提高光谱准确性的自动波长和强度校准程序

色散光谱仪器的校准长期以来一直都是一个难题。当光谱沿着一对轴绘制时，x轴通常代表波长或波数，而y轴代表强度。光谱仪器设备的制造商通常只负责分光的任务，而把确定其绝对位置及其精度的任务留给了用户。通常，通过测量两条或多条汞发射线的位置并在它们之间插值来校准x轴。

2010年，普林斯顿仪器公司（Princeton Instruments）推出了64位LightFieldTM数据采集软件，其特点是一种成为IntelliCalTM的波长校准程序，基于X射线光谱学中使用的Rietveld细化算法。使用NIST光谱数据库中的发射线源，IntelliCal可以同时计算安装在光谱仪上26mmCCD的整个焦平面上每个像素的波长。

每个像素处校准的波长精度与光谱数据文件一起存储，从而确保可靠的数据验证和可追溯性。将结果与发射线表进行比较表明，智能波长校准程序的精度通常比传统插值方法高4到10倍。

波长不准确并非一个小问题。许多光谱实验需要使用差分光谱，即从标准光谱中减去实验光谱。在拉曼光谱中，波长仅移动一个像素（即分辨率极限）将使差光谱无法识别。这通常需要重新校准仪器，并重复整个实验。

图1显示了一个真实的差分拉曼光谱（显示为红色）和一个从单个像素的偏移中获得的杂散差分光谱（显示为蓝色）。没有明显的方法来判断哪个是正确的光谱。校准程序越好、越简单，重复测量或发布虚假数据的可能性就越小。

图 1

当然，除了拉曼光谱在其他领域包括过程分析、法医和危险品识别等波长准确性也是至关重要的。搜索匹配算法使用模式识别例程将测量的光谱与光谱库进行比较。准确了解给定波段的拉曼位移，或LIBS光谱中某条线的精确发射波长，可以确保匹配成功，而不准确的光谱会增加误报和漏报的风险。

2011年，普林斯顿仪器公司（Princeton Instruments）发布的LightField 4.0，这是对创新型数据采集软件包的重大更新，为PI-MAX®3增强型CCD相机提供了新的支持。还发布了IntelliCal 2.0，其中包括全自动波长和强度校准程序。强度校准引擎是一个USB供电的多LED光源，发射波长为400至1100 nm。每个高度稳定的光源都根据标准进行单独校准，光谱记录在设备固件中。

为了校准光谱仪，可以用IntensiCalTM光源照亮入口狭缝，并记录光谱（如图7所示）。图2中显示的未校正光谱显示了610 nm处的光谱拼接伪影和830 nm处的实质性重新定位，这是由用于收集数据的背感光传感器上的干涉条纹引起的。

在校正后的光谱中（图2），缝合和重新定位的伪影消失了。相对峰高也得到了修正。对于这个特定的例子，强度光源被用来校正其自身的光谱，但程序完全是通用的。拉曼光谱、光致发光光谱、荧光光谱、吸收光谱或LIBS光谱可以像光源本身一样容易地进行校正。

图 2 未校正光谱（左）与强度校正光谱（右）

普林斯顿仪器公司（Princeton Instruments）通过增加关键性能的可用性，再次提升了色散光谱仪器的科学性。光谱用户不再浪费宝贵的实验时间来开发自己的校正程序，可以使用automated IntelliCal来获得记录光谱的两个轴的100%置信度。

审核编辑黄宇