MicroscopeSpectroscopy

Einhaltung der Normvorgaben durch spezielle Kalibrier Routine

Die Einhaltung der Normvorgaben wird erreicht, in dem man eine Kalibrierkurve durch Messung von Reflexionsstandards festlegt.

Hierzu wurde im Modul SpectraVision Histo eine eigene Kalibrier Routine erstellt, die es ermöglicht, den Kurvenverlauf aus bis zu 15 Reflexionsstandards zu bestimmen. Die Berechnung einer Referenzgeraden erfolgt nach der zwei Punkte Form, während für die Berücksichtigung mehrerer Standards eine Exponentialfunktion zu genaueren Ergebnissen führt.

Kalibrierkurve aus mehreren Referenzstandards, deren errechneter Exponentialfit die Reflexionsmessung an einem Spektrometer ermöglicht.
© A.S. & Co. GmbH

Vorteile einer Sensor Peltierkühlung

SpectraVision nutzt Peltier-gekühlte CCD Zeilen Arrays mit einer Auflösung von 0,8nm /Pixel. Hieraus ergeben sich Vorteile im direkten Vergleich mit der Photomultiplier Messung.

Die Kühlung sorgt für ein konstantes Signal/Rausch Verhältnis während der Datenaufzeichnung, denn der Sensor bleibt stets auf einer konstanten Temperatur. Er ist damit unabhängig von den Laborbedingungen. Dies ist von besonderer Bedeutung, da geologische Messungen aus den verschiedensten Klimazonen auf Grund der weltweit geltenden Normierung oftmals direkt miteinander verglichen werden.

Gekühlte Systeme mit optimierter Rauschunterdrückung können auch bei längeren Integrationszeiten noch störungsfreie Spektren generieren. Dies führt zu einer höheren Empfindlichkeit. Für den Fall der Anisotropie Erfassung im polarisierten Licht ist diese ebenso zwingend erforderlich wie bei der Erfassung schwacher Fluoreszenzen. Andernfalls weisen die beobachteten Signale nicht die erforderliche Qualität auf, um Mazerale signifikant zuordnen zu können.

Vitrinit Reflexion und Fluoreszenzspektroskopie zur Reifegradbestimmung

Ein Fortschreiten des Reifeprozesses bei Mazeralen ist gekennzeichnet durch Zunahme der Vitrinit Reflexion bei gleichzeitiger Abnahme der Fluoreszenz Intensität. Die simultane Bestimmung beider Parameterkann die Aussagekraft von Analysen erhöhen und gewinnt insofern zunehmend an Bedeutung.

Ein besonderes Augenmerk richtet sich dabei auf die Auswahl geeigneter Fluoreszenzstandards zur Referenzierung. Den gängigen Materialien ist es gemeinsam, dass sich Ihre Eigenschaften mit der Bestrahlung verändern, so dass sie als Kalibrierstandards nur bedingt genutzt werden können.

Alternativ zur Nutzung von Fluoreszenzstandards entwickelten Ottenjann et al. eine Methode zur quantitativen Fluoreszenz Kalibration. Als stabiler und sicherer Langzeit-Fluoreszenz-Standard dient das über das Planck´sche Wirkungsquantum Geräte-unabhängig definierbare Halogen Spektrum. Diese Methode ist in die Arbeitsplätze von A.S. & Co. integriert.
(Ottenjann K, Teichmüller M, Wolf M, 1974. Fortschritte in der Geologie von Rheinland u. Westfalen 24: 2-36).

Arbeiten gemäß der CieLab Norm

Array Spektrometer erlauben gleichzeitig

• die Erfassung von Fluoreszenz und Transmissionsspektren, und
• die Bestimmung von Rot/Grün Quotienten ohne Filterwechsel am Mikroskop

Während die Auswertung der Fluoreszenzspektren vornehmlich Rückschlüsse auf die Kerogen Zusammensetzung zulässt, erlaubt die Erfassung von Transmissionsspektren auch die Bewertung von Sporen im Hinblick auf den Reifegrad des vorliegenden Materials (Thermal Maturation Studies).

Mikrofloren aus unreifen oberpermischen Sedimenten. Neben den stark fluoreszierenden Meiosporen kommen auch dunkelbraune bis schwarze bisaccate Pollen vor. Ihr Anteil lässt sich quantitativ erfassen und hat Konsequenzen für die Interpretation organisch geochemischer Daten.
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Voraussetzung hierfür ist allerdings das Arbeiten mit Lichtquellen, deren Farbtemperatur konstant den Vorgaben der CieLab Norm entspricht. Dies ist bei vielen Mikroskop Beleuchtungen nicht immer in der erforderlichen Qualität gewährleistet, so dass es sinnvoll erscheint, für Halogenmessungen im sichtbaren Spektralbereich auf eine zusätzliche, externe Spannungsversorgung zurück zu greifen.

