近红外分析仪的概述
近红外光谱分析的原理技术与应用
近红外光谱分析的原理技术与应用引言近红外光谱分析是一种非破坏性、快速、准确的分析技术，广泛应用于食品、医药、化妆品、环境监测等领域。
本文将介绍近红外光谱分析的原理、技术和应用。
近红外光谱分析的原理近红外光谱分析利用物质吸收或反射近红外光时产生的特征光谱来分析物质的成分和性质。
近红外光谱分析主要基于以下两个原理：1.分子振动吸收原理：物质中的化学键振动会引起近红外光的吸收，吸收峰的位置与化学键的特异性有关。
2.红外光与物质的相互作用原理：物质吸收了红外光后，其分子内部发生改变，从而产生特征的近红外光谱。
近红外光谱分析的技术近红外光谱分析的技术主要包括光源、光谱仪和数据处理三个方面。
光源常用的光源有白炽灯、光电二极管和激光等。
其中白炽灯发射连续谱，适用于宽波长范围的分析；光电二极管具有快速响应和高稳定性，常用于近红外光谱分析仪器；激光具有较高的亮度和窄的波长范围，适用于特定波长范围的分析。
光谱仪常用的光谱仪有分光镜、光栅和红外线摄像机等。
分光镜通过将近红外光谱聚焦到光栅上，并通过旋转光栅来选择不同波长光线；光栅则将不同波长的光线分散成不同的角度形成光谱；红外线摄像机可通过感应近红外光谱并将其转换成数字信号。
数据处理近红外光谱分析的数据处理通常包括预处理、特征提取和模型建立等步骤。
预处理常用的方法有光谱校正、光谱平滑和光谱标准化等；特征提取可使用主成分分析、偏最小二乘回归等方法；模型建立则可以采用多元回归分析、支持向量机等模型进行建立。
近红外光谱分析的应用近红外光谱分析在多个领域具有广泛应用，以下为几个常见的应用示例：•食品质量检测：近红外光谱分析可用于检测食品中的营养成分、添加剂和污染物等，以保证食品的安全和质量。
•药物分析：近红外光谱分析可用于药品的成分分析、质量控制以及伪药的鉴定等。
•化妆品分析：近红外光谱分析可用于分析化妆品中的成分、性质和质量，以确保产品的合规性和安全性。
•环境监测：近红外光谱分析可用于监测土壤、水质和大气中的污染物，以帮助保护环境和预防环境污染。
溶液的近红外光谱检测技术-概述说明以及解释
溶液的近红外光谱检测技术-概述说明以及解释1.引言1.1 概述近红外光谱技术作为一种非常重要的分析手段，被广泛应用于溶液的检测和分析领域。
通过对样品吸收、反射或透射光谱的测量，可以获取样品的化学信息，实现对溶液中各种成分的定量和定性分析。
近红外光谱技术具有快速、无损、非破坏性等优点，逐渐成为现代溶液分析的重要工具之一。
本文将深入探讨溶液的近红外光谱检测技术，包括其原理、应用与发展情况。
通过对该技术的全面介绍，希望读者能对近红外光谱在溶液分析中的作用有更深入的了解，并为未来相关领域的研究和实践提供参考依据。
1.2 文章结构本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分中，首先会对近红外光谱检测技术进行概述，介绍其基本原理和应用领域。
然后会详细描述本文的结构和目的，为读者提供一个整体的框架。
在正文部分，将首先介绍近红外光谱技术的基本概念和原理，包括光谱仪的构成以及如何进行光谱数据的采集和分析。
然后会重点讨论溶液的近红外光谱检测原理，包括溶液光谱的特征和检测方法。
最后会探讨该技术在不同领域的应用和发展情况。
在结论部分，将对文章中介绍的近红外光谱技术在溶液检测中的作用进行总结，概括其优势和局限性。
然后会展望未来该技术的发展方向，提出一些建议和展望。
最后会得出结论，强调该技术在溶液检测领域的重要性和前景。
1.3 目的本文的主要目的是探讨溶液的近红外光谱检测技术在化学分析和质量控制领域的应用。
通过对近红外光谱技术原理和溶液样品特性的分析，展示其在溶液成分分析、反应监测、溶解度测定等方面的优势和潜在应用。
同时，总结近红外光谱技术在溶液检测中的作用，探讨其未来的发展方向与挑战。
通过本文的研究，旨在为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴，推动近红外光谱技术在溶液检测中的进一步应用和发展。
