近红外光谱分析仪器的发展概况_齐晓
近五年我国近红外光谱分析技术研究与应用进展
近五年我国近红外光谱分析技术研究与应用进展一、本文概述近红外光谱分析技术，作为一种重要的分析手段，在化学、生物、医药、农业、食品、石油等多个领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着科学技术的不断发展，我国近红外光谱分析技术也取得了显著的研究与应用进展。
本文旨在全面梳理和评述近五年我国近红外光谱分析技术的研究动态和应用实践，以期为推动该领域的技术创新和产业发展提供参考。
在概述部分，我们将首先介绍近红外光谱分析技术的基本原理和特点，阐述其在不同领域中的应用价值。
随后，我们将简要回顾近五年我国近红外光谱分析技术的发展历程，包括关键技术的突破、仪器设备的升级以及应用领域的拓展等方面。
在此基础上，本文将重点分析近五年内我国近红外光谱分析技术的主要研究成果，包括理论创新、方法优化以及应用案例等。
我们将展望近红外光谱分析技术的未来发展趋势，探讨其在我国各领域的潜在应用前景和面临的挑战。
二、近五年我国近红外光谱分析技术研究进展近五年来，我国近红外光谱分析技术研究取得了显著进展，不仅在理论深度上有所提升，还在技术应用上实现了突破。
在理论研究方面，我国的科研团队深入探索了近红外光谱与物质分子结构之间的关系，提出了一系列新的分析模型和算法。
这些模型不仅提高了光谱解析的精度，还拓展了近红外光谱技术的应用范围。
同时，随着计算机技术的快速发展，近红外光谱数据处理和分析的速度也得到了显著提升。
在技术应用方面，近红外光谱分析技术在多个领域实现了广泛应用。
例如，在农业领域，通过近红外光谱技术可以快速准确地检测农产品的品质和成分，为农业生产提供了有力支持。
在医药领域，近红外光谱技术被用于药物成分的分析和药品质量控制，确保了药品的安全有效。
在环保、石油化工等领域，近红外光谱技术也发挥着重要作用。
值得一提的是，我国在近红外光谱仪器研发方面也取得了重要进展。
国内科研机构和企业相继推出了一系列性能稳定、操作简便的近红外光谱仪器，为我国近红外光谱技术的普及和推广提供了有力保障。
近红外光谱分析仪器的应用与发展
：
Ｓｃ ｅｎ ｅｎｄ ｉ ｃｅ Ｔｅｃ ｈｎｏ ｏｇ Ｉ ｏｖｅｔｏｎ ｌ ｙ ｎｎ ｉ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
技 术 创 新
近 红 外 光 谱 分析 仪器 的应 用 与发 展
高 振 洪 （ 津市 特种 设备 监督检 验技 术研 究 院 天 津 ３ ０ ２ 天 ０１ ） ９
一 一
的 品质 分 析 方面 。 定 指 标 包 括 ： 草 的 水 测 烟 分 、 糖 、 白质 原 糖 、 古 丁等 组 分 的 总 蛋 还 尼 含 量 。 外 ， 需 要 对 卷 烟 的 焦 油 、 碱 等 另 还 烟 进 行 测 定 。 茶 叶 成 分 分 析 中 ， 红 外 光谱 在 近 分 析 仪 器 主 要 用 于茶 叶及 其 茶 制 品 中化 学 成 分 的 多 组 分 快 速 测 定 ， 速 评 定 茶 叶 的 快 等级， 以及 茶 制 品 生 产过 程 在 线 检 测 ， 并鉴 别 茶叶 的 真 伪 。 国 已 经将 近 红 外 光 谱 分 我 析仪 器广泛应用于烟草 及茶叶的检测 中， 并 取 得 了非 常 好 的 效 果 。 ４． 石 油化工分 析 ３ 在 近 ｌ 年 中 ， 我 国 的 石 油 化 工 领 域 ０ 在 中 ， 红 外 光 谱 分 析 技 术 得 到 了充 分 的 发 近 展， 目前 已经 广 泛 应 用 于炼 油 厂 的 化 验 室 ， 并 逐 步 用 于 在 线 过 程 分 析 。 汽 油 测 定 方 在 面 ， 红 外 光 谱 分 析 测 定 仪 器 需 要 检 测 的 近 项 目包 括 催 化 裂 化 、 化 重 整 以 及 烷 基 化 催 汽 油 等 组 分 汽 油 和 成 品汽 油 ， 及 乙 醇 汽 以 油 中的 乙醇 、 甲醇 水 分 等成 分 的含 量 。 柴 在 油方面 ， 主要 测 定 的 项 目包 括 直 馏 、 氢 、 加 催 化 裂化 和 成 品 柴 油 等 。 目前 ， 国 已经 在 我 多 套 汽 油调 和 系统 和 重 整 装 置 安装 了在 线 近 红 外 光谱 分 析 仪 器 ， 红 外 光 谱 分 析 仪 近 器 将 在 石 化 工业 中得 到 更 迅 猛 的 发 展 。
