분광기 선택하는 방법 - 고감도(Sensitivity), 고속(Speed), 고해상도(Resolution)

안녕하세요.
Ocean Optics 공식 대리점 (주)원우시스템즈입니다. 저희는 20여년동안 광학, 온도 계측 분야의 제품을 전문적으로 취급 해왔습니다.

이번 포스팅에서는 미국 Ocean Optics에서 출시된 분광기를 선택하는 방법을 소개해드리겠습니다.

분광기를 이해할 때 가장 중요한 요소 중 하나가 바로 감도, 속도, 그리고 해상도입니다.

단순히 스펙을 비교하는 것보다 연구 목적과 측정 환경을 먼저 고려하는 것이 중요합니다. 어떤 시료를 다루는지, 필요한 데이터의 정밀도와 분석 속도는 어느 정도인지에 따라 적합한 기기가 달라집니다. 감도, 속도, 해상도 같은 핵심 성능과 파장 범위, 측정 방식(흡광, 반사, 형광, 라만 등), 데이터 처리 용이성, 그리고 휴대성까지 함께 살펴본다면 보다 효과적이고 효율적인 분광기 선택이 가능합니다.

이제부터 하나씩 살펴보면서, 왜 이 요소들이 중요한지, 그리고 어떤 상황에서 각각이 더 강조되어야 하는지 알아보겠습니다. 자, 그럼 시작해볼까요?

High Sensitivity Spectrometers 고감도 분광기

낮은 신호 강도도 감지할 수 있는 기능 — 농도 분석이나 미량 성분 측정

분광기에서 고감도(high sensitivity)란?

아주 약한 빛도 놓치지 않고 측정할 수 있는 능력

예를 들어 우리가 밤하늘을 올려다볼 때, 맨눈으로는 잘 보이지 않던 희미한 별빛도 망원경을 통해서는 선명하게 보이는 것과 같은 원리입니다. 실험실에서 다루는 시료가 미량이거나, 형광이나 라만처럼 신호 자체가 약한 경우에는 감도가 높지 않으면 신호가 잡음 속에 묻혀서 보이지 않게 됩니다. 따라서 미세한 농도를 검출하거나 희미한 신호를 분석하려는 경우, 감도는 분광기 선택에서 가장 중요한 기준이 됩니다.

Specifications (고감도 분광기)

Specifications	SR6	HR6	Ocean HDX	QE Pro
Wavelength Range	180 - 1100 nm	180 - 1100 nm	200 - 1100 nm	190 - 1100 nm
Integration time	7.2 ms - 5 s	7.2 ms - 5 s	6 ms - 10 s	8 ms - 60 min
Optical resolution (FWHM)	0.36 - 11.52 nm	0.08 - 7.24 nm	0.70 - 1.10 nm	1.2 - 6.87 nm
SNR (single scan @ 10 ms)	400:1	400:1	400:1	1,000:1
SNR (max. per second w/High Speed Averaging Mode)	3,500:1	3,500:1	NA	NA
Connectors	16 pin Samtec TFM, RS-232, SMA, USB Type-C	SMA, TFM-108-02-L-DH Samtec, USB Type-C	Gigabit Ethernet, SMA 905 (input fiber), USB	SMA 905 (input fiber)
Physical dimensions	88.1 x 63.5 x 31.45 mm	148.8 x 106.4 x 48.2 mm	88.9 x 63.5 x 52.4 mm	182 x 110 x 47 mm
Weight	275 g	0.9306 kg	400 g	1.15 kg
Temperature (operation)	0 °C - 55 °C	0 °C - 55 °C	0 °C - 40 °C	0 °C - 55 °C
Temperature (storage)	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C

High Speed Spectrometers 고속 분광기

고속 데이터 측정 — 생산현장이나 고처리량 환경에서 중요

분광기에서 고속(high speed)란?