2.正文2.1 近红外光谱技术简介近红外光谱技术是一种非常重要的分析检测技术，它利用近红外光波段（700-2500nm）的光谱信息来获取样品的化学信息。
傅里叶红外光谱仪类型
傅里叶红外光谱仪类型
傅里叶红外光谱仪类型
现代科技的快速发展使得化学实验室的检测技术也得到了迅速的进步。
傅里叶红外光谱技术就是其中之一，它可以帮助科学家们在化学物质
表征和分析中取得成功。
这种高分辨率的技术可以在很短的时间内实
现样品的表征，并且还可以快速确定它的化学结构。
傅里叶红外光谱仪有多种类型，以下是其中的几种：
1. 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）
FTIR是最常见的傅里叶红外光谱仪类型。
它使用一个光源产生红外辐射，然后将其通过一个干涉仪。
通过样品后，能够得到一条谱线来分
析样品的化学成分。
2. 傅里叶转换拉曼光谱仪（FT Raman）
FT Raman是另外一种傅里叶红外光谱仪类型。
它和FTIR相似，但是
只适用拉曼光谱。
它可以测量样品中短一点的波长，从而可以提供样
品中更精确的信息。
3. 近红外光谱仪（NIR）
近红外光谱仪是一种不同于FTIR和FT Raman的傅里叶红外光谱仪类型。
它可以在可见光和红外光之间测量样品的光谱。
它通常用于制药
行业和食品行业等需要进行大规模粗略分析的行业中。
4. 反射式光谱仪
反射式光谱仪类型是一种测量样品表面反射谱线的光谱仪器。
它适用于各种表面类型的物质质量分析。
通常在化学、制药、生物医学等领域中广泛应用。
总之，傅里叶红外光谱仪类型繁多，每种类型均有其独特的功能和用途。
了解每种类型的傅里叶红外光谱仪和它们的优缺点能够帮助科学家们在实验室中得到更加准确和高效的实验数据。
近红外光谱分析仪器的发展概况
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 １ ０ ９ ００４
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 ５ ｏ年的发展 历程 ， 且在不断 完 并 善的过程 当中；我国的近红外光谱仪器 的研制仅仅历经 ２ 的时间 ， ｏ年 虽然处在起 步阶段 ， 近几年 的研究 但 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 ， 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 并 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
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 年代 中期 ， ｙ 首先研 制出透射式 近红外光 ｏ Ｋａ ｅ 谱仪器ｌ ， ５ 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／ ｓ光谱仪 ， 配上适 当的近 红外 检测器扩 Ｖｉ） 再 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 。
２ ０ ｍ） ５００ｒ 和远红外 （ ５０ ０ １０ ０ ｍ） 个 谱 区＿ 。 ｉ ２ ０ ０ ００ ０ｒ ３ ｉ ２ ｊ
_近红外光谱解析实用指南_
_近红外光谱解析实用指南_近红外光谱解析是一种非常常用的分析技术，可用于定性和定量分析。
本指南旨在向读者介绍近红外光谱解析的基本原理、仪器设备、样品制备和数据分析方法。
一、基本原理近红外光谱是指在800至2500纳米波长范围内的光谱。
近红外光谱的原理是利用样品中分子振动和拉伸产生的光谱吸收特征来推测样品的成分和属性。
这些光谱特征是由于化学键振动、倾角、水合作用等引起的。
二、仪器设备近红外光谱仪是近红外光谱解析的关键设备。
