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介紹近紅外光譜儀的工作原理

2021-11-28　　閱讀(1829)

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　　近紅外光譜儀從分光系統(tǒng)可分為固定波長(zhǎng)濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調(diào)濾光器和陣列檢測(cè)五種類型。近幾年，隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)、光纖和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在線近紅外光譜分析技術(shù)正以驚人的速度應(yīng)用于包括農(nóng)牧、食品、化工、石化、制藥、煙草等在內(nèi)的許多領(lǐng)域，為科研、教學(xué)以及生產(chǎn)過程控制提供了一個(gè)十分廣闊的使用空間。
　　近紅外光譜儀獲得光譜主要應(yīng)用兩種技術(shù)透射光譜技術(shù)和反射光譜技術(shù)：
　　透射光譜(波長(zhǎng)一般在780~1100nm范圍內(nèi))是指將待測(cè)樣品置于光源與檢測(cè)器之間，檢測(cè)器所檢測(cè)的光是透射光或與樣品分子相互作用后的光(承載了樣品結(jié)構(gòu)與組成信息)，若樣品是混濁的，樣品中有能對(duì)光產(chǎn)生散射的顆粒物質(zhì)，光在樣品中經(jīng)過的路程是不確定的，透射光強(qiáng)度與樣品濃度之間的關(guān)系不符合Beer定律。對(duì)這種樣品應(yīng)使用漫透射分析法。
　　反射光譜(波長(zhǎng)一般在1100~2526nm范圍內(nèi))是指將檢測(cè)器和光源置于樣品的同一側(cè)，檢測(cè)器所檢測(cè)的是樣品以各種方式反射回來的光。物體對(duì)光的反射又分為規(guī)則反射(鏡面反射)與漫反射。規(guī)則反射指光在物體表面按入射角等于反射角的反射定律發(fā)生的反射，漫反射是光投射到物體后(常是粉末或其它顆粒物體)，在物體表面或內(nèi)部發(fā)生方向不確定的反射。應(yīng)用漫反射光進(jìn)行的分析稱為漫反射光譜法。此外，還有把透射分析和漫反射分析結(jié)合在一起的綜合漫反射分析法和衰減全反射分析法等。
　　近紅外光譜儀從光譜中提取有用信息屬于弱信息和多元信息，需要充分利用現(xiàn)有的光機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)技術(shù)主要包括光譜數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)。光譜數(shù)據(jù)處理是消除儀器因素(燈及測(cè)量方式等)環(huán)境因素(如溫度等)和樣品物態(tài)(如顏色、形態(tài)等)等對(duì)光譜的影響。常采用的方法有平滑、微分、基線漂移扣減、多元散射校正和有限脈沖響應(yīng)濾波等也可以用小波變換來進(jìn)行部分處理。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)主要是化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展使多組分分析中多元信息處理理論和技術(shù)日益成熟，解決了近紅外光譜區(qū)重疊的問通過關(guān)聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)近紅外光譜的快速分析。
　　近紅外光譜儀的應(yīng)用中，我們所關(guān)心的是被測(cè)樣品的組成或各種物化性質(zhì)，因此，如何提取這些有用信息是近紅外光譜分析的技術(shù)核心?，F(xiàn)在的許多研究與應(yīng)用表明，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行近紅外光譜分析是非常有效的?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)理論在近紅外光譜儀器中的應(yīng)用對(duì)儀器的實(shí)用化是非常關(guān)鍵的。
　　近紅外光譜儀分析中被測(cè)物質(zhì)的近紅外光譜取決于樣品的組成和結(jié)構(gòu)。樣品的組成和結(jié)構(gòu)和近紅外光譜之間有著一定的函數(shù)關(guān)系。使用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法確定出這些重要函數(shù)關(guān)系，即經(jīng)過校正，就可以根據(jù)被測(cè)樣品的近紅外光譜，快速計(jì)算出各種數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在常用的校正方法主要有：多元線性回歸、主成分分析、偏Z小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和拓?fù)浞椒ǖ取?/div>

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