얼마나 짧은 시간 안에 데이터를 획득할 수 있는지

카메라를 예로 들면, 빠르게 움직이는 물체를 흔들림 없이 포착하려면 셔터 속도가 빨라야 하듯이, 분광기도 마찬가지로 빠르게 변하는 시료의 변화를 실시간으로 잡으려면 높은 데이터 수집 속도가 필요합니다. 생산 라인에서 제품 품질을 실시간으로 검사할 때나, 초 단위가 아니라 밀리초 단위로 반응이 바뀌는 화학 반응을 추적할 때, 혹은 드론이나 차량에 장착해 이동 중 데이터를 수집할 때는 속도가 곧 정확성과 직결됩니다.

Specifications (고속 분광기)

Specifications	Ocean FX	SR2	HR2
Wavelength Range	200 - 1025 nm	185 - 1100 nm	190 - 1100 nm
Integration time	10 μs - 10 s	1 μs - 2 s	1 μs - 2 s
Optical resolution (FWHM)	0.80 - 1.33 nm	0.42 - 11.52 nm	0.08 - 7.12 nm
SNR (single scan @ 10 ms)	290:1	380:1	380:1
SNR (max. per second w/High Speed Averaging Mode)	NA	25,800:1	25,800:1
Onboard memory	Up to 50,000 spectra	NA	NA
Connectors	Gigabit Ethernet, SMA 905 (input fiber), USB	16 pin Samtec TFM, RS-232, SMA, USB Type-C	SMA, TFM-108-02-L-DH Samtec, USB Type-C
Physical dimensions	88.9 x 63.5 x 52.4 mm	88.1 x 63.5 x 31.45 mm	148.8 x 106.4 x 48.2 mm
Weight	400 g	275 g	0.9306 kg
Temperature (operation)	0 °C - 40 °C	0 °C - 55 °C	0 °C - 55 °C
Temperature (storage)	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C

High Resolution Spectrometers 고해상도 분광기

파장 간 차이 구분 가능 — 복잡한 성분 분석

분광기에서 고해상도(high resolution)란?

서로 인접해 있는 파장이나 스펙트럼 피크를 얼마나 세밀하게 구분할 수 있는지를 의미

해상도를 TV 화면에 비유하면 이해가 쉬운데, 저해상도의 화면에서는 작은 글씨가 뭉개져 보이는 것처럼, 분광기에서 해상도가 낮으면 서로 가까운 파장대의 피크가 하나로 겹쳐져 버립니다. 예를 들어 어떤 혼합물에 두 가지 성분이 존재하는데 이들의 흡수 피크가 0.2nm 정도밖에 차이나지 않는다면, 해상도가 낮은 분광기는 이 두 피크를 하나로 인식해서 정밀 분석이 불가능합니다. 따라서 가스 성분 분석이나 라만 분광학처럼 세밀한 분자 구조를 들여다보는 연구에서는 반드시 높은 해상도가 필요합니다.

Specifications (고해상도 분광기)

Specifications	HR2	HR4	HR6
Wavelength Range	190 - 1100 nm	190 - 1100 nm	180 - 1100 nm
Integration time	1 μs - 2 s	3.8 ms - 10 s	7.2 ms - 5 s
Optical resolution (FWHM)	0.08 - 7.12 nm	0.06 - 7.24 nm	0.08 - 7.24 nm
SNR (single scan @ 10 ms)	380:1	250:1	400:1
SNR (max. per second w/High Speed Averaging Mode)	25,800:1	3,000:1	3,500:1
Connectors	SMA, TFM-108-02-L-DH Samtec, USB Type-C	SMA, TFM-108-02-L-DH Samtec, USB Type-C	SMA, TFM-108-02-L-DH Samtec, USB Type-C
Physical dimensions	148.8 x 106.4 x 48.2 mm	148.8 x 106.4 x 48.2 mm	148.8 x 106.4 x 48.2 mm
Weight	0.9306 kg	0.9306 kg	0.9306 kg
Temperature (operation)	0 °C - 55 °C	0 °C - 55 °C	0 °C - 55 °C
Temperature (storage)	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C	-30 °C - 70 °C

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