现在市场上常见的仪器一般采用光栅技术，具有高分辨率和高精度。
仪器的重要参数包括光源、光路、检测器和光谱仪。
选择合适的仪器要考虑样品类型、分析要求和预算。
三、样品制备样品制备对于近红外光谱解析至关重要。
样品制备的目的是使样品以均匀、透明、薄膜形式呈现在仪器上。
常用的样品制备方法包括将样品粉碎后与固体粉末混合，或将液体样品稀释后滴在红外透明基底上。
四、数据分析方法近红外光谱解析的数据处理过程包括光谱校正、预处理、模型建立和模型验证等步骤。
首先，需进行光谱校正，如仪器平滑、波长校准和零点校准等。
接下来，进行样品的预处理，包括去噪、光谱标准化和特征选择等。
然后，构建合适的模型，可以采用主成分分析、偏最小二乘法或支持向量机等方法。
最后，进行模型验证和检验，评估模型的准确度和鲁棒性。
近红外光谱解析的应用非常广泛，涉及农业、食品、化学、药品、生物医学等领域。
它可以用于农产品质量检测、食品成分分析、药品质量控制等。
近红外光谱解析具有快速、非破坏性、准确度高等优点，因此备受研究者和工程师的青睐。
总结起来，近红外光谱解析是一种有效的分析技术，具有广泛的应用前景。
通过正确选择仪器设备，合理制备样品，以及采用科学的数据处理方法，可以实现准确、快速和可靠的分析结果。
希望本指南能够为读者提供有关近红外光谱解析的基本知识和实用指导。
近红外检测原理
近红外检测原理近红外（NIR）检测是一种非侵入式的光谱分析技术，广泛应用于农业、食品、制药等领域。
它通过检测物质在近红外光波段的吸收和散射特性，来获取物质的相关信息。
近红外检测原理基于光的相互作用和物质的分子结构。
1. 光的相互作用与近红外光谱光是由一系列电磁波组成的，包括可见光、紫外光、红外光等。
近红外光谱波段通常被定义为750-2500纳米（nm），相对于可见光而言，近红外光具有较高的穿透力和较弱的散射能力。
2. 分子的能级和跃迁分子在吸收光的过程中，会发生能级跃迁。
当分子吸收能量与能级间隔相等时，电子会从基态跃迁至激发态。
近红外光的能量正好位于分子能级间隔的范围，因此适用于近红外检测。
3. 物质的吸收特性不同物质在近红外光谱波段的吸收特性是由其分子结构和化学键决定的。
不同的化学键振动和伸缩会导致不同的吸收光谱。
通过测量物质在近红外光谱波段的吸收，可以了解其组成、浓度、质量等信息。
4. 光源、光谱仪和样品槽近红外检测系统由光源、光谱仪和样品槽等组成。
光源发出近红外光，经过样品后，被光谱仪接收并分析。
样品槽是将待测样品放置的空间，通常采用透明的玻璃或石英材料，以便光线穿透。
5. 数据处理和模型建立在近红外检测中，采集到的光谱数据需要进行预处理和分析。
预处理包括光谱校正、信号平滑和噪声滤波等步骤。
分析阶段则需要建立模型，将光谱数据与样品的性质进行关联，以实现定性或定量分析。
6. 应用领域近红外检测技术在农业、食品、制药等领域具有广泛应用。
例如，在农业领域，近红外检测可用于土壤分析、农作物品质评估和植物病害检测等；在食品领域，可用于食品成分分析、食品质量控制和食品安全检测等；在制药领域，可用于药品含量检测、药材鉴定和药品质量监控等。
近红外检测技术凭借其快速、无损、高效等优势，成为现代科学研究和工业生产中的重要工具。
在不断的研究和发展中，相信近红外检测技术将更加成熟和广泛应用于更多领域。
近红外光谱分析技术在食品检测中的应用
近红外光谱分析技术在食品检测中的应用摘要：食品安全问题一直是国家和社会关注的焦点，保证食品安全就是保障人们的生命安全。
因此，相关部门必须把好食品质量安全关。
食品检测是一项专业的工作，要想提高食品检测的有效性，就需要用到先进的科学技术。
现代近红外光谱分析技术是当下比较常用的一种食品检测技术。
该技术环保、检测效率高，将其应用到食品检测中，可以进一步提升食品的安全性。
本文就现代近红外光谱分析在食品检测中的应用进行了相关探讨。
关键词：现代近红外光谱分析；食品检测；应用光谱分析技术在20世纪90年代后期应用开始变得十分广泛，在这样的发展背景下，人们研究了更先进的红外光谱技术，为食品安全的提供了进一步保障。
