{"id":69164,"date":"2022-02-21T13:04:06","date_gmt":"2022-02-21T05:04:06","guid":{"rendered":"https:\/\/qvarz.com\/um-metodo-de-calibracao-de-alta-precisao-para-espectrometros\/"},"modified":"2022-02-21T13:04:57","modified_gmt":"2022-02-21T05:04:57","slug":"um-metodo-de-calibracao-de-alta-precisao-para-espectrometros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qvarz.com\/pt-pt\/um-metodo-de-calibracao-de-alta-precisao-para-espectrometros\/","title":{"rendered":"Um m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o de alta precis\u00e3o para espectr\u00f3metros"},"content":{"rendered":"\n

A precis\u00e3o da calibra\u00e7\u00e3o do espectr\u00f3metro \u00e9 de import\u00e2ncia cr\u00edtica para muitas t\u00e9cnicas de caracteriza\u00e7\u00e3o \u00f3tica, tais como espectroscopia raman e interferometria. 1-3<\/sup> Normalmente, uma l\u00e2mpada de calibra\u00e7\u00e3o \u00e9 usada para a calibra\u00e7\u00e3o do espectr\u00f3metro. As l\u00e2mpadas de calibra\u00e7\u00e3o fornecem linhas distintas e bem definidas num comprimento de onda conhecido, e estas s\u00e3o atribu\u00eddas aos \u00edndices de pixel do detetor. No entanto, para pequenas gamas espectrais, onde apenas um pequeno n\u00famero de linhas de calibra\u00e7\u00e3o est\u00e3o dispon\u00edveis, a calibra\u00e7\u00e3o torna-se imprecisa. Este artigo descreve os princ\u00edpios de um m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o de alta precis\u00e3o que utiliza uma estrutura multicamacida Fabry-Perot, proporcionando m\u00faltiplos picos de calibra\u00e7\u00e3o afiada ao longo de toda a gama de espectr\u00f3metros.<\/p>\n\n

M\u00e9todos de calibra\u00e7\u00e3o<\/h2>\n\n

Na maioria dos casos, os espectr\u00f3metros s\u00e3o calibrados com l\u00e2mpadas de calibra\u00e7\u00e3o convencionais. Embora este m\u00e9todo seja simples de usar, tem algumas restri\u00e7\u00f5es; estes s\u00e3o descritos abaixo.<\/p>\n\n

L\u00e2mpadas de calibra\u00e7\u00e3o convencionais<\/h3>\n\n

Uma l\u00e2mpada de calibra\u00e7\u00e3o ilumina o espectr\u00f3metro, e as posi\u00e7\u00f5es – isto \u00e9, \u00edndices de pixel (p<\/em>) das linhas de calibra\u00e7\u00e3o de comprimentos de onda conhecidos (\u03bb)- s\u00e3o medidas. Um ajuste quadr\u00e1tico ou superior da ordem-polinomial aos dados (comprimentos de onda [\u03bb] nas posi\u00e7\u00f5es [p<\/em>]) produz a fun\u00e7\u00e3o de calibra\u00e7\u00e3o procurada \u2014 \u03bb(p<\/em>). As l\u00e2mpadas de calibra\u00e7\u00e3o (por exemplo, l\u00e2mpadas Hg\/Ar) fornecem linhas de emiss\u00e3o a um dado comprimento de onda. Em regra, existem regi\u00f5es de comprimento de onda largo sem picos, que levam a uma precis\u00e3o de calibra\u00e7\u00e3o limitada. Al\u00e9m disso, um ajuste de grau polinomial superior (N3>) requer um certo n\u00famero de linhas de calibra\u00e7\u00e3o, que podem ser limitadas em, por exemplo, espectr\u00f3metros com pequenas gamas espectrais. O m\u00e9todo convencional \u00e9 menos fi\u00e1vel, particularmente para os espectr\u00f3metros em miniatura, que apresentam dispers\u00f5es de luz fortemente n\u00e3o lineares. O m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o aqui descrito resolve este problema utilizando um elemento \u00f3tico adicional que gera um conjunto de linhas de refer\u00eancia distribu\u00eddas uniformemente para qualquer gama dada.<\/p>\n\n

