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近紅外光譜儀的選購
閱讀：1010 發(fā)布時(shí)間：2022-4-11
近紅外光(Near Infrared，NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電磁波， ASTM 定義的近紅外光譜區(qū)的波長范圍為 780~2526nm (12820～3959cm1)，習(xí)慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波(780~1100nm)和近紅外長波(1100~2526nm)兩個(gè)區(qū)域。
由于近紅外光在常規(guī)光纖中有良好的傳輸特性，且其儀器較簡(jiǎn)單、分析速度快、非破壞性和樣品制備量小、幾乎適合各類樣品(液體、粘稠體、涂層、粉末和固體)分析、多組分多通道同時(shí)測(cè)定等特點(diǎn)，成為在線分析儀表中的一枝奇葩。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、**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。
近紅外光譜儀不管按何種方式設(shè)計(jì)，一般由光源、分光系統(tǒng)、測(cè)樣器件、檢測(cè)器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和記錄儀(或打印機(jī))等6部分構(gòu)成。
近紅外光譜儀的分類方式比較多，但市場(chǎng)上分類主要還是按照儀器的分光器件不同來分，一般可分為4種主要類型：濾光片型、光柵色散型、傅立葉變換型和聲光調(diào)制濾光器型。其中光柵色散型又有光柵掃描單通道和非掃描固定光路多通道檢測(cè)之分。
濾光片型近紅外光譜儀器可分為固定濾光片和可調(diào)濾光片兩種形式。固定濾光片型光譜儀是近紅外光譜儀器的*早設(shè)計(jì)形式，這種儀器首先要根據(jù)測(cè)定樣品的光譜特征選擇適當(dāng)波長的濾光片。該類型儀器的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、光通量大、信號(hào)記錄快、堅(jiān)固耐用;但這類儀器只能在單一波長下測(cè)定，靈活性較差，如樣品的基體發(fā)生變化，往往會(huì)引起較大的測(cè)量誤差?？烧{(diào)濾光片型光譜儀采用濾光輪，可以根據(jù)需要比較方便地在一個(gè)或幾個(gè)波長下進(jìn)行測(cè)定。這種儀器一般作專用分析，如糧食水分測(cè)定儀。由于濾光片數(shù)量有限，很難分析復(fù)雜體系的樣品。
掃描型儀器通過光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，使單色光按波長高低依次通過測(cè)樣器件，與樣品作用后，進(jìn)入檢測(cè)器檢測(cè)。與濾光片型的近紅外光譜儀器相比，色散型近紅外光譜儀器具有可實(shí)現(xiàn)全譜掃描、分辨率較高、儀器價(jià)位適中和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，其*大的弱點(diǎn)是光柵或反光鏡的機(jī)械軸承長時(shí)間連續(xù)使用容易磨損，影響波長的精度和重現(xiàn)性，抗震性較差，一般不適合作為過程分析儀器使用。
傅立葉變換光譜技術(shù)是利用干涉圖和光譜圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)量干涉圖和對(duì)干涉圖進(jìn)行傅立葉積分變換的方法來測(cè)定和研究光譜的技術(shù)。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀相比，傅立葉變換光譜儀能同時(shí)測(cè)量、記錄所有波長的信號(hào)，并以更高的效率采集來自光源的輻射能量，具有更高的波長精度、分辨率和信噪比。但由于干涉儀中動(dòng)鏡的存在，儀器的在線長久可靠性受到一定的限制，另外對(duì)儀器的使用和放置環(huán)境也有較高的要求。
聲光可調(diào)濾光器(Acousto-optic Tunable Filter，縮寫為AOTF)是利用超聲波與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件。用AOTF作為分光系統(tǒng)，被認(rèn)為是90年代近紅外光譜儀器*突出的進(jìn)展。與傳統(tǒng)的單色器相比，采用聲光調(diào)制產(chǎn)生單色光，即通過超聲射頻的變化實(shí)現(xiàn)光譜掃描。光學(xué)系統(tǒng)無移動(dòng)部件，波長切換快、重現(xiàn)性好，程序化的波長控制使這類儀器的應(yīng)用具有更大的靈活性。聲光可調(diào)濾光器近紅外光譜儀器的這些優(yōu)點(diǎn)使其近年來在工業(yè)在線中得到越來越多的應(yīng)用。但目前這類儀器的分辨率相對(duì)較低，價(jià)格也較高。
非掃描固定光路多通道近紅外光譜儀器是因?yàn)閮x器的檢測(cè)器采用多通道光敏器件而得名。這類儀器的色散系統(tǒng)一般采用平面光柵或全息光柵，與光柵掃描型相比，光柵不需要轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)確定波長范圍的掃描。多通道檢測(cè)器的類型主要有兩種：二極管陣列(Photodiode Array，縮寫為PDA)和電荷耦合器件(Charger Coupled Device，縮寫為CCD)。該類型儀器測(cè)量的波長范圍取決于檢測(cè)器光敏元件的材料，如硅基光敏元件的響應(yīng)范圍在短波近紅外區(qū)域。這類儀器的*大特點(diǎn)是儀器內(nèi)部無可移動(dòng)部件，儀器的穩(wěn)定性和抗干擾性能好;另外一個(gè)特點(diǎn)是掃描速度快，一般單張光譜的掃描速度只有幾十毫秒。這兩個(gè)特點(diǎn)的結(jié)合，使該類儀器特別適合作為現(xiàn)場(chǎng)或在線分析儀器使用。多通道型儀器的分辨率取決于光柵性能、檢測(cè)器的像素以及狹縫的尺寸。在確定的波長范圍內(nèi)，檢測(cè)器的像素越高，所檢測(cè)到的樣品信息越豐富，但一般像素越高的檢測(cè)器價(jià)格也越高。