1. 简介

光谱仪是一种将包含多种波长的光按波长进行分离（分光），并用检测器测量其强度的装置。分光光度计则是将分光后的光照射到样品上，测量各波长透射率和反射率的装置。
作为分光仪的基本构成要素，SEC2121多通道（多个光探测器并列排列）光谱仪由以下部件组成：①光纤连接器、②入射狭缝、③准直镜、④光栅（分光元件）、⑤聚焦镜、⑥探测器（图1）。

2. 选择光谱仪时需要考虑的要点

测量者首先应关注的是：该设备是否符合“想要测量什么”这一目的，即其波长范围、波长分辨率是否与被测对象特性相匹配。

  2.1 需根据具体测量需求选择设备可检测的波长范围：

      • 紫外线区域（UV）：适用于吸光度测量及薄膜厚度检测等
      • 可见光区域（Vis）：作为需求最广泛的领域，适用于色彩测量与食品检测等近
      • 近红外区域（NIR）：利用其易透射的特性，广泛应用于食品和药品的成分分析、水分含量分析等领域。
      可测量的波长范围主要取决于光栅刻线数、传感器类型以及横向像素数。

  2.2 测量精度（分辨率）与灵敏度（吞吐量）的平衡

    波长分辨率（半高全宽/FWHM）是衡量光线可分割精细程度的重要指标。
    • 分辨率决定因素：分辨率由入射狭缝宽度、光栅刻线数与传感器横向像素数的组合共同决定。
    • 权衡关系：为提高波长分辨率而缩小狭缝宽度时，进入分光器的光量减少，导致灵敏度（通量）下降。~    同样，传感器像素数越多（像素密度越高）分辨率越高，但单个像素的表面积减小会降低灵敏度。
    光栅刻线数增加时，分辨率提升的代价是波长范围变窄。
    • 最佳狭缝宽度：为获取低噪声数据，狭缝宽度并非越窄越好。在荧光测量等场景中，需增大狭缝宽度以确保足够的光通量。
    • 需根据样品类型与量、测量方法等因素选择物理装置的配置方案。

3. 光谱仪选型的要点总结

决定分光器性能的要素之间始终存在权衡关系。因此，通用型应用需要均衡组合各构成要素的优势。选型时需综合考虑光栅线数、狭缝宽度、探测器像素数、探测器灵敏度平衡、曝光时间以及信号信噪比等参数。

  3.1 【兼具宽波长范围与高分辨率】选择SEC2121光谱仪的理由之一

    3.1.1 分辨率与检测元件的权衡
      • 理论分辨率计算
      采用1024像素CMOS传感器时，825 nm带宽的理论分辨率为0.8 nm/像素。
      然而，实际分辨率受入射狭缝（25 µm）和光栅刻线数限制，最终下限为1.4 nm。
      若升级至2048像素传感器，分辨率仍受限于光学系统，无法突破1.4 nm，且可能因像素尺寸缩小（14×200 µm）导致灵敏度下降。
      • 灵敏度优势
      SEC2121的1024像素传感器采用28×200 µm大像素设计，感光面积是2048像素的两倍，在可见光区域灵敏度提升超100%。如图2红线所示，其信噪比显著优于传统小像素方案。

    3.1.2 关键技术参数影响
      -入射狭缝：25 µm狭缝在保证分辨率的同时，避免了过窄狭缝导致的信号衰减。
      -光栅性能：覆盖200-1025 nm范围的衍射光栅，通过优化刻线密度实现825 nm带宽的高效分光。
      - 传感器特性：CMOS传感器的低噪声设计（如PPD像素结构）进一步提升了弱光检测能力。

    3.1.3应用场景建议
      该配置适用于需要高灵敏度但无需极高分辨率的场景。
      注：如需更高分辨率，需同步优化光栅刻线数及狭缝宽度，但可能牺牲灵敏度。
SEC2121的当前设计已实现“够用且好用”的平衡，是多数实验室的理想选择。

图2 旧型号与CMOS像素数量的灵敏度差异

  3.2 【最佳灵敏度平衡与高速曝光】SEC2121光谱仪的选型理由二

    3.2.1紫外-可见光区域平衡性优化
      a) ‌局部过载问题解决‌
      -‌光栅优化‌：采用新型衍射光栅设计，提升紫外波段（200-400 nm）与可见光波段（400-800 nm）的光通量均匀性，避免传统型号因光栅效率差异导致的局部过载（见图3对比曲线）。
      -‌检测元件协同‌：CMOS传感器与光栅匹配度提升，确保紫外光信号的有效接收，减少高光强区域的信号饱和。
‌      -光源稳定性增强‌：集成自适应光源驱动电路，动态调节输出功率，避免单一波长过强导致的检测失真。
      b)应用场景拓展‌
        -紫外波段灵敏度提升后，可更精准检测痕量有机物（如苯系物、多环芳烃），适用于环境监测与食品安全领域。         -可见光区域信噪比优化，支持高精度颜色分析（如纺织品色牢度检测）。

    3.2.2高速检测能力突破
      a) ‌CMOS传感器优势‌
        -‌极短曝光时间‌：100微秒级曝光速度，较传统CCD元件（通常需数毫秒）提升2个数量级，可捕捉荧光寿命、化学发光等快速瞬变过程。
      b) 强光检测能力‌：通过动态范围扩展技术，支持高光强样本（如激光诱导击穿光谱）的直接测量，无需额外衰减装置。 ‌      瞬变光谱应用案例‌
      电化学反应监测：实时追踪电极表面氧化还原反应的光谱变化。
      生物活性追踪：捕捉酶促反应过程中荧光标记物的动态信号。''

  3.3检测线性与波长校准技术

‌    线性校正保障‌
    CMOS传感器出厂预存多段线性校正数据，通过硬件补偿电路确保光强与输出电位呈线性关系（线性度R²>0.999），避免传统型号因非线性导致的定量误差。高精度波长校准‌       -汞灯基准‌：采用低压汞灯（253.7 nm、365.0 nm等特征峰）实施高阶多项式校正，波长定位精度达±0.2 nm。       -温度补偿‌：内置温度传感器，实时修正光栅热膨胀导致的波长漂移，确保长期稳定性。

图3 灵敏度分布（新旧模型比较）