近红外光谱分析仪
近红外光谱分析仪的组成
近红外光谱分析仪的组成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、声光可调滤光器和阵列检测五种类型。
滤光片型主要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。
由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系的样品。
光栅扫描式具有较高的信噪比和分辨率。
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，不太适合于在线分析。
傅立叶变换近红外光谱仪是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性部件，且需要较严格的工作环境。
声光可调滤光器是采用双折射晶体，通过改变射频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。
但目前这类仪器的分辨率相对较低，价格也较高。
随着阵列检测器件生产技术的日趋成熟，采用固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的NIR仪器，以其性能稳定、扫描速度快、分辨率高、信噪比高以及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阵列检测器中，常用的有电荷耦合器件（CCD）和二极管阵列（PDA）两种类型，其中Si 基CCD多用于近红外短波区域的光谱仪，InGaAs基PDA检测器则用于长波近红外区域。
近红外光谱仪器的主要性能指标在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。
对一台近红外光谱仪器进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。
1、仪器的波长范围对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效的光谱范围，光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。
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的长波近红外光谱区域。
2、光谱的分辨率光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像素有关。
分光系统的光谱带宽越窄，其分辨率越高，对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的设计有关。
近红外光谱分析仪的组成
近红外光谱分析仪的组成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、声光可调滤光器和阵列检测五种类型。
滤光片型主要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。
由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系的样品。
光栅扫描式具有较高的信噪比和分辨率。
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，不太适合于在线分析。
傅立叶变换近红外光谱仪是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性部件，且需要较严格的工作环境。
声光可调滤光器是采用双折射晶体，通过改变射频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。
但目前这类仪器的分辨率相对较低，价格也较高。
随着阵列检测器件生产技术的日趋成熟，采用固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的NIR仪器，以其性能稳定、扫描速度快、分辨率高、信噪比高以及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阵列检测器中，常用的有电荷耦合器件（CCD）和二极管阵列（PDA）两种类型，其中Si 基CCD多用于近红外短波区域的光谱仪，InGaAs基PDA检测器则用于长波近红外区域。
近红外光谱仪器的主要性能指标在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。
