【概述】

生物傳感器是一種對(duì)生物質(zhì)敏感并將其濃度或特征信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器，具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快的特點(diǎn)。隨著智能設(shè)備的興起，生物傳感器在人類(lèi)日常生活中發(fā)揮的作用日益顯著，例如人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別等等，通過(guò)感應(yīng)人體身體的變化來(lái)控制儀器。手機(jī)IR孔便是眾多生物傳感器中的一種，通過(guò)感應(yīng)人體的紅外線(xiàn)變化，控制手機(jī)的屏幕，讓手機(jī)更加智能化的為人類(lèi)服務(wù)。手機(jī)IR孔其實(shí)是指手機(jī)上面紅外線(xiàn)測(cè)試孔，一般在手機(jī)正上方，外觀(guān)為一個(gè)黑色圓孔。

       手機(jī)IR孔其實(shí)是一個(gè)距離傳感器，利用感應(yīng)生物體紅外線(xiàn)（IR）來(lái)實(shí)現(xiàn)距離的感應(yīng)。當(dāng)我們拿起手機(jī)貼在耳朵旁接聽(tīng)電話(huà)時(shí)，這個(gè)時(shí)候手機(jī)屏幕會(huì)自動(dòng)黑屏，避免因勿碰而隨機(jī)撥出電話(huà)或者啟動(dòng)某個(gè)應(yīng)用程序。當(dāng)手機(jī)離開(kāi)耳朵時(shí)，手機(jī)屏幕又會(huì)自動(dòng)變亮，可以正常操作手機(jī)。這主要是通過(guò)感應(yīng)人身體的發(fā)出的紅外線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要手機(jī)IR孔能通過(guò)紅外線(xiàn)，同時(shí)不透過(guò)紫外線(xiàn)及可見(jiàn)光，通過(guò)光線(xiàn)的變化來(lái)控制屏幕的亮度。

       在手機(jī)IR孔生產(chǎn)過(guò)程中，需要測(cè)試IR孔不同波長(zhǎng)的透過(guò)率便于質(zhì)控。一般選用550nm、850nm和940nm幾個(gè)測(cè)試波長(zhǎng)位置。歐美標(biāo)準(zhǔn)一般測(cè)試550nm和850nm兩個(gè)波長(zhǎng)的透過(guò)率，而日韓標(biāo)準(zhǔn)一般選用550nm和940nm兩個(gè)波長(zhǎng)的透過(guò)率。一般質(zhì)控要求手機(jī)IR孔850nm處的透光率達(dá)到80%以上，550nm處透過(guò)率低于15%，這樣才能使手機(jī)IR孔能感受到紅外線(xiàn)的變化，同時(shí)又不受可見(jiàn)光的干擾。

【實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件】

PerkinElmer Lambda 950紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)，150mm高反射率Spectralon涂層積分球，儀器見(jiàn)圖1。

圖1   Perkinelmer Lambda 950紫外分光光度計(jì)

樣品一般為片狀小孔，測(cè)試樣品反射時(shí)，除了鏡面反射，還會(huì)存在大量漫反射信號(hào)；測(cè)試樣品透射時(shí)，除了垂直透射信號(hào)，也會(huì)存在大量散射信號(hào)。若采用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)器時(shí)，只能收集其中一部分光，無(wú)法檢測(cè)到散射信號(hào)，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。此時(shí)采用積分球檢測(cè)器，可以收集樣品反射或者透射所有光譜信號(hào)，測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確，見(jiàn)圖2。

圖2標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)器（上）和積分球檢測(cè)器（下）測(cè)試光路圖

對(duì)于紫外積分球檢測(cè)器，其內(nèi)壁涂層以及積分球尺寸直接影響到測(cè)試效果。常見(jiàn)積分球內(nèi)壁涂層有氧化鎂、硫酸鋇、特氟龍涂層，其中氧化鎂和硫酸鋇涂層反射率低，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，無(wú)法解決長(zhǎng)期使用后發(fā)黃變性的問(wèn)題。圖3可以看出氧化鎂和硫酸鋇涂層在1600nm以上反射率低，不適用此近紅外波段測(cè)試。而PerkinElmer積分球檢測(cè)器采用特氟龍涂層，光反射率高，全波段反射率波動(dòng)不大，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。另外積分球孔徑越大，入射光窗口/內(nèi)表面積比越小，即開(kāi)孔率越小，光損失越小，測(cè)試效果更佳。PerkinElmer 150mm特氟龍涂層積分球，反射率高，測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

圖3積分球不同涂層反射率光譜圖

PerkinElmer Lambda 950雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)采用150mm內(nèi)徑特氟龍涂層積分球檢測(cè)器，光反射率高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，不會(huì)出現(xiàn)變黃變性的問(wèn)題；同時(shí)積分球開(kāi)孔率小，光損失小，測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。該儀器雙光束、雙單色器設(shè)計(jì)，超低雜散光，雜散光僅為0.00007% T，波長(zhǎng)準(zhǔn)確度及精密度高，最大測(cè)試吸光度為8A（OD 8），樣品測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確，儀器光路圖見(jiàn)圖4。

圖4  PerkinElmer Lambda紫外-可見(jiàn)分光度計(jì)儀器及積分球

【實(shí)驗(yàn)/操作方法】

測(cè)試條件

測(cè)試波長(zhǎng)：1000-400nm；波長(zhǎng)間隔5nm，積分時(shí)間0.3S，測(cè)試透射率T%。

測(cè)試過(guò)程

測(cè)試時(shí)，無(wú)需前處理，掃面空氣背景后，將樣品固定在儀器入射口，測(cè)試樣品400-1000nm下透射曲線(xiàn)，得到樣品在不同波長(zhǎng)下的透射率值，譜圖見(jiàn)圖5。同一樣品多次測(cè)試，其透射率曲線(xiàn)完全重合，儀器測(cè)試重復(fù)性高，穩(wěn)定性好，譜圖見(jiàn)圖6。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

圖5手機(jī)IR孔測(cè)試譜圖

圖6手機(jī)IR孔3次測(cè)試譜圖

結(jié)論

PerkinElmer Lambda系列分光光度計(jì)配置150mm積分球檢測(cè)器，具有測(cè)試準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)；積分球檢測(cè)器采用特氟龍材質(zhì)涂層，反射率高、光能量損失小，測(cè)試準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性高；特氟龍涂層化學(xué)穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期不老化，不怕酸堿；150mm積分球開(kāi)孔率小，測(cè)量精度高。

【儀器/耗材清單】

PerkinElmer Lambda 950紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)