近红外光谱仪器技术

　　1　引　言

　　近红外(Near-Infrared:NIR)光谱指波长范围在0·8μm~2·5μm区域的光。近红外光谱分析主要利用分子的倍频与合频吸 收,而分子在近红外区的倍频与合频吸收弱,谱带复杂,重叠多。因此,近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息的处理。近十多年来由于光学技术、电子技术与计 算机软硬件技术的发展,使分析科学中弱信号处理的理论和技术越来越成熟,它们被用来解决NIR光谱吸收弱的困难。现代数学在分析中的应用,化学计量学的发 展以及计算机的广泛应用,使多组分分析中多元信息处理的理论与技术得到发展,它们被用于解决NIR谱区重叠的困难。近红外光谱分析主要可分为透射光谱分析 和漫反射光谱分析。透射光谱分析使用近红外的短波长区域(0·8μm~1·2μm),主要用于对液体状样品或透过率较大的样品进行分析;漫反射光谱分析使 用近红外的长波长区域(1·4μm~2·5μm),主要用于对粉末状样品或固体样品进行分析。

　　近红外光谱分析的主要优点是:分析速度快、样品准备简单、从单个光谱可进行多种组分的分析、不消耗样品、没有化学污染等。近红外光谱的缺点是: 它是基于经验的定量工具,依赖于复杂的涉及训练样品集和复杂化学计量学校准步骤。它对微量成分相对不灵敏,但近红外仪器的噪声水平的进一步降低将克服此障 碍。

　　近红外光谱分析受到光谱学家的重视并得到广泛应用。近红外光谱国际联合会(the InternationalCouncil for Near-Infrared Spectroscopy: ICNIRS)和CNIRS(北美国际组织联合会)定期举行近红外会议。在过去的一些年里,Pittcon、FACSS和EAS已举行了关于近红外光谱的 专门会议和培训课程。目前,英国的两个刊物专门刊登近红外方面的研究工作:Near-IR News和Journal of Near-Infrared Spectroscopy,美国的Analytical Chemistry, Applied Spectroscopy和Applied Spectroscopy Reviews,以及其它一些杂志经常发表关于近红外方法的论文及评论。

　　2　近红外光谱仪器类型

　　近红外光谱仪器主要有滤光片型、发光二极管(LED)型、光栅单色器型、傅里叶变换干涉仪型、声光可调滤光片型(AOTF)、多通道检测型(二极管阵列PDA、电荷耦合器件CCD)等。

　　2·1　滤光片型近红外仪器

　　2·1·1　滤光片盘式近红外仪器

　　离散点的测定是测量几个特定波长点的光谱数据,并建立样品浓度与这些数据的关系。进行离散点测量仪器通常是滤光片型的近红外仪器。

　　干涉滤光片通常应用于简单近红外光谱仪。在最简单的盘式仪器中,若干片(6~12)不同透射波长的干涉滤光片装在片盘上,测量时根据需要的波长转动片轮以选择合适的一个滤光片进入光路,如图1所示。