对一台近红外光谱仪器进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。
1、仪器的波长范围对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效的光谱范围，光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。
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的长波近红外光谱区域。
2、光谱的分辨率光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像素有关。
分光系统的光谱带宽越窄，其分辨率越高，对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的设计有关。
光谱仪近红外
光谱仪近红外指的是一类光谱仪器，用于检测和分析近红外波段的光谱信息。
近红外波段通常包括700纳米到2500纳米的范围。
近红外光谱仪通过测量物质在近红外光波段的吸收、散射或透射等特性，获取样品的光谱数据，并进一步分析和解释。
近红外光谱具有许多应用领域，包括但不限于以下几个方面：
1.化学分析：近红外光谱仪可以用于化学成分分析、质量控制、反应动力学等方面的研究。
通过检测样品在近红外波段的吸收特性，可以识别和定量分析化合物的种类和含量。
2.农业和食品领域：近红外光谱仪可用于农作物和食品品质的分析。
例如，可以通过近红外光谱技术判断水果的成熟度、检测农产品中的营养成分、预测食品的新鲜度等。
3.药物和生物医学研究：近红外光谱可用于医药领域的药物分析和生物医学研究。
例如，可以通过近红外光谱检测药物的纯度、质量等；同时，在生物医学研究中，近红外光谱被用作非侵入性的、实时的生物体监测工具。
4.环境监测：近红外光谱仪可以用于水质、空气质量、土壤污染等环境领域的监测和分析，帮助评估环境中的污染物含量和类型。
近红外光谱仪的使用使得对物质的分析更加简便、高效、准确，广泛应用于科学研究、工业生产、环境监测等领域。
近红外光谱分析仪
图2 滤光片近红外光谱分析仪光路图近红外光谱分析仪现代近红外光谱分析技术始于上世纪80年代末，90年代初，至今已有20余年的快速发展，该分析技术日臻成熟，已经在各个领域中发挥了巨大作用。
近红外光谱分析技术具有分析速度快、同时测量多种性质、测量精度高、操作简单、仪器种类多的特点，适合化验室、在线和现场便携等使用。
近红外光谱测量方式可归结为：透射，漫反射和衰减全反射，如图1所示。
（a ）透射 （b ）漫反射 （c ）ATR图1 近红外光谱测量方式1 常见近红外分析仪器产品种类近红外分析仪器是光谱仪器，在结构上，与紫外-可见分光光度计、红外光谱仪类似，具有光源、分光、检测和电路控制等单元。
根据分光方式，近红外光谱仪器可划分为滤光片近红外分析仪、光电发光二极管近红外分析仪、光栅扫描近红外光谱仪、傅里叶近红外光谱仪、阵列检测近红外光谱仪、声光过滤调制近红外光谱仪和MEMS 近红外光谱仪。
按照仪器用途和功能，近红外光谱仪器可分为便携近红外分析仪、实验室台式近红外光谱仪、在线近红外光谱仪以及专用分析仪。
这些光谱仪器的分光原理和功能具有显著不同，在结构、性能和用途上差别很大。
1.1 滤光片近红外分析仪光源发出的复合光中部分窄波段光通过滤光片。
不同的滤光片可提供系列窄波段，通常多达8~9种滤光片。
这类仪器结构相对简单（如图2所示），成本低，适合用于便携和专用分析仪。
虽然光谱分辨率低，但对很多应用如水分分析等，可以满足常规分析要求。
如同其他类型的近红外光谱仪，这类仪器对温度要求也非常苛刻。
1.2 光栅扫描近红外光谱仪图3 光栅扫描近红外光谱仪光路示意这是最为经典的光谱仪器，如图3所示，通过单色器（一般为光栅）将复合光色散为单色光，各单色光通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，通过样品，到达检测器检测。
这类仪器的光谱范围取决于选用的光栅和检测器，可以是短波（700~1100nm，硅检测器）或是长波（1100~2500nm，硫化铅，或砷镓铟）。
「近红外光谱仪的性能指标」
「近红外光谱仪的性能指标」近红外光谱仪是一种用于分析样品中化学成分和结构的重要仪器。
它利用近红外区的电磁波与样品相互作用，通过分析吸收、散射或透射的光波，获得样品的光谱信息。
近红外光谱仪的性能指标对于其使用效果和应用范围起到至关重要的作用。
本文将对近红外光谱仪的几个主要性能指标进行分析。