简述近代红外光谱的发展及应用
简述近代红外光谱的发展及应用根据课堂的初步了解可知，自从1946年贝尔德首先研制成功双光束红外分光光度计以来，仪器的性能和结构不断地得到改进。
20世纪60年代以后，分光元件从棱镜发展到光栅，近年来激光、电子计算机、傅里叶变换等技术在红外分光光度计上的应用，使仪器的性能有了重大变化，且联用技术的出现和发展，标志着红外光谱的理论研究和实际应用已经进入一个崭新的阶段。
在原子吸收光谱的研究中，根据物质分子对红外辐射的特征吸收，可以由各个官能团对特定波长的吸收得到红外光谱，其根本的原理是由分子振动能级的跃迁产生的，因为同时伴随有分子中转动能级的跃迁，故又称振转光谱。
随着科技的发展，红外光谱技术也在日新月异的变换之中。
其中较为突出的有红外反射技术、红外光声光谱技术、红外显微成像技术、时间分辨红外光谱技术及二维红外相关谱技术等。
近红外和远红外光谱和拉曼光谱的发展，大大扩展了红外技术的应用范围。
以下就傅里叶变换近红外光谱技术做详细叙述。
近红外(Near Infrared简称NIR)光是介于可见光（VIS）和中红外光(MIR)之间的电磁波，ASTM将近红外谱区定义为780nm-2526nm。
20世纪50年代后期，由于计算机技术和化学计量学的发展，近红外光谱分析技术得到了逐步发展，20世纪80年代至今，近红外技术的发展呈现出加速发展的趋势。
我国在七八十年代有着两次深刻的教训，当时引进大批近红外仪器，由于受当时硬件、软件技术的限制、缺少强有力的技术支持以及对近红外分析原理认识不完全等因素的影响，大量设备没有得到很好地应用，1995年以前，人们对近红外有些“谈虎色变”的感觉，中国近红外应用的发展一度陷入“低谷”。
国际上，1993年将现代傅立叶变换技术在近红外技术中的成功应用和化学计量学软件的不断成熟是近红外技术发展的一次大飞跃，加之国内近红外技术力量的不断壮大和人们的认知程度不断提高，同时有许多新引进的仪器得到应用。
20世纪90年代后期，我国的近红外技术逐步“升温”，并逐步向许多领域快速推广应用。
红外光谱仪的发展
最佳答案在过去的50多年里，近红外光谱仪经历了如下几个发展阶段：★第一台近红外光谱仪的分光系统（50年代后期）是滤光片分光系统，测量样品必须预先干燥，使其水分含量小于15%，然后样品经磨碎，使其粒径小于1毫米，并装样品池。
此类仪器只能在单一或少数几个波长下测定（非连续波长），灵活性差，而且波长稳定性、重现性差，如样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差！“滤光片”被称为第一代分光技术。
★70年代中期至80年代，光栅扫描分光系统开始应用，但存在以下不足：扫描速度慢、波长重现性差，内部移动部件多。
此类仪器最大的弱点是光栅或反光镜的机械轴长时间连续使用容易磨损，影响波长的精度和重现性，不适合作为过程分析仪器使用。
“光栅”被称为第二代分光技术。
★80年代中后期至90年代中前期，应用“傅立叶变换”分光系统，但是由于干涉计中动镜的存在，仪器的在线可靠性受到限制，特别是对仪器的使用和放置环境有严格要求，比如室温、湿度、杂散光、震动等。
“傅立叶变换”被称为第三代分光技术。
★90年代中期，开始有了应用二极管阵列技术的近红外光谱仪，这种近红外光谱仪采用固定光栅扫描方式，仪器的波长范围和分辨率有限，波长通常不超过1750nm。
由于该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频，样品的摩尔吸收系数较低，因而需要的光程往往较长。
“二极管阵列”被称为第四代分光技术。
