一、简介:
生物传感器是一种对生物质敏感并将其浓度或特 征信息转化为电信号进行检测的仪器,具有选择 性好、灵敏度高、分析速度快的特点。随着智能设备的兴起,生物传感器在人类日常生活中发挥的作用日益显著,例如人脸识别、语音识别、指纹识别等等,通过感应人体身体的变化来控制仪器。手机 IR 孔便是众多生物传感器中的一种,通过感应人体的红外线变化,控制手机的屏幕,让手机更加智能 化的为人类服务。手机IR孔其实是指手机上面红外线测试孔,一般在手机正上方,外观为一个黑色圆孔。
手机 IR 孔其实是一个距离传感器,利用感应生物体红外线(IR)来实现距离的感应。当我们拿起手机贴在耳朵旁接听电话时,这个时候手机屏幕会自动黑屏,避免因勿碰而随机拨出电话或者启动某个应用程序。当手机离开耳朵时,手机屏幕又会自动变亮,可以正常操作手机。这主要是通过感应人身体的发出的红外线来实现,这就需要手机 IR 孔能通过红外线,同时不透过紫外线及可见光,通过光线的变化来控制屏幕的亮度。 在手机 IR 孔生产过程中,需要测试 IR 孔不同波长的透过率便于质控。一般选用 550nm、850nm 和 940nm 几个测试波长位置。欧美标准一般测试 550nm 和 850nm 两个波长的透过率,而日韩标准一般选用 550nm 和 940nm 两个波长的透过率。一般质控要求手机 IR 孔 850nm 处的透光率达到 80% 以上, 550nm 处透过率低于 15%,这样才能使手机 IR 孔能感受到红外线的变化,同时又不受可见光的干扰。
二、硬件配置
PerkinElmer Lambda 950 紫外可见近红外分光光度计, 150mm 高反射率 Spectralon 涂层积分球,仪器见图 1。
样品一般为片状小孔,测试样品反射时,除了镜面反射, 还会存在大量漫反射信号;测试样品透射时,除了垂直透射信号,也会存在大量散射信号。若采用标准检测器时, 只能收集其中一部分光,无法检测到散射信号,测试结 果不准确。此时采用积分球检测器,可以收集样品反射或者透射所有光谱信号,测试结果更加准确,见图 2。
图2 标准检测器(上)和积分球检测器(下)测试光路图
对于紫外积分球检测器,其内壁涂层以及积分球尺寸直接影响到测试效果。常见积分球内壁涂层有氧化镁、硫 酸钡、特氟龙涂层,其中氧化镁和硫酸钡涂层反射率低, 长期稳定性差,无法解决长期使用后发黄变性的问题。 图 3 可以看出氧化镁和硫酸钡涂层在 1600nm 以上反射率低,不适用此近红外波段测试。而 PerkinElmer 积分球检测器采用特氟龙涂层,光反射率高,全波段反射率波动不大,长期稳定性好。另外积分球孔径越大,入射光窗口 / 内表面积比越小,即开孔率越小,光损失越小, 测试效果更佳。PerkinElmer 150mm 特氟龙涂层积分球, 反射率高,测试结果更加准确。
图3 积分球不同涂层反射率光谱图
PerkinElmer Lambda 950 双光束紫外 - 可见分光光度计采 用 150mm 内径特氟龙涂层积分球检测器,光反射率高, 长期稳定性好,不会出现变黄变性的问题;同时积分球开 孔率小,光损失小,测试结果更加准确。该仪器双光束、 双单色器设计,超低杂散光,杂散光仅为 0.00007% T, 波长准确度及精密度高,Z大测试吸光度为 8A(OD 8), 样品测试结果更加准确,仪器光路图见图 4。
图 4 PerkinElmer Lambda 紫外 - 可见分光度计仪器及积分球
三、样品测试
3.1 测试条件
测试波长:1000-400nm;波长间隔 5nm,积分时间 0.3S,
测试透射率 T%。
3.2 测试过程
测试时,无需前处理,扫面空气背景后,将样品固定在仪器入射口,测试样品 400-1000nm 下透射曲线,得到样品在不同波长下的透射率值,谱图见图 5。同一样品多次测试,其透射率曲线完全重合,仪器测试重复性高,稳定性好,谱图见图 6。
图5 手机 IR 孔测试谱图
图 6 手机 IR 孔 3 次测试谱图
四、结论
PerkinElmer Lambda 系列分光光度计配置 150mm 积分 球检测器,具有测试准确、操作简单等优势;积分球检测器采用特氟龙材质涂层,反射率高、光能量损失小,测试准确性及稳定性高;特氟龙涂层化学稳定性好,长期不老化,不怕酸碱;150mm 积分球开孔率小,测量精度高。
作者:钱程 PerkinElmer Inc.Guangzhou, China
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