Главная / Библиотека / Выбор цветного стеклянного фильтра для медико-биологических применений

Выбор цветного стеклянного фильтра для медико-биологических применений

Теги SCHOTT AG стеклянные фильтры
Выбор цветного стеклянного фильтра для медико-биологических применений

Цветные стеклянные фильтры обладают преимуществами по сравнению с фильтрами с покрытием для применения в некоторых областях медико-биологических наук, но выбор наилучшего варианта требует тщательного рассмотрения нескольких факторов.

Оптические фильтры имеют решающее значение в медико-биологических приложениях для избирательного пропускания и блокировки определенных длин волн, начиная от мониторинга уровня кислорода и уровня pH в крови и заканчивая обнаружением флуоресценции, тестами полимеразной цепной реакции (ПЦР), используемыми для обнаружения COVID-19, и стерилизацией УФ-излучением. Цветные стеклянные фильтры и фильтры с диэлектрическим покрытием используются в медико-биологических системах.

В цветных стеклянных фильтрах используются подложки, содержащие красители или красящие вещества, которые поглощают требуемые диапазоны длин волн и пропускают остальные. Степень поглощения зависит от толщины подложки и красителей, которые она включает. Эти фильтры могут иметь широкий функционал, включая полосовой фильтр, фильтр короткого и длинного прохода или фильтрацию нейтральной плотности. Они идеально подходят для блокировки широкого диапазона длин волн, поскольку достигнуть блокировки с помощью интерференционных фильтров с покрытием довольно сложно и дорого (рис. 1).

╤А╨╕╤Б 2

Рисунок 1. Рабочие характеристики интерференционного фильтра с покрытием показывают более высокое пиковое пропускание и более четкие спектральные переходы отсечки «от» и «до», чем для сравниваемого цветного стеклянного фильтра. Но было доказано, что цветной стеклянный фильтр блокирует нежелательные длины волн в гораздо большей степени. Как показано на графике, стекло UG11 блокирует свет в диапазоне от 420 до 640 нм с оптической плотностью 6 (что означает коэффициент пропускания ниже 10–6). Повышенные колебания в видимом спектре фильтра с покрытием, вероятно, связаны с шумом спектрофотометра

Цветные стеклянные фильтры также дешевле, чем фильтры с покрытием, что позволяет применять их в недорогих портативных медико-биологических системах, предназначенных для использования в полевых условиях. Их характеристики не зависят от угла падения или поляризации, что делает центровку и поляризацию менее важными факторами, чем для фильтров с покрытием. Тот факт, что цветные стеклянные фильтры поглощают, а не отражают свет, препятствует их использованию в мощных лазерных системах, но эта особенность может быть полезна для уменьшения рассеянного света. Если мощность падающего света слишком большая – тепло может накапливаться, что в свою очередь приведет к деформации фильтра.

Цветные стеклянные фильтры также имеют свои недостатки по сравнению с фильтрами с покрытием. Цветное стекло может функционировать в широком диапазоне длин волн, но диэлектрические покрытия обычно обеспечивают более высокую передачу пропускаемых длин волн и более резкие переходы между заблокированными и пропущенными длинами волн. Поскольку характеристики цветных стеклянных фильтров зависят от толщины, эти фильтры необходимо полировать до конкретного значения, чтобы добиться определенных спектральных характеристик. Взаимосвязь между коэффициентом пропускания фильтра и его толщиной можно описать следующим образом:

╤Д╨╛╤А╨╝╤Г╨╗╨░ 1

где     – пропускание по толщине d1, P(l) – коэффициент отражения, зависящий от длины волны,  – коэффициент пропускания при измеренной эталонной толщине d2.

Интерференционные фильтры с покрытием

В интерференционных фильтрах с покрытием используются диэлектрические покрытия для отражения нежелательного света при минимальном поглощении. Хотя цветные стеклянные фильтры являются идеальным решением для широкополосных и чувствительных к стоимости приложений, интерференционные фильтры с покрытием представляют собой лучшее решение для высокопроизводительных приложений, требующих максимальной пропускной способности и четких спектральных переходов. Покрытия могут точно пропускать или блокировать узкий диапазон длин волн, если это необходимо. Производители стекла для фильтров используют классы кислотоустойчивости для характеристики чувствительности различных типов стекол. Дихроичные интерференционные покрытия отражают нежелательные длины волн, но позволяют требуемому излучению проходить через оптическую систему. В флуоресцентных приложениях это может быть полезно, потому что длины волн возбуждения отразятся на образец, в то время как более длинные волны излучения будут проходить через фильтр и достигать детектора. Однако, эти отклоненные длины волн могут вносить вклад в рассеянный свет. Поскольку интерференционные фильтры с покрытием не поглощают свет, они менее чувствительны к теплу, чем цветные стеклянные фильтры, и более совместимы с лазерами и другими мощными источниками света. Интерференционные фильтры состоят из чередующихся тонкопленочных слоев, и их общая толщина может достигать всего несколько микрометров, что позволяет использовать эти фильтры в невероятно малых конструкциях.