★90年代末，来自航天技术的“声光可调滤光器”（缩写为AOTF）技术的问世，被认为是“90年代近红外光谱仪最突出的进展”，AOTF是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件，与通常的单色器相比，采用声光调制即通过超声射频的变化实现光谱扫描，光学系统无移动性部件，波长切换快、重现性好，程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性，尤其是外部防尘和内置的温、湿度集成控制装置，大大提高了仪器的环境适应性，加之全固态集成设计产生优异的避震性能，使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来越广泛的应用。
近红外光谱仪器的发展现状
电子知识现代近红外光谱仪器从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换和声光可调滤光器(AOTF)四种类型。
光栅色散型仪器根据使用检测器的差异又分为扫描式和固定光路两种。
在各种类型仪器中，光栅扫描式是最常用的仪器类型，采用全息光栅分光、PbS 或其他光敏元件作检测器，具有较高的信噪比。
由于仪器中的可动部件(如光栅轴)在连续高强度的运行中可能存在磨损问题，从而影响光谱采集的可靠性，不太合适于在线分析。
傅立叶变换近红外光谱仪是目前近红外光谱仪器的主导产品，具有较高的分辨率和扫描速度，这类仪器的弱点同样是干涉仪中存在移动部件，且需要较严格的工作环境。
AOTF 是90年代初出现的一类新型分光器件，采用双折射晶体，通过改变频率来调节扫描的波长，整个仪器系统无移动部件，扫描速度快，具有较好的仪器稳定性，特别适合在线分析。
但目前这类仪器的分辨率相对较低，AOTF 的价格也较高。
随着多通道检测器件生产技术的日趋成熟，采用固定光路、光栅分光、多通道检测器构成的NIR 仪器，以其性能稳定、扫描速度快、分辨率高、性能价格比好等特点正越来越引起人们的重视。
在与固定光路相匹配的多通道检测器中，常用的有二极管阵列(Photodiode-array 简称PDA)和电荷耦合器件(Charge Coupled Devices 简称CCD)两种类型。
国外NIR 光谱仪发展状况：国外便携式近红外光谱仪的研制工作开展的较早，技术也比较成熟。
从厂家的网上材料看，NIR 仪器不断向小型化、固态化、模块化和快速实时方向发展。
其中典型的有美国的ASD公司的可见/近红外便携式光谱分析仪Labspec Pro 系列，可选择光谱测量范围1000-1800nm、1000-2500nm、350-2500nm，光纤探头，并配以用于化学计量学模型编程的Unscrambler 标准软件。
澳大利亚Integrated Spectronics Pty Ltd 的PIMA (Portable Infrared Mineral Analyzer)是典型的便携式野外岩石矿物NIR 分析仪器。
近红外光谱分析仪器的应用与发展
器 分 类并 且按 照 分 类例 举 了几 个知 名 厂 商 的仪 器 ， 最后探 讨 了近 红 外 光谱 分析 仪 器 的 实
现方式以及典型用途 ， 为希望 了解近红外光谱分析仪器的同仁提供 了较为详细的资料 。 关键词 近红外 Ｎ Ｒ 近红外光谱分析仪 器 Ｉ 化学计量学
器 的应 用 要求 光 谱仪 器 、光谱 数 据 关联 和处 理软 件 以及 应 用样 品模 型要 紧密 结合 为 一 体 ，任 何 一个 应
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近红外光谱分 析仪 器的应 用与发展
孙宏 伟
（ 京 普 析通 用 仪 器有 限责任 公 司 北 京 北 摘 要
１０ ８ ） ０ ３ ０
本 文 简要 介 绍 了近 红 外光 谱 分析 仪 器 的发 展 简史 ， 术原 理 和特 点 ， 本 的仪 技 基
的研 究 开 发 阶 段 。 近 红振 动 的倍 频 和 合频 信 息 ，它 常 常 由结 构 轻 的含 氢 基
