ARCoptix ARCLIGHT红外光源实际应用案例
2025-09-28 来源:本站 点击次数:34
ARCoptix是瑞士光学光谱领域的专业企业，成立于2006年。ARCoptix专注于傅里叶变换红外（FT-IR）光谱技术，该技术可广泛应用于近红外和中红外电磁波段的多种应用场景。凭借全球数百台设备十余年的稳定运行经验，ARCoptix的研发团队在台式FT-IR光谱仪及原始设备制造商（OEM）FT-IR光谱仪的生产与认证领域积累了深厚的专业积淀。
输出功率谱密度
基于相同温度下完美黑体的辐射，对ARCLIGHT-NIR和ARCLIGHT-MIR真实输出功率的近似模拟。
应用案例
１、药物流动合成中溶剂浓度和水分含量的定量监测
在药物合成方法中，流动合成可以通过执行液相色谱或光谱直接在通道内进行测量，相比批量合成其分析时间得以显著减少。典型的有机溶剂分析不吸收紫外光或可见光，进行检测和定量变得困难。且对于高浓度分析物，红外光谱的吸收会饱和。另一方面拉曼光谱需要激发激光照射在测量点，这限制了测量区域。本文探索了一种利用近红外光谱监测溶剂浓度的方法，并开发了一种适用于流动合成中实时测量的紧凑型透射测量池。
该研究采用ARCoptix的ARLIGHT-NIR卤素灯和FTNIR-L1-025-2TE傅里叶近红外光谱仪进行药物合成中近红外光谱测量。
(A)通过PLSR（实线）和理论浓度（虚线）预测溶剂浓度；(B)含水率预测结果(黑色)，含水率变化拟合线(红色)，预测值与拟合线的差值(灰色)
在该研究结果中预测水分含量的标准偏差约为10 ppm。这表明在流动合成过程中甚至可以检测到水分含量的轻微波动，证明了该方法用于监测合成过程的有效性。
而该研究中所用ARCLIGHT-NIR卤素灯覆盖了400–4000 nm的光谱范围。这项研究涉及溶剂浓度和水分的测定，这些物质的分子键（如O-H、C-H等）在近红外区域有特征吸收峰。宽光谱光源确保了能够同时激发这些不同的吸收特征，为同时预测多种成分提供了基础。ARCLIGHT-NIR采用高品质卤素灯泡，其光强输出非常稳定。这种稳定性对于确保长期测量中光谱数据的重现性和可靠性至关重要，是建立稳健的PLSR预测模型并获得低误差预测结果的关键因素之一。
2、用于高速傅里叶变换的大行程压电微机系统
傅里叶变换红外光谱仪的光谱分辨率直接依赖于镜子的行程。传统压电MEMS镜被认为行程有限，难以同时实现大行程（>250μm）和高共振频率（>3.5 kHz），而这是实现高速、高分辨率光谱分析的关键。而其中镜面的形变与倾斜控制会严重影响信噪比和光谱分辨率，所以需要设计一种既能提供大驱动力，又能实现多通道独立控制的方案，以在运动过程中动态校正倾斜，同时保持镜面平整度。
该研究中搭建的迈克尔逊傅里叶变换光谱仪系统如下图所示，其中Broadband代表ARCLIGHT-NIR近红外光源。它的发出的光被分束器分成两束，分别被固定镜和MEMS动镜反射后再次合束时，就会产生干涉信号。这个干涉信号包含了光源的光谱信息，是进行傅里叶变换以重建光谱的原始数据来源。
搭建的迈克尔逊型傅里叶变换光谱仪系统；其中宽带光源是ARCLIGHT-NIR近红外光源
傅里叶变换后重建的光谱；（蓝色曲线为He-Ne激光的谱线，橙色曲线为白光LED的光谱）
研究人员将MEMS镜集成于傅里叶变换光谱系统中，成功重建了He-Ne激光（632.8 nm）和白色LED的光谱。系统实现了15 nm的光谱分辨率，证明了其用于高速瞬态光谱分析的可行性。在该研究中所用ARCLIGHT-NIR卤素灯具有覆盖近红外（400-4000 nm）波段的连续光谱。ARCLIGHT-NIR卤素灯具有较高的亮度，为探测系统提供了足够强的信号，有助于获得较高的信噪比。
3、新型多层干涉膜在中红外波段的群时延色散测量
为了精准表征高性能镜片的透射、反射和散射等光学特点，该研究采用非平衡配置的白光干涉仪（WLI）进行群延迟色散（GDD）测量，并与商用傅里叶变换红外光谱仪在平衡配置下的测量结果进行对比，以此验证该测量方法的有效性。