目前，近红外光谱分析可以在我国所有领域看到，特别是在食品工业中，比传统检验方法更环保、更高效、更准确。
近红外光谱分析技术已应用于肉类和奶制品的检测。
1近红外光谱分析概述近红外光是电磁波的一种，其波长范围在750～3000nm，其英文缩写为NIR。
该技术发源的年代较早，较为成熟，主要适用于对物质的定量分析和结构加工处理，对结构物质等方面有别于其他光谱在介质中的传播特性。
在食品加工行业，食品分析是食品检测的一个重要环节，对于食品的有机物认识，该技术凭借着自身对于有机物的结构的检验效果得到了十分广泛的应用。
相对于传统的检验方式，用该技术手段检验食品更加环保、便捷和简单，它对于食品行业的检验检测是一次质的飞跃。
2近红外光谱技术应用特点近红外光谱技术是一种利用光谱学监测食品组成成分及性质变化的技术。
近红外光谱仪器一般由光源和单色器两部分组成，每个零件都有着它们特定的功能。
所以在对近红外光谱仪器的设计和组装过程中，一定要确保每个组件的性能都保持原本的完好性。
由于组件的不同，用途也大不相同，所以近红外光谱仪器可以划分为很多类，不同的光源代表了它们不同的用途。
近红外光谱技术特点：(1)近红外光谱技术可以有效避免对样品的损害。
近红外光谱的原理及应用
近红外光谱的原理及应用前言近红外光谱是一种非破坏性的分析技术，被广泛应用于物质组分的测定、质量控制和环境监测等领域。
本文将介绍近红外光谱的原理及其在不同领域的应用。
一、近红外光谱的原理近红外光谱是指在波长范围为700 nm到2500 nm之间的光线所显示的谱图。
其原理基于物质吸收、散射和反射的特性。
近红外光谱仪通过收集样品对近红外光的吸收、散射或反射来获得样品的光谱信息。
其原理可简单总结为以下几个步骤：1.光源发出宽谱带光线，经过透镜或光纤导入光谱仪中。
2.经过光栅或棱镜的分光作用，将光线分解成不同波长的光，形成光谱。
3.样品与光谱仪中的探测器之间形成一个封闭的光学系统。
4.样品与光线相互作用，发生吸收、散射或反射。
这些相互作用引起光强度的变化。
5.光谱仪中的探测器记录这种光强度的变化，从而得到样品的光谱图。
二、近红外光谱的应用近红外光谱因其快速、非破坏性和高效的特点，在许多领域都有广泛的应用。
以下是近红外光谱在不同领域的应用示例：1. 食品行业•食品成分分析：近红外光谱可以用于分析食品中的脂肪、蛋白质、糖类等成分的含量，从而用于质量控制和产品检测。
这种非破坏性的分析方法可以避免传统化学分析所需的样品处理和分解过程。
•食品质量检测：通过比对样品近红外光谱与标准样品的光谱，可以检测食品中的变质程度、添加剂是否合格等质量指标。
2. 化工行业•原料组分分析：近红外光谱可以用于化工原料的成分分析，通过建立光谱与成分之间的关系模型，可以快速准确地确定原料的组分及其含量。
•反应过程监测：近红外光谱可以在线监测化工反应过程中的物质变化，实时掌握反应过程的动态信息，从而进行优化和调控。
3. 医药领域•药品质量控制：近红外光谱可以用于药品质量的快速检测和分析。
通过建立药品光谱与其成分、含量之间的关系模型，可以对药品进行快速准确的质量控制。
•药物研发：近红外光谱可以用于药物研发过程中的原料药分析、反应过程监测等，加快药物研发的速度和效率。
谷物近红外分析仪安全操作及保养规程
谷物近红外分析仪安全操作及保养规程前言谷物近红外分析仪是一种用于分析谷物成分的仪器，具有高效、快捷、准确的分析能力，不仅可以提高谷物加工的效率，而且能够保证谷物的质量。
但是，由于其使用具有一定的危险性，所以必须要重视谷物近红外分析仪的安全操作及保养规程。
本文将详细介绍如何正确、安全地操作谷物近红外分析仪及其保养规程。