因（ — Ｎ Ｈ， 一 ） Ｃ Ｈ， — ０ Ｈ 的倍 频 和合 频 重叠 主导 着 ， 以 所
在 近红 外 光谱 范 围 内 ，测量 的主要 是 含 氢 基 因振 动
这 些 仪 器 ， 主 要 原 因是 ： 先 ， 红 外 光 谱 分 析 仪 其 首 近
２６
的倍 频 和合 频 吸 收 。 近 红外 光 谱 分析 仪 器 的测 试 基 于 ：待 测 量 的数 据（ 如 物 质组 成 和 各 种 物 化性 质） 近 红 外 光谱 都 例 和 是取 决 于样 品的组 成 和 结构 。通 过组 成 和结 构这 一 本 质 内因 ，在 被 测量 数 据 和近 红 外 光谱 之 间 就 可 以
较 大 的差 异 ， 因此 ， 口的应 用 模 型 一 般不 适 合 分析 进
近红外光谱仪国内外现状与展望
（２ ０ ｍ 处 为 ０ ０ ５ ｍ） ０ ０ ６ｃ （ Ｏ次 测 量 １５ ｎ ． ０ ｎ 和 ． ０ ｍ １
机械 转动双动 镜干 涉仪和“ 绝对 标准 化仪 器” ａ ｓ — （ ｂ ｏ
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２ ７ 第４ ０ 年 期 ０
分 析 仪 器
近红 外光 谱 仪 国 内外 现 状 与展 望
褚小 立 王艳 斌 陆婉 珍
（ 油 化 工 科 学研 究 院 ，北 京 ， ０ ０ ３ 石 １０８）
摘
要
一 齐 综一 述一 带
介 绍 了 国 内外 近 红 外 光 谱 仪 的现 状 ， 括 生 产 厂 家 、 器 类 型 、 包 仪 主要 技 术 指 标 和 仪 器 性 能 以及 测 量 附
第 一 台商 品化 近 红 外 反 射 分析 光 谱 仪 。８ ０年 代 中 后期 ， Ｒ光 谱 仪 的研 究 和 应 用 日趋 活 跃 ， 仪 器 ＮＩ 各 厂家也 开始批 量生 产各种 不 同分光方 式及 不 同用 途 的 ＮＩ Ｒ仪 器 。至 今 ， Ｒ光 谱 仪 的 发 展 已 走 过 ５ ＮＩ ０ 多 年的历程 ， 间仪器 的设 计方 式 、 能和测 量方 法 其 性 发生 了很 大 的变化 ， 要技 术 指标 有 了很 大 的提 高 主
２ 国外 仪 器 现 状
２ １ 生产 厂 商及仪器 类型 ．
目前 ， 国外 知 名 近 红外 光 谱 仪 生 产商 有 Ｔ ｅ— ｈｒ
ｍｏ１ ＡＢＢ ＦＯＳＳ、 Ｐｅ ｋｉ Ｅｌ ｒ Ｂｒ ｋｅ ＡＳＤ ｒ ｎ ｍｅ １ ｕ ｒ
近红外光谱分析技术发展和应用现状
摘 要 近红外光谱是目前国际公认的最有应用价值的分析技术之一，它在国民经济中日益发挥着越来越重要的作用。
本文主要介绍近5年国内外近红外光谱分析技术的发展及应用现状，并对我国在这一技术方向的研发提出建议。
关键词 近红外光谱 化学计量学 在线分析 快速分析 现场分析Abstract Near infrared spectroscopy (NIR) has been recognized as one of the most valu-able application technologies, which is playing more and more important roles in national economy. In this paper, the research and application status of near infrared spectroscopy analytical technology in the past five years both home and abroad are introduced, and the NIR research and development suggestions for our country are proposed in detail. Key words Near infrared spectroscopy Chemometrics On-line analysis Rapid