ARCoptix ARCLIGHT紅外光源實(shí)際應(yīng)用案例

ARCoptix是瑞士光學(xué)光譜領(lǐng)域的專業(yè)企業(yè)，成立于2006年。ARCoptix專注于傅里葉變換紅外（FT-IR）光譜技術(shù)，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于近紅外和中紅外電磁波段的多種應(yīng)用場(chǎng)景。憑借全球數(shù)百臺(tái)設(shè)備十余年的穩(wěn)定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，ARCoptix的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在臺(tái)式FT-IR光譜儀及原始設(shè)備制造商（OEM）FT-IR光譜儀的生產(chǎn)與認(rèn)證領(lǐng)域積累了深厚的專業(yè)積淀。

ARCLIGHT-MIR與ARCLIGHT-NIR是專為可見(jiàn)光-近紅外（400-4000 nm）和中紅外（1-25 µm）光譜范圍優(yōu)化設(shè)計(jì)的多功能照明設(shè)備。配備電子穩(wěn)壓電源、可調(diào)式機(jī)械衰減器，并搭載可拆卸光纖耦合器，支持自由空間的光纖耦合操作。

新的ARCLIGHT NIR-MIR結(jié)合了NIR和MIR版本。兩個(gè)光源的光束通過(guò)金鏡和雙色濾光片耦合在一起。組合光源在400 nm至14 μm的寬光譜范圍內(nèi)具有最佳光強(qiáng)。這種光源也可以與ARCoptix的FT NIR-MIR光譜儀結(jié)合使用，該光譜儀覆蓋光譜范圍為900-6000 nm。

特點(diǎn)

• 寬光譜范圍
• ​最高強(qiáng)度和色溫
• VIS-NIR和IR兩個(gè)版本可用
• 可拆卸光纖耦合器
• 機(jī)械衰減器

應(yīng)用案例
１、藥物流動(dòng)合成中溶劑濃度和水分含量的定量監(jiān)測(cè)
在藥物合成方法中，流動(dòng)合成可以通過(guò)執(zhí)行液相色譜或光譜直接在通道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，相比批量合成其分析時(shí)間得以顯著減少。典型的有機(jī)溶劑分析不吸收紫外光或可見(jiàn)光，進(jìn)行檢測(cè)和定量變得困難。且對(duì)于高濃度分析物，紅外光譜的吸收會(huì)飽和。另一方面拉曼光譜需要激發(fā)激光照射在測(cè)量點(diǎn)，這限制了測(cè)量區(qū)域。本文探索了一種利用近紅外光譜監(jiān)測(cè)溶劑濃度的方法，并開(kāi)發(fā)了一種適用于流動(dòng)合成中實(shí)時(shí)測(cè)量的緊湊型透射測(cè)量池。
該研究采用ARCoptix的ARLIGHT-NIR鹵素?zé)?/strong>和FTNIR-L1-025-2TE傅里葉近紅外光譜儀進(jìn)行藥物合成中近紅外光譜測(cè)量。

(A)通過(guò)PLSR（實(shí)線）和理論濃度（虛線）預(yù)測(cè)溶劑濃度；(B)含水率預(yù)測(cè)結(jié)果(黑色)，含水率變化擬合線(紅色)，預(yù)測(cè)值與擬合線的差值(灰色)

流動(dòng)合成過(guò)程中溶劑和水分含量的預(yù)測(cè)濃度(實(shí)線)和理論濃度(虛線)。

在該研究結(jié)果中預(yù)測(cè)水分含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為10 ppm。這表明在流動(dòng)合成過(guò)程中甚至可以檢測(cè)到水分含量的輕微波動(dòng)，證明了該方法用于監(jiān)測(cè)合成過(guò)程的有效性。
而該研究中所用ARCLIGHT-NIR鹵素?zé)舾采w了400–4000 nm的光譜范圍。這項(xiàng)研究涉及溶劑濃度和水分的測(cè)定，這些物質(zhì)的分子鍵（如O-H、C-H等）在近紅外區(qū)域有特征吸收峰。寬光譜光源確保了能夠同時(shí)激發(fā)這些不同的吸收特征，為同時(shí)預(yù)測(cè)多種成分提供了基礎(chǔ)。ARCLIGHT-NIR采用高品質(zhì)鹵素?zé)襞荩�其光�?qiáng)輸出非常穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性對(duì)于確保長(zhǎng)期測(cè)量中光譜數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性和可靠性至關(guān)重要，是建立穩(wěn)健的PLSR預(yù)測(cè)模型并獲得低誤差預(yù)測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。
 
