Effects of Filter Composition, Spectral Bandwidth, and Pathlength on Stray Light Levels in the Near-Infrared Region

Význam tématu

Parazitní světlo (stray light) v UV-Vis-NIR spektrofotometrii představuje významný zdroj systematické chyby, která omezuje přesnost měření vysokých absorbancí a narušuje lineární závislost podle Beer-Lambertova zákona. Vyšší úroveň parazitního světla degraduje selektivitu, snižuje měřenou absorbanci při vysokých koncentracích a omezuje maximální detekovatelnou optickou hustotu. Proto je kvantifikace a kontrola parazitního světla klíčová pro spolehlivá kvantitativní stanovení v analytické chemii a pro ověřování výkonu spektrofotometrů.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na vyhodnocení vlivu složení filtru, spektrální šířky propustnosti (SBW) a délky optické dráhy na úrovně parazitního světla v blízké infračervené oblasti. Hlavní metou bylo porovnat tradiční filtry (chloroform, voda) s novým kapalným filtrem dibromometanem a stanovit optimální podmínky měření pro instrumenty Agilent Cary 5000 a 7000 UV-Vis-NIR.

Použitá metodika a instrumentace

Experimenty probíhaly na spektrofotometru Agilent Cary 5000/7000 UV-Vis-NIR s detektorem PbS pod ovládáním PbSmart. Sledované filtry:

• dibromometan (CH₂Br₂) – notch při 1690 nm
• chloroform (CHCl₃) – cutoff při 2365 nm
• voda (H₂O) – cutoff při 1420 nm

Parametry měření:

• Spektrální šířka SBW: 6, 8, 12, 16, 20 nm
• Optická dráha: 10 mm a 50 mm kyveta
• Zadní zeslabení paprsku (RBA): 2 Abs (dibromometan), 3 Abs (chloroform, voda)
• Signálová integrace (SAT): 1 s
• Datový interval: 1 nm

Hlavní výsledky a diskuse

V užším SBW (6–8 nm) vykazoval dibromometan nejnižší parazitní světlo (řádově 10⁻⁴ %T) a ostré absorpční maximum. S rostoucí SBW na 20 nm se parazitní světlo zvýšilo o několik řádů a rozšířila se šířka pásu. Delší dráha (50 mm) přinesla nižší %T parazitního světla, ale při širší SBW dosahovala instrumentálního šumu (negativní hodnoty %T). U chloroformu a vody při 10 mm kyvetě a 3 Abs RBA byly naměřené úrovně parazitního světla rovněž velmi nízké (řádově 10⁻⁵–10⁻⁴ %T). Výsledky ukazují, že pro spolehlivou detekci v NIR oblasti je ideální kombinace SBW okolo 10–15 nm, 10 mm dráhy a adekvátní RBA, popřípadě prodloužená integrace signálu.

Přínosy a praktické využití metody

Optimalizované stanovení parazitního světla umožňuje:

• Udržení přesných kvantitativních analýz i při vysokých absorbancích
• Validaci a kvalifikaci spektrofotometrů v NIR oblasti
• Zajištění konzistence výsledků v rutinním QA/QC a výzkumných aplikacích

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vylepšení očekáváme ve vývoji nových filtračních materiálů pro širší NIR spektrum, optimalizaci detektorů s nižší hladinou šumu a automatizaci nastavení SBW a RBA. Integrace pokročilých algoritmů pro korekci parazitního světla a využití kyvet s proměnnou dráhou by mohla dále zlepšit flexibilitu a přesnost měření.

Závěr

Studie prokázala, že složení filtru, šířka spektrální propustnosti a optická dráha zásadně ovlivňují úroveň parazitního světla ve spektrofotometrech Agilent Cary 5000/7000. Díky nastavení úzké SBW, vhodné RBA a optimalizované dráhy paprsku bylo dosaženo nízkých parazitních světel, což zvyšuje spolehlivost kvantitativních analýz v NIR oblasti.