analysis On-site analysis近红外光谱分析技术发展和应用现状The research and application status of near infrared spectroscopy analytical technology引 言 从1800年英国科学家赫歇耳（W Herschel ）发现近红外光，到1881年英国天文学家阿布尼（W Abney ）和E R Festing 用Hilger 光谱仪拍摄下48个有机液体的近红外吸收光谱（700~1100nm ），发现近红外光谱区（NIR ）的吸收谱带均与含氢基团有关，到1968年美国农业部的工程师K Norris 博士将近红外光谱用于农产品的快速分析，到1974年瑞典化学家S Wold 和美国华盛顿大学的B R Kowalski 教授创建化学计量学学科（Chemometris ），唤醒现代近红外光谱技术这个沉睡的分析“巨人”，到上世纪80年代末光纤在光谱中的应用，推动在线近红外光谱技术的应用和发展，到本世纪之初微机电系统（MEMS ）技术使NIR 仪器越来越小型化，到近些年近红外光谱化学成像（NIR Chemical Imaging ）技术的兴起和应用，现代近红外光谱分析技术走过200余年的发展历程，近红外光谱从光谱中的垃圾箱（因其宽且重叠严重的谱带而无法通过传统方法进行分析应用），发展成为当前很多领域不可或缺的一种分析手段[1~7]。
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第27卷,第10期 光谱学与光谱分析Vol .27,No .10,pp2022-20262007年10月 Spectro sco py and Spectr al Analy sisO cto be r ,2007 近红外光谱分析仪器的发展概况齐 晓,韩建国＊,李曼莉中国农业大学草地研究所,北京市重点实验室,北京 100094摘 要 近红外光谱分析技术被誉为分析化学领域的“巨人”,已成为发展最快、最引人注目的光谱分析技术之一。
在国外,定性、定量分析所使用的近红外光谱分析仪器已走过了50年的发展历程,并且在不断完善的过程当中;我国的近红外光谱仪器的研制仅仅历经20年的时间,虽然处在起步阶段,但近几年的研究成果还是十分显著的。
随着科技的进步,高性能的近红外光谱分析仪器层出不穷。
文章就近红外光谱分析仪器从诞生至今的发展史及包括滤光片型、傅里叶变换型、声光可调滤光型等类型在内的五种近红外光谱分析仪的工作原理、特点作了较为详细的评述,并列举了当今国内外主要的近红外光谱分析仪制造商的主流产品。
最后,作者展望了近红外光谱分析仪器的发展前景。
关键词 近红外光谱;分析仪器;进展中图分类号:T H744.4 文献标识码:A 文章编号:1000-0593(2007)10-2022-05 收稿日期:2006-06-05,修订日期:2006-10-20 基金项目:国家科技攻关课题(2004BA528B01),北京市教育委员会共建项目(XK100190552)和草业科学实验室(JD100190531)资助 作者简介:齐 晓,1982年生,中国农业大学草业科学专业在读硕士研究生 ＊通讯联系人 e -mail :g rass lab @public3.b ta .net .cn1 近红外光谱仪器发展概况 红外线是英国科学家William 于1800年发现的,当时被称为热线。
虽然从发现至今,已有200多年的历史,但第一台实验用红外光谱分析设备的出现时间已经到了20世纪30年代。
第二次世界大战的爆发推动了红外分析技术的兴起。
战争期间,人们利用红外技术分析橡胶和石油产品品质。
第一台商用红外光谱仪诞生于20世纪40年代,随之而来的便是红外光谱分析技术的快速发展阶段[1]。
红外光谱可分为近红外(780～2500nm )、中红外(2500～25000nm )和远红外(25000～1000000nm )3个谱区[2]。
红外光谱分析最初集中在对中红外谱区信息的利用,大多数学者认为近红外谱区的信息可利用性不大,因此近红外谱区曾被称为“被遗忘的谱区”[1,3]。