第一个性能指标是光谱分辨率。
在光谱仪中，光通过光栅或其他色散元件分散后，被检测器接收。
光谱分辨率是光谱仪能够分辨出两条光谱线之间最小的波长差。
分辨率越高，就能够分辨出更细微的差异。
在近红外光谱分析中，许多化学物质的结构和组成变化可能非常微小，因此需要高分辨率的光谱仪才能够准确分析。
第二个性能指标是光谱范围。
光谱范围是光谱仪能够测量的光的波长范围。
多数近红外光谱仪的波长范围为800-2500纳米。
这个波长范围非常适合分析各种化学物质，在近红外区域，很多化学键的振动具有特异性，因此不同结构的化合物会在该区域显示不同的红外光谱特征。
光谱范围越宽，就能够测量到更多的光谱信息。
第三个性能指标是信噪比。
信噪比是测量仪器的信号强度和背景噪声水平之比。
在近红外光谱测量中，样品发出的信号往往非常微弱，需要通过放大和处理才能得到可靠的光谱信息。
因此，光谱仪需要有较高的信噪比，以保证测量结果的准确性和重复性。
信噪比越高，测量结果越可靠。
第四个性能指标是采样速度。
近红外光谱仪的采样速度是指仪器每秒钟能够进行的光谱测量次数。
采样速度的快慢决定了仪器在特定时间内可以测量多少个样品。
对于一些需要高通量分析的应用，如制药和农业领域中的质量控制，较高的采样速度是非常重要的。
最后一个性能指标是仪器的稳定性和重复性。
仪器的稳定性指的是仪器对温度和湿度变化等环境因素的敏感程度。
稳定性越高，仪器在不同的环境条件下测量结果的差异越小。
重复性是指在相同条件下，仪器对同一样品进行多次测量所得结果的一致性。
稳定性和重复性都对于仪器的可靠性和精确性至关重要。
总结起来，近红外光谱仪的性能指标对于其在化学分析中的应用起到重要作用。
近红外光谱分析仪安全操作及保养规程
近红外光谱分析仪安全操作及保养规程一、安全操作指南1.1 环境设置近红外光谱分析仪分析需要在良好的环境下进行，环境应保持相对稳定，无影响实验的干扰因素。
具体如下：1.清洁环境：室温应控制在20℃，相对湿度不超过60%。
实验者应保持干净的工作服，手套和鞋套，并保持工作区域的干净和整洁。
2.静电环境：近红外光谱分析仪对静电敏感，故使用前应充分排除静电干扰，具体方法为在使用前对所有的电气和机械设备进行接地。
1.2 安全操作规范1.仪器操作前请认真阅读使用说明书，了解仪器的基本原理及操作方法，确保能独立进行操作。
如有问题须咨询相关技术人员。
2.操作前，请检查仪器各部位均已妥善连接，检查设备、配件是否完整、正确，并确认紫外灯光源是否正确安装。
3.操作过程中，应严格遵守仪器工作规范，避免在操作过程中接触、触碰或拍打设备或仪器，保证实验操作的安全性。
4.操作完成后，应关闭设备电源，先从样品盒或光学活塞槽位中取出样品，再清理室内所有垃圾和样品。
清理过程中应戴手套并注意防护。
1.3 操作时的注意事项1.操作人员应戴防护眼镜以保护眼睛，防止辐射损伤。
2.舌板的温度要足够高，以保证分析精度和实验重复性，但过高的温度会导致样品组分分解、挥发等状况产生，对实验误差产生很大影响。
3.在连接仪器时，具体管路的连接方向与接头，应与图示要求一致，以免对机组产生损伤和故障。
4.当设备遇到突发情况时，应立即停机，关闭电源，并通知技术人员，以免伤害操作人员和机器设备的安全。
二、保养维护规程2.1 日常维护1.经常检查近红外光谱分析仪功能型零部件，如端口、电缆、紫外灯，确保正常运行，并保持其干净。
2.每天清洁设备内部各部分，有机溶剂可以使用酒精或加热沸腾水进行清洗消毒。
2.2 周期性维护1.每月定期对设备进行维护保养，并清理灰尘、松散物质及其他易积累的污垢。
2.每季度对仪器进行一次校准，以保证分析精度和实验重复性。
3.每半年对设备内部进行检修处理，检验传动系统的灵敏度和可靠性，并确保零部件的组装完整性、密封性和机械性能的稳定性。
近红外光谱分析原理
近红外光谱分析原理近红外光谱分析是一种常用的无损检测技术，通过测量样品在近红外光波段的吸收和反射特性，来分析和鉴定物质的成分和性质。
本文将详细介绍近红外光谱分析的原理及其应用。
一、原理概述近红外光波长范围通常被定义为从780纳米到2500纳米，相对于可见光波长而言，在这一范围内物质对光的吸收较小。
近红外光谱分析利用了样品在这一波长范围内的吸收特性，通过测量样品对不同波长光的吸收程度来确定样品的成分和性质。
二、光谱仪构成近红外光谱仪通常由光源、样品接口、分光器、检测器和数据处理系统等组成。
光源产生近红外光，样品接口将光传递到样品上，并接收样品反射或透射的光信号。
分光器将光信号按照波长进行分离，并送入检测器进行信号检测。
最后，数据处理系统对检测到的光谱信号进行处理和分析。
