相較于鈥玻璃濾光片，鐿玻璃濾光片具有更寬的光譜覆蓋范圍，使其更適合作為波長參考材料，用于驗證分光光度計的波長標度。然而，盡管光譜范圍更廣，鏑鐠玻璃濾光片并未獲得所有主要藥典認可用于波長精度測試。目前僅鈥玻璃濾光片是經(jīng)批準用于此目的的唯一固態(tài)參考標準。

關(guān)于鈥與鏑在近紅外區(qū)域（900至2500納米）的吸收光譜數(shù)據(jù)極為匱乏。鈥玻璃濾光片的透射光譜報告寥寥可數(shù)，釤玻璃濾光片僅發(fā)現(xiàn)一份透射光譜數(shù)據(jù)。圖3與圖4分別展示了鈥玻璃濾光片與釤玻璃濾光片在300至2500納米波長范圍內(nèi)的吸收光譜。除紫外-可見光區(qū)域的吸收峰外，鈥玻璃濾光片還具有兩個近紅外吸收峰：首個吸收帶出現(xiàn)在1150 nm附近，第二個吸收帶位于1900 nm附近，其主峰值約在1960 nm處。

圖3所示的近紅外吸收帶結(jié)構(gòu)與波長與文獻中鈥玻璃濾光片的透射光譜相吻合。

圖3 – 采用FAbS測得的鈥玻璃濾光片吸收光譜（300至900 nm，藍線），以及采用ProNIR測得的吸收光譜（900至2300 nm，黃線）。

與鈥玻璃濾光片相比，鐿玻璃濾光片在近紅外區(qū)域具有三個主要寬吸收帶。首個觀測到的吸收帶起始于1300納米，峰值約位于1520納米。第二條帶起始于1750 nm，峰值約在1920 nm。第三條也是最后一條帶起始于2300 nm，峰值約在2430 nm。圖4所示的近紅外吸收帶結(jié)構(gòu)與波長均與文獻記載的透射光譜一致。

圖4 – 采用FAbS測得的鐠釹玻璃濾光片吸收光譜（300至900 nm，藍線），以及ProNIR測得的吸收光譜（900至2300 nm，黃線）。

本應(yīng)用說明演示了如何使用搭載全新LightScan 2.0系統(tǒng)的FAbS和ProNIR光譜儀，輕松測量鈥氧化物和鐠氧化物玻璃濾光片在180至2600納米波段的寬吸收光譜（分別見圖3和圖4）。這款全新軟件作為簡潔而強大的光譜分析平臺，可實現(xiàn)所有設(shè)備的互聯(lián)互通，充分釋放光譜系統(tǒng)的潛力。數(shù)據(jù)采集由LightScan 2.0統(tǒng)一控制，并支持通過兩臺工作范圍不同的光譜儀進行同步測量。

結(jié)論

采用新型LightScan 2.0軟件和新型ProNIR光譜儀，測量了鈥和鐠釹氧化物玻璃濾光片的吸收光譜，測量波長范圍為850至2500納米。

ProNIR上的熱電冷卻探測器可實現(xiàn)吸收、透射和反射光譜的卓越采集，噪聲極低，采集時間范圍從毫秒到秒級。此外，它還為近紅外范圍內(nèi)的發(fā)射測量提供了極高的靈敏度。

ProNIR獲取的吸收光譜與法布里-珀羅光譜儀在300至900nm波段測得的數(shù)據(jù)實現(xiàn)完美重合，尤其在850至900nm區(qū)間呈現(xiàn)完全吻合。實驗證實，兩種校準基準材料——鈥玻璃濾光片與鐠釹玻璃濾光片的吸收光譜，其FAbS測量結(jié)果與ProNIR測量結(jié)果完全吻合。這表明通過同步采集技術(shù)整合兩臺光譜儀，可獲得寬范圍吸收光譜數(shù)據(jù)。該同步采集方法可在數(shù)秒內(nèi)完成單次測量，為用戶提供185至2500納米的寬廣光譜范圍。此功能已集成于新版LightScan 2.0軟件中。