最早的近红外光谱仪器是一台摄谱仪,大约在20世纪初,人们采用摄谱的方法首先获得了有机化合物的近红外光谱,并对有关基团的光谱特征进行了解析,预示近红外光谱可能作为一种新的分析技术得到应用[4]。
随着检测器制造技术的发展(尤其出现了以P bS 为光敏材料的检测器)和高性能计算机的问世,近红外光谱分析技术越来越多地吸引了学者们的兴趣。
在很大程度上讲,近红外光谱仪器的可利用性取决于制造时所使用的材料。
一台近红外光谱仪是由很多具有不同特性的材料所制成的部件构成的,而同一个部件对不同波长的光的物理学反应也是非线性的。
例如,反射镜无法以相同的方式反射不同波长的光。
然而,大多数非线性因素可以靠强大的数学算法剔除掉,这为近红外光谱分析技术的发展提供了可能[1]。
20世纪50年代中期,K aye 首先研制出透射式近红外光谱仪器[5,6],一些厂家也相继开始研发近红外光谱仪器,但出于商业品利益的考虑,早期近红外光谱仪器都是采用紫外/可见光(UV /Vis )光谱仪,再配上适当的近红外检测器扩展而成的。
这类仪器因噪声高,数据处理系统不完善,很难满足近红外分析要求。
20世纪60年代,No rris 的研究工作极大地推动了近红外光谱仪器的发展。
1970年,美国伊利诺斯州农业部在全美招标制造用于测定大豆中水分、蛋白和脂肪含量的近红外光谱仪器,这些仪器的设计原理都由N o rris 提供。
1971年,中标公司之一———Dickey -Jo hn 公司生产了第一台商用近红外光谱仪器(该仪器于1973年10月获得美国专利,专利号为3776642)。
不久,另一个中标厂家N eo tec 公司也生产出三个滤光片的近红外谷物分析仪。
1975年,Dickey -John 公司和Technicon 公司合作生产了一台近红外光谱分析仪I nfr a A n -aly ze r 2.5型,Neo tec 公司也开发了Neo tec 31EL 型。
这时的仪器具有温度补偿功能,同时密封的光学部件增加了仪器的稳定性[7]。
20世纪70年代末80年代初,由于应用了微处理器,近红外光谱仪器在性能上有了很大的提高,仪器的稳定性和测量的精确度大为改善,功能也加强了,仪器有自诊断系统,偏差自动校正系统,并用微处理器实现数据处理、存储、打印,使用非常方便。
当时的代表产品有Dickey-John公司的G A CⅢ型,T echnicon公司的Infra A nalyzer400型和Neo tec 公司的N eotec101型[7]。
20世纪80年代中后期,近红外光谱分析技术的研究和应用日趋活跃,各厂家也竞相研制专用的近红外光谱仪,出现了高分辨率的傅里叶变换近红外光谱仪器,同时,光栅型近红外光谱仪器的性能也有了很大的提高。
竞争使各种新技术不断涌现,也使仪器的性能不断完善,这时近红外光谱仪器已经完全成熟,近红外光谱分析技术迅速得到推广应用[7-9]。
进入20世纪90年代,声光可调滤光型近红外光谱仪器出现,多通道检测器的性能得以提高,仪器价格降了下来。
这些都促使了多通道型近红外光谱仪器的大量研制开发,使之成为了近红外光谱仪器家族的新成员。
同时,随着光纤技术的发展,光纤探头在近红外测样技术中得到了广泛应用,它使近红外光谱采集更加便利,光纤的远距离传输使近红外光谱仪器广泛地用于在线过程分析中。
现在的近红外光谱仪已具有较高的信噪比、波长精度和分辨率,各种仪器附件可以很方便地对不同环境下不同物态的样品进行分析。
除此之外,随着化学计量学技术的发展,功能强大的光谱数据处理软件已使用户可以方便地进行定性和定量分析[7-9]。
现代近红外光谱分析技术日趋成熟,已成为发展最快、最引人注目的光谱分析技术之一[8]。
2000年,在美国路易斯安纳州的滨海城市新奥尔良召开的匹兹堡会议(PI T T CO N 2000)上,近红外光谱法是所有光谱法中最受重视的一类方法,直接与其有关的分会多达11个,这还不包括一般红外光谱和一些其他技术上的分会中应用近红外光谱法的情况。
