近红外光谱仪器主要技术指标与评价方法概述

　　1 引 言

　　近红外光谱(NIR)是一种高效快速的现代分析技术，它综合运用了光谱、计算机和化学计量学等学科的知识与技术，以其独特的优势在诸如农业、石化、制药、烟草、食品和化工等多个领域得到了日益广泛的应用，并已逐渐得到大众的普遍接受和官方认可^[1,2]。

　　近红外光谱分析技术的一个重要特点就是技术本身的成套性,即近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型的三位一体性,三者有机结合才能实现快速分析。其中, 性能优异的近红外光谱仪是该技术的基础和前提。近红外光谱仪的研发和生产已有几十年的历史,其主要技术指标得到很大的提高,并趋稳定,理论框架和制作技术也已趋成熟。目前,国内外有30余个厂家在生产不同用途的近红外光谱仪,如通用型仪器、专用仪器和在线仪器等。仪器类型也各不相同,如按单色器和检测器分类,如图1 所示市场上存在的NIR 光谱仪可分为滤光片型、光栅扫描型、傅立叶变换型(FT)、阵列检测型和声光调谐型(AOTF)等5 类^[3~5]。

　　面对种类繁多的近红外光谱仪器,用户在选购、使用近红外光谱分析技术时,充分了解和掌握仪器的主要

　　技术指标及其评价方法是十分重要的。本文就这一问题进行了详细概述,以期对用户深入了解和选购近红外光谱仪,以及使用好近红外分析技术具有参考作用,同时对光谱分析仪器研究、设计和制造单位也具借鉴价值。

　　2 主要技术指标与评价方法

　　2.1 波长范围

　　波长范围是指仪器能够有效检测到的光谱范围,主要取决于仪器的分光方式、光路设计、检测器的类型以及光源等。近红外光谱仪器的波长范围通常分两段,700~1100nm的短波近红外光谱区域和1100~2500nm的长波区域。

　　NIR 光谱属分子振动光谱,是基频分子振动的倍频和组合频,主要反映了含氢基团(如C-H、O-H、S-H和N-H 等)的特征信息。短波近红外光谱区域主要为三级和四级倍频和组合频的吸收,长波区域主要为一级和二级倍频和组合频的吸收。

　　短波区域的光透射性强,吸光系数小,多使用长光程如30~50mm,取样代表性相对较强。短波区域的可以使用硅检测器和普通光学材料, 制造成本较长波仪器低,且可使用普通石英光纤进行传输,便于在线分析。但与长波相比,短波域的信息量相对少一些,测量复杂体系中较低含量组分的精度可能会下降。由于颜色吸收的影响, 短波区域也不适合深色样品的分析。总之,短波近红外区域较适用于工业常规分析、现场分析和一些专用分析仪如小麦专用分析仪、汽油专用分析仪和啤酒专用分析仪等。