Filtro de refer\u00eancia Fabry-Perot<\/strong><\/p>\n\n

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\"\"<\/a>
Figura 1 – Configura\u00e7\u00e3o para experi\u00eancias de interferometria: 1) Calibra\u00e7\u00e3o \u00e1spera com l\u00e2mpada de merc\u00fario. 2) Calibra\u00e7\u00e3o com um FRF. (Figuras reproduzidas com autoriza\u00e7\u00e3o do Ref. 4.)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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O elemento-chave utilizado \u00e9 um filtro de refer\u00eancia Fabry-Perot (FRF), que \u00e9 tipicamente feito de uma camada de espa\u00e7ador transparente terminada por dois espelhos altamente refletores (Figura 1<\/em>). A ilumina\u00e7\u00e3o de banda larga com luz branca produz v\u00e1rias m\u00e1ximas de transmiss\u00e3o afiadas de intensidade semelhante distribu\u00eddas por toda a gama de espectr\u00f3metros. O FRF utilizado nas experi\u00eancias dos autores consistia em duas folhas de mica prateadas nas costas em contacto direto entre si. Mica, que \u00e9 o material de camada espa\u00e7ador, foi usado devido \u00e0s suas excelentes propriedades de clivagem e capacidade de fornecer folhas grandes e homog\u00e9neas. 4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Se as espessuras e \u00edndices refrativos de todas as camadas do FRF forem precisamente conhecidos, o espectro de transmiss\u00e3o pode ser calculado e os comprimentos de onda podem ser atribu\u00eddos \u00e0s posi\u00e7\u00f5es m\u00e1ximas na matriz de pixels. No entanto, a espessura exata da camada do espa\u00e7ador \u00e9, a priori, n\u00e3o conhecida, e tamb\u00e9m pode mudar durante o procedimento de calibra\u00e7\u00e3o (por exemplo, devido \u00e0 expans\u00e3o t\u00e9rmica). Portanto, \u00e9 inevit\u00e1vel determinar simultaneamente a espessura exata da camada espa\u00e7adora durante o procedimento de calibra\u00e7\u00e3o. Um algoritmo iterativo que foi desenvolvido resolve este problema usando duas linhas de calibra\u00e7\u00e3o de uma l\u00e2mpada de calibra\u00e7\u00e3o como linhas de \u00e2ncora. 4<\/sup><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

Teste de precis\u00e3o experimental<\/strong><\/p>\n\n

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A precis\u00e3o do algoritmo de calibra\u00e7\u00e3o utilizando a configura\u00e7\u00e3o experimental \u00e9 ilustrada na Figura 2<\/em>. No in\u00edcio, foram detetadas duas linhas de refer\u00eancia (RL3: 435 nm e RL7: 697 nm) de uma l\u00e2mpada de calibra\u00e7\u00e3o CAL-2000 Hg\/Ar (\u00d3tica Oce\u00e2nica<\/strong>, Dunedin, FL) para uma calibra\u00e7\u00e3o linear inicial. Em seguida, uma l\u00e2mpada de halog\u00e9neo iluminou um FRF com uma espessura de camada espa\u00e7adora de 15,6 \u03bcm. A luz transmitida foi recolhida por uma fibra de vidro e guiada at\u00e9 ao espectr\u00f3metro de modo a garantir condi\u00e7\u00f5es de inacoplamento bem definidas. Foi utilizado um espectr\u00f3metro em miniatura USB 2000 da \u00d3tica Oce\u00e2nica (Tabela 1<\/em>) para a dete\u00e7\u00e3o do espectro. Finalmente, um polin\u00f4mio de oitavo grau foi instalado nos dados (comprimentos de onda [\u03bb] nas posi\u00e7\u00f5es [p<\/em>]). Para investigar o desempenho do algoritmo, a precis\u00e3o do m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o foi comparada com a precis\u00e3o de uma calibra\u00e7\u00e3o convencional. Para isso, todas as refer\u00eancias detetadas<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

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foram utilizadas linhas (RL1-8) e foi instalado um polin\u00f3mio de terceiro grau nos dados (comprimentos de onda [\u03bb] nas posi\u00e7\u00f5es [p<\/em>]). A precis\u00e3o de calibra\u00e7\u00e3o experimental correspondente foi determinada calculando as diferen\u00e7as entre os comprimentos de onda das curvas de calibra\u00e7\u00e3o e os exatos conhecidos das linhas merc\u00fario\/\u00e1rgon:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Quadro 1 – Especifica\u00e7\u00e3o do espectr\u00f3metro<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n