╤А╨╕╤Б 4

Рисунок 2. Коэффициент пропускания через различную фильтрующую аппаратуру. Цветной стеклянный фильтр имеет идеальное просветляющее покрытие на одной поверхности, а гибридная структура из интерференционного и цветного стеклянного фильтров имеет такое покрытие на обеих поверхностях

Диапазон рабочих температур покрытий интерференционных фильтров обычно ниже, чем у цветных стекол, и отличен для различных тонкопленочных конструкций. Кроме того, УФ-покрытия более чувствительны к повреждениям и труднее очищаются, что делает их более подходящими для использования в точном лабораторном оборудовании, в отличие от недорогих портативных устройств. С другой стороны, покрытия могут быть оптимизированы, чтобы быть более устойчивыми к царапинам, или они могут быть изготовлены с использованием специальной химии для большей инертности. Часто диэлектрическими покрытиями дополняются даже цветные стеклянные фильтры, когда требуется и широкополосность, и сильная блокировка. 

Выбор цветных фильтров

Широкая блокирующая способность, экономически выгодная стоимость и нечувствительность к углу падения и поляризации света делают цветные стеклянные фильтры идеальными для ряда медико-биологических приложений, в которых не требуется очень узкая полоса пропускания, таких как мониторинг отравляющих веществ в крови, офтальмология и другие системы диагностического оборудования. Хотя стекло с оптическим фильтров часто называют «цветным», оно отличается от архитектурно-строительного (декоративного) стекла тем, что оно не предназначено для приятного видимого цвета. Вместо этого ключевой характеристикой этих фильтров является точность и однородность спектра пропускания. Стеклянные оптические фильтры имеют высокое качество макроструктуры, что позволяет использовать их в простых сенсорных приложениях, а также для получения изображений с высоким разрешением. Срок службы фильтрующего стекла при нормальных условиях может достигать несколько столетий.

Химические свойства

Химические свойства различных подложек могут отличаться, и потенциальное влияние характеристик материалов особенно важно учитывать в системах, которых используются вне контролируемых лабораторных условий. В связи с этим возникают вопросы, касающиеся коррозионной стойкости и других химических параметров фильтров, используемых в портативных оксиметрах крови, рН-метрах и другом диагностическом оборудовании, которое может подвергаться воздействию влаги и загрязняющих примесей.

Различные производители стекла определяют свойства материала по-разному, но для описания их химических свойств часто используются номера классов сопротивления. Низкие номера класса указывают на более высокое сопротивление. 

ISO 8424 определяет кислотоустойчивость как поведение стекла после воздействия большим количеством кислых растворов через ламинирующие вещества, газированную воду, конденсат стекла и другими методами. Класс кислотоустойчивости цветного стеклянного фильтра описывает эффекты воздействия кислоты, выходящие за рамки описанных в классе устойчивости к пятнам. ISO 10629 аналогичным образом описывает чувствительность стекла к реакциям на щелочные жидкости, включая охлаждающие жидкости, обычно используемые для шлифовки и полировки.

Кроме того, длительное воздействие солнечного света или другого интенсивного УФ-излучения может привести к соляризации, что в свою очередь приводит к необратимому уменьшению пропускания цветных стеклянных фильтров. Степень соляризации зависит от спектра УФ-источника, его интенсивности, продолжительности воздействия и устойчивости стекла к соляризации. Соляризация обычно приводит к смещению коротковолнового края диапазона пропускания волн в длинноволновую область и общему уменьшению передаваемой ширины полосы пропускания.

Механические свойства

Фильтры часто требуют определенных механических свойств в ситуациях, когда они могут подвергаться механическим нагрузкам, пыли или какому-либо другому физическому контакту. Твердость фильтра по Кнупу характеризует его устойчивость к вдавливанию и истиранию. Для испытания на стойкость алмазный инструмент обычно вдавливают в фильтр с испытательным усилием 0,9807 H и эффективным периодом испытания 20 с в соответствии с протоколами ISO 92854. Этот фактор наиболее значим для портативных устройств в медико-биологических исследованиях, используемых за пределами лаборатории, из-за повышенного воздействия механического контакта и загрязняющих веществ на фильтры.

Прочность стекла – это величина силы, которая может быть приложена к единице площади до тех пор, пока стекло не разобьется, но при этом не является свойством, полностью зависящим от материала. В отличие от металла или пластмассы, прочность стекла зависит как от материала подложки, так и от качества его поверхности. Царапины на поверхности стеклянного фильтра и сколы на краях могут значительно снизить прочность материала.

В дополнение к жестким механическим свойствам, в некоторых случаях могут учитываться тепловые характеристики, такие как тепловое расширение и напряжения, вызванные неравномерным нагревом фильтра. Стекла могут выдерживать высокие температуры, но они чувствительны к тепловому удару или большим перепадам температуры внутри элемента.

Химические, механические и тепловые характеристики часто указываются в техпаспорте, предоставляемом производителем стекла, и дают важную отправную точку для понимания того, как эти параметры могут повлиять на выбор фильтра для конкретного применения.

 

© Edmund Optics

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке лабораторного и научного оборудования производства Edmund Optics на территории РФ

Online заявка

Теги SCHOTT AG стеклянные фильтры
Новые статьи
Передовые спектроскопические и хроматографические методы для исследования раскрашенной панели улья конца 19 века

В этой статье раскрашенная панель улья из коллекции Словенского этнографического музея была изучена с точки зрения ее материального состава с целью выявления техники росписи c помощью спектроскопических и хроматографических методов исследования

 

 

Волоконно-оптические наконечники для высокомощных 3 мкм волоконных лазеров

В данной статье оптоволоконные наконечники сращивались с выходной поверхностью волокна лазера непрерывного действия мощностью 20 Вт, работающего на длине волны 2.8 мкм, и отслеживалось их разрушение в течение 100 часов работы

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б

г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3