安全操作规程材料准备在操作谷物近红外分析仪之前，要准备好以下材料：•IQ/OQ/PQ质量保证文件•操作手册•安全手册•电源线•电缆•计算机及软件•备用LED灯•飞轮或代码校准卡使用前检查在使用谷物近红外分析仪之前，需要进行以下检查：1.检查谷物近红外分析仪是否与电路连接2.检查电源线是否连接3.检查计算机是否连接4.检查备用LED灯是否准备就绪5.检查飞轮或代码校准卡是否准备就绪6.检查近红外分析仪外部是否有损坏，如有，应及时更换操作过程在操作谷物近红外分析仪的过程中，需要遵循以下操作规程：1.严格按照仪器操作手册操作；2.谨慎使用电源，在使用之前应仔细查看相关安全手册并遵循相关规定；3.将谷物样品平均分配到分析杯中；4.将分析杯放置于分析仪上；5.打开安装软件；6.调整仪器的参数，使之适合样品的分析；7.进行样品分析；8.分析完毕后，关闭软件及仪器电源；9.将实验室清洁干净。
使用后处理在使用谷物近红外分析仪之后，需要进行以下处理：1.将分析杯洗净并清洁分析仪；2.将分析结果保存在计算机上；3.将电源线及电缆连接拔掉。
保养规程谷物近红外分析仪保养规程包括定期检查及定期更换的内容。
定期检查需要定期对谷物近红外分析仪进行以下检查：1.检查谷物近红外分析仪连接是否松动或者受损；2.检查仪器内部是否干净；3.检查仪器软件是否是最新版本；4.检查飞轮或代码校准卡是否正常；5.检查备用LED灯是否正常；6.检查仪器的物理非线性是否满足要求，并校准；定期更换需要定期更换以下零部件：1.飞轮或代码校准卡；2.电源线；3.电缆。
近红外光谱分析技术
The classical physics considers the atoms as particles with a given mass in the IR absorption process, and the vibrations of diatomic molecule described as follows (e.g., HCl):
MIR fundamental molecular vibrations
H
H H rocking
R H scissoring R R H H
in-plane bending
FIR
molecular rotations
Molecule
Degrees of freedom
H
H bending
Non linear Linear
400 to 33
MID
FAR
3x10-4 to
4000 to 400
7.8x10-5 to 3x10-4
12820 to 4000
近红外光谱分析技术
近红外光谱分析原理
• 近红外光谱主要是由于分子振动的泛频使分子振 动从基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是 含氢基团X-H（X=C、N、O、S）振动的倍频和 合频吸收。 • 不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基 团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都 有明显差别，NIR光谱具有丰富的结构和组成信 息，非常适合用于碳氢有机物质的组成与性质的 测量。
定性分析
• 近红外定性分析主要用于物质的聚类分析 和判别分析。 • 近红外定性分析是用已知类别的样品建立 近红外定性模型，然后用该模型考察未知 样品是否是该类物质。
近红外定性分析的基本原理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
近红外光谱仪的文献综述 1、近红外光谱仪的发展概况 英国科学家William在1800年发现热线，也就是红外线。但是第一台实验用红外光谱分析设备的发明却是在二战前夕。二战结束后，红外光谱仪迎来了飞速发展。红外光谱分为三类：近红外（780～2500nm）、中红外（2500～25000nm）和远红外（25000～1000000nm）[1]。20世纪40年代出现了第一台商用红外光谱仪[2]。但是直到80年代我国才开始近红外光谱仪的应用研究。早期的研究中近红外谱区常常被称为“被遗忘的谱区”。