WLI实验装置如左下图所示，其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中红外光源，作为白光干涉仪的核心组件，与移动镜配合生成干涉信号，用于提取相位和色散信息。
WLI实验装置图；其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中红外光源
单晶镜仿真结果以及使用WLI和布鲁克Vertex 80v仪器在平衡配置下测得的单晶镜的实验结果
该研究通过传输矩阵法仿真、商用布鲁克仪器和自制WLI多种方法测量单晶分布式布拉格反射镜的性能，证明了该新型单晶镜优异的性能和可靠性。同时通过与商用Bruker顶级仪器Vertex 80v对比，充分验证了自制测量系统的准确性与可靠性，为一种低成本、高性能的GDD测量方案提供了有力证据。
在该研究中ARCLIGHT-MIR中红外光源提供了1–25 μm的宽谱覆盖，确保在2.5–4.8 μm目标波段内有足够的亮度和信噪比。ARCLIGHT-MIR（Globar）光源输出稳定，利于长时间采集和重复测量。ARCLIGHT-MIR中红外光源波段覆盖中红外主要特征吸收区，可适用于多种材料和研究对象。
参考文献
ARCLIGHT-MIR与ARCLIGHT-NIR是专为可见光-近红外（400-4000 nm）和中红外（1-25 µm）光谱范围优化设计的多功能照明设备。配备电子稳压电源、可调式机械衰减器，并搭载可拆卸光纤耦合器，支持自由空间的光纤耦合操作。
新的ARCLIGHT NIR-MIR结合了NIR和MIR版本。两个光源的光束通过金镜和双色滤光片耦合在一起。组合光源在400 nm至14 μm的宽光谱范围内具有最佳光强。这种光源也可以与ARCoptix的FT NIR-MIR光谱仪结合使用，该光谱仪覆盖光谱范围为900-6000 nm。
特点
- 宽光谱范围
- 最高强度和色温
- VIS-NIR和IR两个版本可用
- 可拆卸光纤耦合器
- 机械衰减器
| 产品型号 | ARCLIGHT-NIR | ARCLIGHT-MIR |
| 发光元件 | QTH (卤素灯) | SiC硅碳棒 |
| 光源温度 [K] | 2850 | 1550 |
| 光谱范围 [μm] | 0.4-4 | 1-25 |
| 光谱范围 [cm⁻¹] | 25000-2500 | 10000-400 |
| 额定寿命 [小时] | 4000 | 10000 |
| 可拆卸光纤耦合器 | NA=0.25, CaF₂ 透镜 | NA=0.3, 镀金离轴抛物镜 |
| 功耗 [W] | 20 (电功率) | |
| 电源要求 | 通过外径2.5 mm/内径2.1 mm电源接口输入12V直流电 (包含100-240 V交流转12 V直流适配器) |
|
| 输出光斑直径 [mm] | 12.7 | |
| 工作温度 [°C] | 5-40 | |
| 衰减器 | 手动光阑 | |
| 尺寸 [mm] | 92x92x43 (不包含光纤耦合器) 140x92x43 (包含光纤耦合器) |
|
| 重量 [kg] | 0.4 | |
基于相同温度下完美黑体的辐射，对ARCLIGHT-NIR和ARCLIGHT-MIR真实输出功率的近似模拟。
ARCLIGHT-MIR输出功率曲线
ARCLIGHT-NIR输出功率曲线
应用案例
１、药物流动合成中溶剂浓度和水分含量的定量监测
在药物合成方法中，流动合成可以通过执行液相色谱或光谱直接在通道内进行测量，相比批量合成其分析时间得以显著减少。典型的有机溶剂分析不吸收紫外光或可见光，进行检测和定量变得困难。且对于高浓度分析物，红外光谱的吸收会饱和。另一方面拉曼光谱需要激发激光照射在测量点，这限制了测量区域。本文探索了一种利用近红外光谱监测溶剂浓度的方法，并开发了一种适用于流动合成中实时测量的紧凑型透射测量池。
