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近紅外光譜儀的選購
閱讀：979 發(fā)布時間：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、多組分多通道同時測定等特點，成為在線分析儀表中的一枝奇葩。近幾年，隨著化學計量學、光纖和計算機技術的發(fā)展，在線近紅外光譜分析技術正以驚人的速度應用于包括農(nóng)牧、食品、化工、石化、制藥、**等在內(nèi)的許多領域，為科研、教學以及生產(chǎn)過程控制提供了一個十分廣闊的使用空間。
近紅外光譜儀不管按何種方式設計，一般由光源、分光系統(tǒng)、測樣器件、檢測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和記錄儀(或打印機)等6部分構成。
近紅外光譜儀的分類方式比較多，但市場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*早設計形式，這種儀器首先要根據(jù)測定樣品的光譜特征選擇適當波長的濾光片。該類型儀器的特點是設計簡單、成本低、光通量大、信號記錄快、堅固耐用;但這類儀器只能在單一波長下測定，靈活性較差，如樣品的基體發(fā)生變化，往往會引起較大的測量誤差?？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或幾個波長下進行測定。這種儀器一般作專用分析，如糧食水分測定儀。由于濾光片數(shù)量有限，很難分析復雜體系的樣品。
掃描型儀器通過光柵的轉動，使單色光按波長高低依次通過測樣器件，與樣品作用后，進入檢測器檢測。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現(xiàn)全譜掃描、分辨率較高、儀器價位適中和便于維護等優(yōu)點，其*大的弱點是光柵或反光鏡的機械軸承長時間連續(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是利用干涉圖和光譜圖之間的對應關系，通過測量干涉圖和對干涉圖進行傅立葉積分變換的方法來測定和研究光譜的技術。與傳統(tǒng)的色散型光譜儀相比，傅立葉變換光譜儀能同時測量、記錄所有波長的信號，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。但由于干涉儀中動鏡的存在，儀器的在線長久可靠性受到一定的限制，另外對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)，被認為是90年代近紅外光譜儀器*突出的進展。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現(xiàn)光譜掃描。光學系統(tǒng)無移動部件，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)點使其近年來在工業(yè)在線中得到越來越多的應用。但目前這類儀器的分辨率相對較低，價格也較高。
非掃描固定光路多通道近紅外光譜儀器是因為儀器的檢測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，光柵不需要轉動即可實現(xiàn)確定波長范圍的掃描。多通道檢測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)。該類型儀器測量的波長范圍取決于檢測器光敏元件的材料，如硅基光敏元件的響應范圍在短波近紅外區(qū)域。這類儀器的*大特點是儀器內(nèi)部無可移動部件，儀器的穩(wěn)定性和抗干擾性能好;另外一個特點是掃描速度快，一般單張光譜的掃描速度只有幾十毫秒。這兩個特點的結合，使該類儀器特別適合作為現(xiàn)場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、檢測器的像素以及狹縫的尺寸。在確定的波長范圍內(nèi)，檢測器的像素越高，所檢測到的樣品信息越豐富，但一般像素越高的檢測器價格也越高。