我国在20世纪80年代初就进行了近红外光谱技术的应用研究,但对近红外光谱仪器的研制起步较晚,大约在20世纪90年代中后期,通过一些厂家和科研单位的积极努力,在近红外光谱仪器的研制、软件开发方面取得了一定的成绩。
例如,北京北分瑞利分析仪器有限责任公司研制生产了傅里叶型近红外光谱仪[10];石油化工科学研究院与北京第二光学仪器厂联合研制了傅里叶变换近红外辛烷值分析仪[11];石油化工科学研究院自行研制了采用电荷耦合检测器(CCD)的多通道近红外光谱仪器(专利申请号为96218361.X)[12]及石油生产在线分析用光栅扫描型近红外光谱仪[13];中国农业大学研制了滤光片型漫透射近红外谷物品质分析仪[14];天大光谱公司研制了声光可调滤光型(A O T F)近红外乳品成分快速分析仪M IL K2001型[7],等。
2005年6月,由中国农业大学信息与电气工程学院承担的“十五”科技攻关课题“专用近红外光谱仪的研制与开发”顺利通过了科技部专家组的中期检查。
课题内容包括对“液态中药样品在线近红外分析仪”、“中药专用近红外分析系统”、“短波近红外粮食食品应用分析仪”、“近红外聚丙烯专用分析仪”等的研制及配套软件的开发。
其中,“连续波长液态中药样品近红外分析仪”和“短波近红外粮食食品应用分析仪”的实用样机已经研制完成,“聚丙烯专用分析仪”样机也已进入加工阶段。
2 近红外光谱仪器的主要类型及进展 近红外光谱仪器的基本结构与一般光谱仪器一样,都是由光源系统、分光系统、样品室、检测器、控制和数据处理系统及记录显示系统组成。
根据光的分光方式,近红外光谱仪可分为滤光片型、色散型(光栅、棱镜)、傅里叶变换型(FT)、声光可调滤光型(A O T F)和固定光路多通道检测型等五种类型。
以下就各类仪器的特点和发展情况做一简单的介绍。
表1列出了二十几个生产厂家的近红外光谱仪器的主要技术指标,但由于近年来国际上各公司合并严重,很多公司的名称已发生变化,如Bo men已并入A BB,N ico let也已改为T he rmo N ico let,Fo ss和NI RSy stem也已合并。
2.1 滤光片型近红外光谱仪滤光片型近红外光谱仪可分为波长固定滤光片和波长可扫描滤光片两种形式。
而用得较多的是波长固定滤光片型,它又可分为滤光片固定不动设计方式和通过旋转滤光片架切换波长设计方式。
固定滤光片型光谱仪是光谱仪器的最早设计形式[9]。
这类仪器工作过程是:由光源发出的光经滤光片得到一定带宽的单色光,通过与样品作用后由检测器检测。
该类仪器的特点是设计简单、成本低、光通量大、信号记录快、坚固耐用;且可根据需要在固定几个波长下进行测量,灵活方便;但这类仪器单色光的带宽较宽,波长分辨率差,如遇样品基体或温湿变化较大,往往会引起较大的测量误差,需要完善的校正系统,且所选滤光片的波长也需通过扫描型仪器对样品的全谱扫描分析才能确定。
第一台商用近红外光谱仪器就是在1971年由Dickey-John公司生产的、使用了6个固定波长滤光片的滤光片型近红外光谱仪。
随着滤光片性能的提高和校正技术发展,这类仪器已广泛用于专用或便携式仪器上,也是近红外光谱技术普及应用的重要发展方向。
2.2 色散型近红外光谱仪近红外光谱仪器的光路系统与紫外-可见光谱仪器的设计基本相同,厂家出于商业利益的考虑,早期近红外测试都是在紫外-可见光谱仪器上的延伸,配上适当的近红外检测器,即形成紫外-可见-近红外分光光度计[7,9]。
如Cary-2300 (V arian公司)型,Lambda-9(P erkin-Elamer)型,上海分析仪器厂的710型紫外-可见-近红外分光光度计。
现在这种设计方式仍被广泛采用,如北京普析通用公司的T U-1800系列;日立公司的U-4100系列。
在这些仪器中,近红外谱区的光源与可见区共用钨灯,单色器采用谱区扩展的光栅和棱镜系统,仅是检测器不同———可见光区采用光电倍增管;近红外谱区采用PbS或硅基检测器(一般在近红外长波区域采用以P bS为光敏元件的检测器,在短波区域采用以硅基为光敏元件的检测器)[9],由继电器或步进电机与谱区同步切换检测器[7]。