该研究采用ARCoptix的ARLIGHT-NIR卤素灯和FTNIR-L1-025-2TE傅里叶近红外光谱仪进行药物合成中近红外光谱测量。
(A)通过PLSR（实线）和理论浓度（虚线）预测溶剂浓度；(B)含水率预测结果(黑色)，含水率变化拟合线(红色)，预测值与拟合线的差值(灰色)
流动合成过程中溶剂和水分含量的预测浓度(实线)和理论浓度(虚线)。
在该研究结果中预测水分含量的标准偏差约为10 ppm。这表明在流动合成过程中甚至可以检测到水分含量的轻微波动，证明了该方法用于监测合成过程的有效性。
而该研究中所用ARCLIGHT-NIR卤素灯覆盖了400–4000 nm的光谱范围。这项研究涉及溶剂浓度和水分的测定，这些物质的分子键（如O-H、C-H等）在近红外区域有特征吸收峰。宽光谱光源确保了能够同时激发这些不同的吸收特征，为同时预测多种成分提供了基础。ARCLIGHT-NIR采用高品质卤素灯泡，其光强输出非常稳定。这种稳定性对于确保长期测量中光谱数据的重现性和可靠性至关重要，是建立稳健的PLSR预测模型并获得低误差预测结果的关键因素之一。
2、用于高速傅里叶变换的大行程压电微机系统
傅里叶变换红外光谱仪的光谱分辨率直接依赖于镜子的行程。传统压电MEMS镜被认为行程有限，难以同时实现大行程（>250μm）和高共振频率（>3.5 kHz），而这是实现高速、高分辨率光谱分析的关键。而其中镜面的形变与倾斜控制会严重影响信噪比和光谱分辨率，所以需要设计一种既能提供大驱动力，又能实现多通道独立控制的方案，以在运动过程中动态校正倾斜，同时保持镜面平整度。
该研究中搭建的迈克尔逊傅里叶变换光谱仪系统如下图所示，其中Broadband代表ARCLIGHT-NIR近红外光源。它的发出的光被分束器分成两束，分别被固定镜和MEMS动镜反射后再次合束时，就会产生干涉信号。这个干涉信号包含了光源的光谱信息，是进行傅里叶变换以重建光谱的原始数据来源。
研究人员将MEMS镜集成于傅里叶变换光谱系统中，成功重建了He-Ne激光（632.8 nm）和白色LED的光谱。系统实现了15 nm的光谱分辨率，证明了其用于高速瞬态光谱分析的可行性。在该研究中所用ARCLIGHT-NIR卤素灯具有覆盖近红外（400-4000 nm）波段的连续光谱。ARCLIGHT-NIR卤素灯具有较高的亮度，为探测系统提供了足够强的信号，有助于获得较高的信噪比。
3、新型多层干涉膜在中红外波段的群时延色散测量
为了精准表征高性能镜片的透射、反射和散射等光学特点，该研究采用非平衡配置的白光干涉仪（WLI）进行群延迟色散（GDD）测量，并与商用傅里叶变换红外光谱仪在平衡配置下的测量结果进行对比，以此验证该测量方法的有效性。
WLI实验装置如左下图所示，其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中红外光源，作为白光干涉仪的核心组件，与移动镜配合生成干涉信号，用于提取相位和色散信息。
单晶镜仿真结果以及使用WLI和布鲁克Vertex 80v仪器在平衡配置下测得的单晶镜的实验结果该研究通过传输矩阵法仿真、商用布鲁克仪器和自制WLI多种方法测量单晶分布式布拉格反射镜的性能，证明了该新型单晶镜优异的性能和可靠性。同时通过与商用Bruker顶级仪器Vertex 80v对比，充分验证了自制测量系统的准确性与可靠性，为一种低成本、高性能的GDD测量方案提供了有力证据。
在该研究中ARCLIGHT-MIR中红外光源提供了1–25 μm的宽谱覆盖，确保在2.5–4.8 μm目标波段内有足够的亮度和信噪比。ARCLIGHT-MIR（Globar）光源输出稳定，利于长时间采集和重复测量。ARCLIGHT-MIR中红外光源波段覆盖中红外主要特征吸收区，可适用于多种材料和研究对象。
参考文献
- 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.
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