農(nóng)達(dá)除草劑中的有效成分是一種叫做草甘膦的化學(xué)物質(zhì)，其中的草甘膦， N-（膦酰基甲基），是一種甘胺酸異丙胺鹽形態(tài)。這種形態(tài)的草甘膦易處理，效力強(qiáng)。一般的農(nóng)達(dá)除草劑中草甘膦含量約為2%，而在實(shí)際使用時(shí)，還要用水來(lái)稀釋。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們分別使用光程長(zhǎng)度為10mm和5mm的可變光程浸入式探頭來(lái)測(cè)試這些低濃度草甘膦的吸光度，并檢驗(yàn)其檢測(cè)極限。在吸光度測(cè)量中，光程長(zhǎng)度與檢測(cè)極限呈負(fù)相關(guān)，所以我們預(yù)測(cè)10mm的光程長(zhǎng)度將給出更準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。我們使用5mm光程長(zhǎng)度的探頭來(lái)驗(yàn)證是否更短的光程長(zhǎng)度也能檢測(cè)到草甘膦，以及它是否會(huì)得到與10mm光程長(zhǎng)度探頭相似的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)中，我們使用了Avantes公司的科研級(jí)紫外/可見(jiàn)光譜儀AvaSpec-HERO(圖1)。AvaSpec-HERO光譜儀基于高靈敏度緊湊型光學(xué)平臺(tái)（焦距=100mm，數(shù)值孔徑=0.13）以及一塊1024×58 像素的背照式CCD 探測(cè)器，它擁有很高靈敏度和分辨率。AvaSpec-HERO采用先進(jìn)的AS7010電路板，它包括一個(gè)高性能AD轉(zhuǎn)換器，具有高信噪比和動(dòng)態(tài)范圍，USB3.0和以太網(wǎng)接口可以實(shí)現(xiàn)高速通信。由于本實(shí)驗(yàn)在紫外范圍內(nèi)需要較高的靈敏度，所以我們使用了這種光譜儀。

光源采用脈沖氙燈AvaLight-XE-HP，它在極紫外區(qū)域有非常好的表現(xiàn)，并通過(guò)一根Y型觸發(fā)線與光譜儀連接。它接收到光譜儀的TTL信號(hào)后開(kāi)始工作，以確保僅在光源工作時(shí)測(cè)量光譜。每次測(cè)量的閃光次數(shù)可以在AvaSoft軟件中設(shè)置，以避免光譜飽和（當(dāng)過(guò)量的光進(jìn)入光譜儀時(shí)會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象）。我們?cè)?0mm光程長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)中將閃光次數(shù)設(shè)置為3次，在5mm光程長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)中將閃光次數(shù)設(shè)置為2次。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的最后一個(gè)組件是Avantes公司的可變光程浸入式探頭。Avantes公司為科研及工業(yè)客戶提供了固定或可變光程長(zhǎng)度的浸入式探頭 (圖2)，光程長(zhǎng)度的改變可以通過(guò)銅管件的旋松并擰緊實(shí)現(xiàn)的。較長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度適用于測(cè)量低濃度樣品，較短的光程長(zhǎng)度適用于測(cè)量高濃度樣品。這是因?yàn)楦L(zhǎng)的距離允許更多的光進(jìn)入樣品，光程長(zhǎng)度為10mm的探頭比5mm長(zhǎng)度更適用于較低濃度的樣品。

如圖3，農(nóng)達(dá)除草劑的稀釋推薦配比為：1.5盎司(3湯匙)農(nóng)達(dá)除草劑與1加侖水混合，此時(shí)農(nóng)達(dá)除草劑樣品的濃度約為1.2%。在溶質(zhì)重量保持不變的情況下，其他三種樣品分別比推薦濃度多稀釋了25%，50%和75%。（此濃度是根據(jù)其他三種濃度確定，這三種樣品的濃度分別比推薦濃度稀釋率高25%、50%和75%。）

溶劑是去離子水，用來(lái)稀釋草甘膦含量為2%的農(nóng)達(dá)溶液，稀釋后得到四種樣品濃度分別為1.2%、0.88%、0.59%和0.29%（圖3）。這四種樣品中草甘膦百分比分別為0.024%、0.018%、0.012%和0.0058%(圖3)。稀釋后的四種樣品如圖4所示。

測(cè)試樣品前，我們?cè)O(shè)置光譜儀的積分時(shí)間為30ms，AvaLight-XE-HP光源的閃光次數(shù)為3次。我們首先使用10mm光程長(zhǎng)度測(cè)試了四個(gè)樣本，我們選擇吸光度模式，先存儲(chǔ)暗噪聲來(lái)消除儀器自帶的噪聲，以溶劑(去離子水)作參考。使用10mm光程長(zhǎng)度探頭的吸光度測(cè)量結(jié)果如圖5所示。

純草甘膦的吸光度峰在265 nm左右，而稀釋后的草甘膦吸光度峰可位于200 ~ 300nm的任意波長(zhǎng)處。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)得的峰在200nm左右，光譜形狀也與其他研究者的光譜數(shù)據(jù)一致。因此可以證明，使用10mm光程長(zhǎng)度的探頭可以很好地測(cè)量四種農(nóng)達(dá)除草劑稀釋溶液中的草甘膦。

第二次實(shí)驗(yàn)使用的是5mm光程長(zhǎng)度探頭，我們?cè)O(shè)置光譜儀的積分時(shí)間為20ms，AvaLight-XE-HP光源的閃光次數(shù)為2次，這樣做是為了避免出現(xiàn)飽和情況，測(cè)量結(jié)果如圖6.

5mm光程探頭測(cè)量光譜的一致性不如10mm探頭的測(cè)量光譜。樣品2(紫色，稀釋程度增加25%)和樣品4(黑色，稀釋程度增加75%)的光譜形狀與其他兩個(gè)樣品不一樣。并且樣品2和樣品4的吸光度譜線達(dá)到峰值后并沒(méi)有迅速降低，而是并未真正下降。這些結(jié)果證明，5mm光程探頭的測(cè)量結(jié)果不如10mm光程探頭的測(cè)量結(jié)果可靠。這與我們最初的假設(shè)一致：因?yàn)樗膫€(gè)樣品都被充分稀釋?zhuān)?0mm光程探頭可以得到更好的測(cè)量結(jié)果。

圖7、8、9和10對(duì)比了每個(gè)樣品的10mm光程探頭和5mm光程探頭的測(cè)試結(jié)果。可以看到使用10mm光程探頭的5mm光程探頭的測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。圖11是本實(shí)驗(yàn)的所有光譜結(jié)果匯總。

正如預(yù)測(cè)的那樣，10mm光程的可變光程浸入式探頭可以更好地識(shí)別草甘膦的吸光度峰。5mm光程探頭也可以探測(cè)到草甘膦的信號(hào)，但光譜形狀不像10mm光程探頭的那樣均勻。這四種高度稀釋的樣品都證明了在較長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度下實(shí)驗(yàn)效果更好。如果我們的猜想正確，那么如果在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中大幅增加樣品濃度，那么5mm光程探頭就能提供更好的實(shí)驗(yàn)效果。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，可變光程浸入式探頭可以適用于低濃度樣品的吸光度測(cè)量，并且可以覆蓋大范圍的濃度范圍。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很好地證明了當(dāng)被測(cè)樣品的濃度不同時(shí)，使用可變光程浸入式探頭所提供的不同光程都可以得到較好的測(cè)試結(jié)果。