A curvatura, \u03ba = \u03bbcalib-\u03bblin<\/sup>, da curva de calibra\u00e7\u00e3o foi determinada calculando a diferen\u00e7a de comprimento de onda entre a calibra\u00e7\u00e3o convencional e a calibra\u00e7\u00e3o linear inicial.<\/sup><\/p>\n\n

Resultados<\/h2>\n\n

Os resultados do teste de precis\u00e3o est\u00e3o tra\u00e7ados na Figura 2. A precis\u00e3o de calibra\u00e7\u00e3o (topo) reflete o qu\u00e3o bem a fun\u00e7\u00e3o de calibra\u00e7\u00e3o reproduz os comprimentos de onda de refer\u00eancia medidos. O m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o convencional (tri\u00e2ngulos) resulta numa precis\u00e3o de calibra\u00e7\u00e3o de 0,4 \u00c5, enquanto o novo m\u00e9todo resulta numa precis\u00e3o superior a 0,2 \u00c5 (c\u00edrculos). A curvatura \u03ba (Figura 2, centro) das curvas de calibra\u00e7\u00e3o reflete a n\u00e3o-linearidade da dispers\u00e3o luminosa no espectr\u00f3metro em miniatura. O espectro de l\u00e2mpadas FRF e calibra\u00e7\u00e3o s\u00e3o indicados na parte inferior da Figura 2.<\/p>\n\n

O novo m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o conduz a melhores precis\u00f5es de calibra\u00e7\u00e3o do que o m\u00e9todo convencional. Al\u00e9m disso, n\u00e3o podem ser detetadas distor\u00e7\u00f5es de ralar ou dispers\u00f5es de \u00edndices refrativos no material espa\u00e7ador. 5<\/sup><\/p>\n\n

Conclus\u00e3o<\/h2>\n\n

A vantagem do m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o aqui descrito \u00e9 a sua capacidade de calibrar espectr\u00f3metros miniatura fortemente n\u00e3o lineares para gamas espectrais em que apenas algumas linhas de refer\u00eancia est\u00e3o dispon\u00edveis. Os picos de calibra\u00e7\u00e3o adicionais do FRF permitem ajustes de ordem mais elevados polinomia, que resultam em maiores precis\u00f5es de calibra\u00e7\u00e3o. O novo m\u00e9todo revelou precis\u00f5es de calibra\u00e7\u00e3o inferiores a 0,2 \u00c5, que \u00e9 pelo menos duas vezes mais precisa que a calibra\u00e7\u00e3o convencional. \u00c9 importante notar que este resultado foi obtido utilizando uma quantidade significativa de linhas de calibra\u00e7\u00e3o para a calibra\u00e7\u00e3o convencional. Em intervalos onde h\u00e1 menos linhas dispon\u00edveis, a diferen\u00e7a tornar-se-ia mais profunda, revelando o poder do m\u00e9todo de calibra\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n

Refer\u00eancias<\/h2>\n\n
  1. Dorrer, C. J. Opt. O Soc. Sou. B<\/em> 1999<\/strong>, 16<\/em>(7), 1160.<\/li>
  2. Fountain, A.W.; Vickers, T.J. e outros. O Appl. Espectrosc<\/em>. 1998<\/strong>, 52<\/em>(3), 462.<\/li>
  3. Hamaguchi, H.O. O Appl. O Espectrosc. Rev<\/em>. 1988<\/strong>, 24<\/em> (1-2), 1378.<\/li>
  4. Perret, E.; Balmer, T.D. e outros. O Appl. Espectrosc<\/em>. 2010<\/strong>, 64<\/em>, 1139.<\/li>
  5. Israelachvili, J.N.; Adams, G.E. J. Chem. O Soc. Longe, longe. Trans, trans. Eu<\/em> 1978<\/strong>, 74,9758. <\/em><\/li><\/ol>\n

    Dr. Perret \u00e9 um cientista, Paul Scherrer Institut<\/strong>, 5232 Villigen, Su\u00ed\u00e7a; tel.: +41 3401394; e-mail: edithfu@gmail.com. Balmer \u00e9 engenheiro de materiais, ETH Zurique<\/strong>, Zurique, Su\u00ed\u00e7a. Os autores agradecem \u00e0 \u00d3tica Oce\u00e2nica<\/strong> (Dunedin, FL) pelo seu apoio no teste de v\u00e1rios espectr\u00f3metros. Este trabalho foi financiado pela Funda\u00e7\u00e3o Nacional Su\u00ed\u00e7a (Berna, Su\u00ed\u00e7a).<\/em><\/p>\n\n

    Fonte<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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