三、样品制备近红外光谱分析的样品制备通常较为简单，大部分样品可以直接使用而无需特殊处理。
对于液体样品，可以直接放入透明的试剂盒或玻璃杯中进行测量；对于固体样品，通常需研磨成粉末或制备成透明的薄片，以确保光线可以透过样品进行测量。
四、光谱采集与分析光谱采集是近红外光谱分析的核心步骤，通过扫描一定波长范围内的光信号，得到样品在每个波长下的吸收光谱。
光谱分析可以通过两种方式进行：定性分析和定量分析。
定性分析通过与已知光谱库进行比对，判断样品的成分和特征。
光谱库中包含了不同物质的已知光谱特征，在采集到的光谱与光谱库进行匹配后，可以确定样品中是否含有特定物质。
定量分析则是通过建立样品的光谱特征与样品成分之间的数学模型，来估计或测定样品中的化学成分含量。
通常使用统计学方法和化学计量学模型进行定量分析。
五、应用领域近红外光谱分析在许多领域中得到广泛的应用。
例如，在农业中，可以通过近红外光谱分析检测农产品中的水分、蛋白质、糖分等成分，用于判断产品的质量和品种；在药品制造中，可以利用近红外光谱分析检测药品中的有效成分含量，用于质量控制；在环境监测中，可以通过近红外光谱分析检测土壤和水体中的污染物含量，用于环境保护等。
近红外光谱仪的结构性原理分析 光谱仪工作原理
近红外光谱仪的结构性原理分析光谱仪工作原理近红外光谱分析仪是利用气体或液体对红外线进行选择性吸取的原理制成的一种分析仪表，它具有灵敏度高反应速度快分析范围宽选择性好抗干扰本领强等特点，被广泛应用于石油化工冶金等工业生产中。
近红外光谱分析仪的光源是接受上下两个电极的方法，通上电流，电极之间就形成一个火花式光谱仪光源。
在这火花式光谱仪光源中，电极之间空气或其他气体一般处于大气压力。
因此放电是在充有气体的电极之间发生，是依靠电极间流过的电流使气体发光，是建立在气体放电的基础上。
低压火花以及控波型光谱分析仪光源是在电容电场作用下，接受掌控气氛中放电；火花光谱分析仪光源是在直流电场作用下，淡薄掌控气氛中放电；等离子体火花式光谱仪光源是在射频电磁场作用下掌控气氛中放电（电极之间的电压以及电流的关系不遵守欧姆定律的）。
光谱分析仪光源的作用是将待测元素变成气体状态，而后激发成光谱，依据该元素谱线强度转换成光电流，由计算机掌控的测光系统按谱线的强度换算成元素的含量。
光源作用的这种动态过程，就是将样品由固态变成气态，其中一部份元素激发而发射光谱，而这些气态的样品又不断地向四周扩散，分析间隙的气态样品也在不断更新，以求达到一个动态平衡，当火花光谱分析仪光源激发确定时间后，蒸气云中待测元素浓度增大，只有蒸气云中浓度充分大，才能得到大的光电信号。
近红外光谱分析仪是否稳定正常地运行，直接影响到仪器测定数据的好坏，假如气路中有水珠、机械杂物杂屑等都会造成气流不稳定，因此，对气体掌控系统要常常进行检查和维护。
首先要做试验，打开掌控系统的电源开关，使电磁阀处于工作状态，然后开启气瓶及减压阀，使气体压力指示在额定值上，然后关闭气瓶，察看减压阀上的压力表指针，应在几个小时内没有下降或下降很少，否则气路中有漏气现象，需要检查和排出。
近红外光谱分析仪保养工作做得好，就能够延长使用寿命，可以把工作做得更好。
光纤光谱仪功能光纤光谱仪是一种测量工具，紧要用于测量紫外、可见、近红外和红外波段光强的仪器，具有测量精准、精准明确度高、使用快捷、牢靠性好等优点。
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图2 滤光片近红外光谱分析仪光路图
近红外光谱分析仪
现代近红外光谱分析技术始于上世纪80年代末，90年代初，至今已有20余年的快速发展，该分析技术日臻成熟，已经在各个领域中发挥了巨大作用。
近红外光谱分析技术具有分析速度快、同时测量多种性质、测量精度高、操作简单、仪器种类多的特点，适合化验室、在线和现场便携等使用。
近红外光谱测量方式可归结为：透射，漫反射和衰减全反射，如图1所示。
（a ）透射 （b ）漫反射 （c ）ATR
图1 近红外光谱测量方式
1 常见近红外分析仪器产品种类
近红外分析仪器是光谱仪器，在结构上，与紫外-可见分光光度计、红外光谱仪类似，具有光源、分光、检测和电路控制等单元。
根据分光方式，近红外光谱仪器可划分为滤光片近红外分析仪、光电发光二极管近红外分析仪、光栅扫描近红外光谱仪、傅里叶近红外光谱仪、阵列
检测近红外光谱仪、声光过滤调制近红外光
谱仪和MEMS 近红外光谱仪。
按照仪器用途
和功能，近红外光谱仪器可分为便携近红外
分析仪、实验室台式近红外光谱仪、在线近
红外光谱仪以及专用分析仪。
这些光谱仪器
的分光原理和功能具有显著不同，在结构、
性能和用途上差别很大。