当人们采用摄谱的方法获得了有机化合物的近红外光谱，并对相关基因的光谱特征进行了解析之后，这个“被遗忘的谱区”才在分析技术中占得一席之地。制造技术的提升和计算机技术的发展使得近红外分析技术也得到了飞跃。20世纪50年代，Kaye率先发明了透射式近红外光仪器[3]。早期近红外光谱仪噪声高，缺乏完善的数据处理系统。60年代，Norris的研究工作极大地促进了近红外光谱仪器的发展。1971年，Dickey-John公司生产了第一台商用近红外光谱仪器并获得了美国专利。1975年Dickey-John公司和Technicon公司联合推出了Infra An-alyzer25型近红外光谱分析仪。这时的近红外光谱仪器在稳定性和温度补偿功能上有了很大的进步。随着微处理器的应用，仪器的测量精确度更高，数据处理系统更完善。80年代出现了高分辨率的傅里叶变换近红外光谱仪器，新技术层出不穷。90年代，声光可调滤光型近红外技术的出现，大大降低了仪器的成本[4]。此时，光纤探头在近红外技术中也得到了应用。现代的近红外光谱分析技术越来越成熟，正朝着小型化、专业化和便捷化的方向发展。
2、近红外光谱仪的原理及特点 在近红外光谱区不同物质的含氢基团（C-H、O-H、N-H等）都有不同的吸收强度和吸收峰位置。朗伯-比尔吸收定律是近红外光谱分析的理论基础：样品光谱特征随其组成成分和内在结构变换而变化[5]。近红外光谱分析技术被广泛用于石油化工、制药、农业等领域。这些行业具有现场分析的特点，所以更多的时候需要结构紧凑、体积小、重量轻的便携式近红外光谱分析仪。近红外分析技术是一门现代分析技术[6]，它集合了化学计量学、光谱学和计算机应用等学科。 近红外光谱最主要的技术特点：第一、分析速度很快，大部分的测量可以在1分钟之内完成。第二、分析效率比较高，可以对样品的多个组成成分和性质进行定性、定量的测量。第三，适用样品的范围比较广，可以对液体、固体等不同状态的样品进行测量[7]。
3、近红外光谱仪的分类 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(AOTF)和固定光路多通道检测型五种类型。
3.1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[8]。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。
3.2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[4]。如Cary-2300(Varian公司)型,Lambda-9(Perkin-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TU-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PbS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)[8],由继电器或步进电机与谱区同步切换检测器[4]。为了获得较高的分辨率,现代色散型光谱仪器中多使用全息光栅作为光学元件,通过光栅的转动,使单色光按照波长长短依次通过样品室,进入检测器检测。这类仪器的特点是可进行全谱扫描,分辨率较高,仪器价位适中,便于维护;主要缺点是扫描速度慢。但随着光谱技术的不断发展,如使用大口径振动凹面光栅或多通道检测器,使这类仪器的扫描速度已与傅里叶变换型光谱仪相差不多,而且还出现了便携式色散型近红外光谱仪,如吉林大学智能仪器与测控技术研究所自行研制了便携式单光路光栅扫描近红外光谱矿物分析仪,波长范围1300～2500nm,光谱分辨率7nm,波长准确性和重现性均<2nm,全谱扫描时间<70s,重量<5kg。