2、用于高速傅里葉變換的大行程壓電微機(jī)系統(tǒng)
傅里葉變換紅外光譜儀的光譜分辨率直接依賴于鏡子的行程。傳統(tǒng)壓電MEMS鏡被認(rèn)為行程有限，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大行程（>250μm）和高共振頻率（>3.5 kHz），而這是實(shí)現(xiàn)高速、高分辨率光譜分析的關(guān)鍵。而其中鏡面的形變與傾斜控制會(huì)嚴(yán)重影響信噪比和光譜分辨率，所以需要設(shè)計(jì)一種既能提供大驅(qū)動(dòng)力，又能實(shí)現(xiàn)多通道獨(dú)立控制的方案，以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)校正傾斜，同時(shí)保持鏡面平整度。
該研究中搭建的邁克爾遜傅里葉變換光譜儀系統(tǒng)如下圖所示，其中Broadband代表ARCLIGHT-NIR近紅外光源。它的發(fā)出的光被分束器分成兩束，分別被固定鏡和MEMS動(dòng)鏡反射后再次合束時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干涉信號(hào)。這個(gè)干涉信號(hào)包含了光源的光譜信息，是進(jìn)行傅里葉變換以重建光譜的原始數(shù)據(jù)來(lái)源。

搭建的邁克爾遜型傅里葉變換光譜儀系統(tǒng)；其中寬帶光源是ARCLIGHT-NIR近紅外光源

傅里葉變換后重建的光譜；（藍(lán)色曲線為He-Ne激光的譜線，橙色曲線為白光LED的光譜）

研究人員將MEMS鏡集成于傅里葉變換光譜系統(tǒng)中，成功重建了He-Ne激光（632.8 nm）和白色LED的光譜。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了15 nm的光譜分辨率，證明了其用于高速瞬態(tài)光譜分析的可行性。在該研究中所用ARCLIGHT-NIR鹵素?zé)艟哂懈采w近紅外（400-4000 nm）波段的連續(xù)光譜。ARCLIGHT-NIR鹵素?zé)艟哂休^高的亮度，為探測(cè)系統(tǒng)提供了足夠強(qiáng)的信號(hào)，有助于獲得較高的信噪比。

3、新型多層干涉膜在中紅外波段的群時(shí)延色散測(cè)量
為了精準(zhǔn)表征高性能鏡片的透射、反射和散射等光學(xué)特點(diǎn)，該研究采用非平衡配置的白光干涉儀（WLI）進(jìn)行群延遲色散（GDD）測(cè)量，并與商用傅里葉變換紅外光譜儀在平衡配置下的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證該測(cè)量方法的有效性。
WLI實(shí)驗(yàn)裝置如左下圖所示，其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中紅外光源，作為白光干涉儀的核心組件，與移動(dòng)鏡配合生成干涉信號(hào)，用于提取相位和色散信息。

WLI實(shí)驗(yàn)裝置圖；其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中紅外光源

單晶鏡仿真結(jié)果以及使用WLI和布魯克Vertex 80v儀器在平衡配置下測(cè)得的單晶鏡的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該研究通過(guò)傳輸矩陣法仿真、商用布魯克儀器和自制WLI多種方法測(cè)量單晶分布式布拉格反射鏡的性能，證明了該新型單晶鏡優(yōu)異的性能和可靠性。同時(shí)通過(guò)與商用Bruker頂級(jí)儀器Vertex 80v對(duì)比，充分驗(yàn)證了自制測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性，為一種低成本、高性能的GDD測(cè)量方案提供了有力證據(jù)。
在該研究中ARCLIGHT-MIR中紅外光源提供了1–25 μm的寬譜覆蓋，確保在2.5–4.8 μm目標(biāo)波段內(nèi)有足夠的亮度和信噪比。ARCLIGHT-MIR（Globar）光源輸出穩(wěn)定，利于長(zhǎng)時(shí)間采集和重復(fù)測(cè)量。ARCLIGHT-MIR中紅外光源波段覆蓋中紅外主要特征吸收區(qū)，可適用于多種材料和研究對(duì)象。

參考文獻(xiàn)

• Hattori, Y., & Suzuki, Y. Quantitative Monitoring of Solvent Concentration and Moisture Content in Flow Synthesis.

• Galander, U., Prinz, M., Perner, L. W., & Heckl, O. H. (2025). Group Delay Dispersion Measurements of Novel Multilayer Interference Coatings in the Mid-Infrared Spectral Regime. arXiv preprint arXiv:2503.03289.

• Pribošek, J., Lagosh, A., & Auböck, G. (2023, June). Large Stroke Piezo Mems Mirror for High-Speed Fourier Transform Spectroscopy. In 2023 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers) (pp. 1449-1452). IEEE.