1.1 滤光片近红外分析仪
光源发出的复合光中部分窄波段光通过滤光片。
不同的滤光片可提供系列窄波段，通常多达8~9种滤光片。
这类仪器结构相对简单（如图2所示），
成本低，
适合用于便携和专用分析仪。
虽然光谱分辨率低，但对很多应用如水分分析等，可以满足常规分析要求。
如同其他类型的近红外光谱仪，这类仪器对温度要求也非常苛刻。
1.2 光栅扫描近红外光谱仪
图3 光栅扫描近红外光谱仪光路示意
这是最为经典的光谱仪器，如图3所示，通过单色器（一般为光栅）将复合光色散为单色光，各单色光通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，通过样品，到达检测器检测。
这类仪器的光谱范围取决于选用的光栅和检测器，可以是短波（700~1100nm，硅检测器）或是长波（1100~2500nm，硫化铅，或砷镓铟）。
现代扫描光谱仪采用波长编码技术，可以取得较快扫描速度（几张光谱/s）。
虽然在构造上如同紫外-可见光谱仪，但是对光谱的重复性和信噪比的要求却很高。
1.3 傅里叶近红外光谱仪
傅里叶近红外光谱仪采用光干涉原理将复合光分为单色光。
最为常用的是迈克尔逊干涉仪，如图4所示，从光源发出的复合光，通过分束器分为透射光束和反射光束，这两束光再分别经过定镜和动镜反射后，又汇合为一束光，随着动镜的位移，两束光之间存在着光程差，产生干涉现象，得到干涉图，通过傅立叶数学变换，将干涉图转变为光谱图。
由于无须光学狭缝，光通量很高，具有很高的信噪比。
采用He-Ne激光干涉图零点确定扫描波长，具有很高波长精度，扫描速度也很快。
光谱范围一般为1100~2500nm，分辨率高。
不同光谱仪的分辨率由干涉仪的光程差决定。
广泛用于实验室台式仪器。
图4 傅里叶近红外光谱仪光路示意和工作原理
1.4 阵列检测近红外光谱仪
与光栅扫描型光谱仪相比，这种仪器使用阵列检测（如CCD，PAD等）代替原来的单点检测器，光栅固定，光谱扫描不再依靠转动光栅实现，而是通过线阵检测器（几百至几千个检测单元）实现光谱扫描。
这种光谱仪具有无移动部件，扫描速度快（50张光谱/s）等优点。
1.5 声光过滤调制（AOTF）近红外光谱仪
通过AOTF调制器进行分光。
调制器由双折射晶体和超声波发射器组成，晶体的折射率随超声波频率而变化。
通过超声波扫描，可以实现通过双折射晶体的光的分光过程。
AOTF近红外光谱仪具有无移动部件，扫描速度快，通过改变射频强度弥补检测器在不同波段处响应强度不同的局限，而且它还可以对波段范围内的任意波长进行扫描。
可以将仪器做得很小，也很适合制造便携式仪器。
分辨率适中。
这类仪器对调制电路要求较高。
1.6 在线分析仪与专用分析仪
近红外光谱仪器除了实验室里常规配备的台式仪器外，在工业等领域，近红外光谱仪器更多为在线，专用和便携等形式。
在线近红外光谱分析技术早期用于水分测量，后来用于石化工业油品性质测量，近年来在制药工业应用发展迅速。
在线近红外可以分析液体和固体样品，测量方式大致分为如下几种方式：（1）光纤分布多流通池检测方式；（2）非光纤快速回路多路液体阀切换池检测方式；（3）光纤分布多检测器检测方式；（4）光纤分布多探头直插方式；（5）传送带固体非接触式检测方式。
2 近红外光谱分析仪的关键技术指标
2.1 仪器光谱测量稳定性
在近红外光谱仪器所有性能中，光谱测量稳定性是最重要的技术指标。
近红外光谱分析对光谱测量重现性要求远远高于对紫外和可见光谱的要求。
光谱测量稳定性测定：固定测量条件，连续测量的多张光谱（比如10张，可根据需要确定测量的光谱数目），计算每个波长的光谱强度的标准偏差，得到整个光谱范围内的标准偏差谱图。
考虑到仪器对电源，环境温度和湿度等各种因素抗干扰性，一般要连续开机，在不同时间分别测量标准偏差谱图。
通常要求光谱测量长期稳定性在选择的光谱范围内不大于4×10-3μm。
这里“长期”意味着常年。
只要满足上述光谱测量稳定性要求，作为近红外光谱分析就满足了基本性能要求，可以开展定性或定量工作。
2.2 波长准确性
对于近红外光谱分析技术推广，首先要解决模型传递的问题，即在一台建立的模型能在所有仪器上适用。
模型传递首先对近红外光谱仪器提出了非常高的技术要求。
所谓模型可以“传递”，意味着同一样品在不同仪器上测量的光谱“相同”。
要满足该要求，对硬件很多方面提出严格的限制，其中，最重要的是波长重复性。
通常由测量特殊光源谱线，标准光学片或有特征峰的纯化合物光谱进行计算。
近红外光谱分析技术指标有很多如光谱分辨率，光谱范围，测量附件，软件功能等等，可能对满足不同分析任务的具体要求都很重要，但是相比之下，光谱稳定性和波长准确性还是最重要的。