System Konfiguration

SpectraVision nutzt gekühlte CCD Zeilen Array mit einer Auflösung von 0,8nm /Pixel. Es stehen Mikroskopspektrometer mit Spektralbereichen von 310nm bis 950nm und 310nm bis 620nm zur Verfügung. Die Arrays werden mit den Gittern zu einer kompakten wartungsfreien Einheit verschmolzen und zusammen mit dem Power Supply in einem 9,5“ Rack geliefert. PCI oder USB Schnittstellen gewährleisten die Verbindung zu Rechnern, so dass die heute üblichen Selbsterkennungsroutinen des Betriebssystems die Geräte bei der Erstinstallation zuordnen können.

Es wurde Wert darauf gelegt, die Spektrometer nicht als Mikroskop Module zu fertigen, um die Möglichkeit der flexiblen Anpassung auch für ältere Mikroskope zu erhalten. Diese sind häufig mit einer Fülle an mechanischen und optisch extrem hochwertigen Komponenten ausgestattet, deren Vorteile auch in der heutigen Zeit einen wichtigen Zusatznutzen darstellen können.

Besonderheiten der Mikroskop-Spektrometer Anbindung

Peltier gekühlte CCD Spektrometer von A.S. und Co. werden über einen Monofaser-Lichtleiter mit dem Mikroskop verbunden. Dies gewährleistet eine deutlich höhere Signaltransmission vom Mikroskop zum Sensor im Vergleich zur herkömmlichen y-Faser. Eine integrierte Lichtquelle innerhalb des Kollimators ermöglicht die direkte Beleuchtung der Messblende und vermeidet damit Lichtverluste durch unnötige Strahlteilungen

Im Kollimator integrierte Blendenbeleuchtung mit vorgesetztem Diffusor sorgt für eine homogene Ausleuchtung des Messfeldes
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Als Messblenden können entweder austauschbare feste Durchmesser zum Einsatz kommen, oder es wird eine variable Irisblende montiert. Eine zentrierbare Faserkollimation ermöglicht die schnelle und einfache Positionierung aller optischen Elemente, denn die Messblende wird direkt in das Okular auf eine Strichplatte eingespiegelt. Mit dieser kann sowohl der Abgleich als auch die Probenpositionierung durchgeführt werden. Nach erfolgreichem Systemabgleich werden alle Positionierungen fixiert, so dass der Aufbau mittelfristig ausgerichtet ist. Eine tägliche Neuausrichtung der Einstellung ist nicht erforderlich, denn die Qualität der Positionierung ist zu jeder Zeit im Okular sichtbar.

Lichtleiter, Blendensysteme und Faserkollimation mit x/y/z Justierung
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Modifizierter Spektro Phototubus: Der Standard Phototubus wurde auf einen höheren Lichtdurchsatz hin optimiert. Da sich alle Optimierungen potenzieren, steigert höhere Transparenz am Tubus die Gesamtperformance und verbessert die Reproduzierbarkeit.

Zusammen mit dem A.S. & Co. „Live Overlay Modul“ werden die Beleuchtungs- und Messblenden direkt in das Okular abgebildet. Der Betrachter sieht zu jedem Zeitpunkt das Probenbild sowie die Blenden, deren Position, Größe und Schärfe gleichzeitig. Er benötigt kein zusätzliches Offline Kamerabild am Monitor, das darüber hinaus bei jeder Größenänderung neu zu kalibrieren ist.

Live Overlay Element integriert in ein Reflektor Revolver Modul
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SpectraVision Systemsteuerung und Auswertung

Der Ablauf konzentriert sich auf das Einstellen der Intensität und das Vermessen der Standards und Proben.

Je nach Mikroskoptyp kann auch eine motorisierte Leuchtfeldblende zur Streulichtunterdrückung in den Ablauf mit einbezogen werden.

Zur Integration von rein manuell zu bedienenden Geräten stehen externe Shutter und Filterwechsler zur Verfügung.

Über eine hochstabilisierte Spannungsversorgung erfolgt die Regelung der Halogenlampe zur Konstanthaltung der Farbtemperatur.

Es werden immer komplette Spektren aufgezeichnet. Sie lassen sich entweder als solche darstellen, oder es wird das Integral 546 +/- 6nm extrahiert. Zur Vermessung der Reifegrade im Transmissionsspektrum steht in SpectraVision ein Farbmetrikmodul als Option zur Verfügung.

Die Auswertung orientiert sich an den Vorgaben der internationalen Normierung und ist identisch mit den Funktionen des PMT Moduls. Die entsprechenden Details finden sich hier.