3.3傅里叶变换型近红外光谱仪 20世纪70年代傅里叶变换技术在中红外光谱仪器上的应用使红外光谱仪器的性能得到革命性的变化,进入20世纪80年代后傅里叶变换红外光谱已成为红外光谱仪器的主导产品。借助于研制中红外光谱仪器的技术,通过调整光源、分束器和检测器,并配合适当的软件,傅里叶变换型近红外光谱仪器应运而生。傅里叶变换型近红外光谱仪的主要光学部件是迈克尔逊(Michelson)干涉仪,其作用是使光源发出的光分成两束后造成一定的光程差再使之复合以产生干涉,所得的干涉图包含了光源的全部频率和强度信息。利用模数(A/D)转换器、计算机、数模(D/A)转换器及傅里叶变换快速计算,可将时域干涉图转化为以波数(或波长)为横坐标的频域光谱,即一般的光谱图。傅里叶近红外光谱仪在近红外区工作时,需选用合适的光源、分束器与检测器。在近红外谱区工作时常用钨灯作为光源;常用分束器有石英分束器、CaF-Si分束器、KBr-Ge分束器等;常用检测器有PbS,InSb,InAs,Si和Ge检测器等。傅里叶变换型近红外光谱仪器与其他类型仪器相比,由于具有信噪比高、分辨率高、波长准确且重复性好、稳定性好等优点,而往往作为研究型仪器的首选。当然,由于其重要部件—迈克尔逊干涉仪中有移动部件,所以需要较稳定的工作环境。近几年推出的傅里叶变换型近红外光谱仪器对干涉仪作了改进,近似地消除了移动部件的需要,提高了仪器的使用稳定性。
3.4声光可调滤光型近红外光谱仪 声光可调滤光型近红外光谱仪器被认为是20世纪90年代近红外光谱技术最突出的进展,其分光系统是根据各向异性双折射晶体声光衍射原理,采用有较高的声光品质和较低声衰减的双折射晶体(常用的双折射晶体有TeO2、石英和锗等,而TeO2由于具有较高的声光品质因素被广泛采用)制成的。由于对一固定的超声波频率,仅有很窄的光谱带被衍射,因而连续改变超声频率就能实现衍射光波的快速扫描。这种声光作用早在20世纪30年代初就已经得到实验的证实,并从理论上加以阐述,但其得到实际应用还是最近20年的事情,目前在国防和工业领域中正得到越来越广泛的应用。由于采用声光器件分光,该仪器的最大特点是无机械移动部件,测量速度快、精度高、准确性好,提高工作的可靠性和维修费用,可以稳定地长时间工作。它的分辨率也很高,目前可以达到0.01nm;波长调节速度快,一般4000波长·s-1。声光可调滤光型近红外光谱仪的这些优点使其近年来在工业在线分析和便携式测量中得到越来越多的应用[9]。德国BRAN & LUEBBE公司推出的声光可调滤光型近红外光谱仪器成功地用于在线分析,其波长范围为900～1700nm;Brimrose公司推出的声光可调滤光型近红外光谱仪器波长从650～2200nm,扫描速度达4000波长点·s-1;天津市先石光学技术有限公司推出的乳品成分快速分析仪和近红外成分监测仪声光可调滤光型近红外光谱仪器光谱范围为1100～2200nm,光谱分辨率为4nm,波长精确度为0.5nm,波长重复性为0.01nm,波长转换时间<250μs,扫描速度为4000波长点·s-1[10]。美国Brimrose公司和Jet Propulsion实验室联合设计一种微型电晶体近红外光谱仪,这种基于AOTF的反射型近红外微型光谱仪主要用于航天领域,使用发光二极管(LED)阵列作为光源,光纤作为光波传输介质,该光谱仪重量<250g,扫描速度达4000波长点·s-1。
3.5固定光路多通道检测型近红外光谱仪 固定光路多通道检测型近红外光谱仪器是20世纪90年代发展起来的一类仪器,其原理是光源发出的光先经过样品池,再由光栅分光,光栅不需转动,经光栅色散的光聚焦在多通道检测器的焦面上同时被检测。在近红外短波区域使用的多通道检测器有两种:一种是二极管阵列(PDA)检测器,另一种是采用CCD检测器。这类仪器采用全息光栅分光,加之检测器的通道数达1024或2048个,可获得很高的分辨率。由于检测器对所有波长的单色光同时检测,在1秒钟内可完成几十次或上百次的扫描累加,从而得到较高的信噪比和灵敏度[11]。采用全谱信息,可以方便地进行定性和定量分析。由于仪器光路固定,整个仪器内无移动性部件,仪器波长精度和重现性得到保证,使用的耐久性和可靠性得到提高。因此,这类仪器也很适合作为现场分析仪器和在线分析仪器使用。