从近红外光谱仪种类介绍以及优缺点认识它

作者:冉盛网 时间:2019-07-24 11:06:40

  近红外光谱仪有多种,从应用的角度可以分为在线过程监测仪、专用仪器和通用仪器。从仪器获得的光谱信息来看,专用仪器的波长很少,也有研究仪器可以确定整个近红外光谱区域,有的专门用于测定短波段的近红外光谱,有的也适用于长波段近红外光谱的测定。

  滤光型近红外光谱仪

  滤光型近红外光谱仪采用滤光片作为光谱系统,即滤光片作为单色光学器件,滤光型近红外光谱仪可分为固定滤波器和可调滤波器两种形式,其中固定滤波器是近红外光谱仪最早的设计形式,当仪器工作时,光源发出的光通过滤光片获得一定的宽带单色光,与样品一起作用,到达触摸探测器。

  这种仪器的优点:

  该仪器体积小,可作为一种特殊的便携式仪器,制造成本低,适用于大面积推广。

  这类文书的缺点:

  单色光的光谱带宽,波长分辨率差,对温度和湿度敏感,不能连续光谱,光谱不能预处理,信息量小,只能作为一种较低等级的专用仪器。

  色散近红外光谱仪

  色散近红外光谱仪的分光镜元件可以是棱镜或光栅。为了获得更高的分辨率,现代色散仪器主要采用全息光栅作为分光元件。扫描仪器通过光栅的旋转,根据单色光的波长通过样品,进入探测器。根据样品的状态特性,可以选择不同的样品探测器元件进行投影或反射分析。

  这种仪器的优点:

  用扫描近红外光谱仪可对样品进行全光谱扫描,其重复性和分辨率远高于滤光型仪器,个别高端色散近红外光谱仪也可用作研究级仪器。

  化学计量学在近红外分析中的应用是现代近红外分析的特点之一,利用全光谱分析可以从近红外光谱中提取出大量有用的信息,通过合理的计量学方法将光谱数据与训练集样本的性质(组成、特性数据)联系起来,得到相应的校正模型,从而可以预测未知样本的性质。

  这种仪器的缺点:

  光栅或反射器的机械承载时间长,易磨损,影响波长的精度和重现性;由于机械元件数量多,仪器的抗震性能差;地图易受杂散光干扰;扫描速度慢,膨胀性能差。由于使用外部标准样品校正仪,其分辨率、信噪比等指标与滤波仪器相比有了很大的提高,但与傅里叶仪器相比,仍然存在着质的差异。

  傅里叶变换近红外光谱仪

  傅里叶变换近红外分光度计简称傅里叶变换光谱仪,它利用干涉图和光谱之间的对应关系,通过测量干涉图和傅里叶积分变换来测量和研究近红外光谱。

  它的基本组成由五个部分组成:

  分析光产生系统由光源、分束器、样品等组成,用于产生含有样品信息的分析光。

  传统的麦克弗森干涉仪和未来各种改进的干涉仪所代表的干涉仪具有将光源发出的光分成两束的功能,从而产生一定的光程差,用于产生在空间(时间)域表示的分析光,即干涉仪光。

  用于探测干涉光的探测器;

  采样系统通过数模转换器将探测器检测到的干涉光数字化,并将其导入计算机系统。

  在计算机系统和显示器中,通过傅里叶变换将样品的干涉光函数和光源的干涉光函数转换成强度频率分布图,两者的比值是样品的近红外光谱,并显示在显示器中。

  干涉仪:

  在傅里叶变换近红外光谱仪中,干涉仪是仪器的核心,其质量直接影响仪器的心肌梗死,因此有必要了解传统的迈克尔逊干涉仪和改进的干涉仪的工作原理。

  传统的迈克尔逊干涉仪:传统的迈克尔逊干涉仪系统由两个平面反射镜、分束器、光源和90度角度探测器组成。在平面镜中,一个固定镜固定,另一个沿图方向平行运动的是移动镜。运动镜在运动过程中应与固定反射镜保持90度的角度。为了减少摩擦和防止振动,移动镜通常安装在空气轴承上。

  改进干涉仪:干涉仪是傅里叶光谱仪最重要的组成部分,其性能决定了傅里叶光谱仪的质量。在经典迈克尔逊干涉仪的基础上,在改善光通量、提高稳定性和抗震性能、简化仪器结构等方面都有了许多改进。

  在传统的麦克弗森干涉仪的工作过程中,当移动镜移动时,不可避免地会产生一定程度的摆动,使两面反射镜不垂直,导致入射光不能直接注入运动镜,或者反射光偏离原来入射光的方向,从而无法获得与入射光平行的反射光,从而影响干涉光的质量。外部世界的振动也会产生同样的影响。

  因此,经典的干涉仪需要非常精确地调整,同时也要避免使用过程中的振动,以保持移动镜精确的垂直固定镜面,并获得良好的光谱图。为了提高仪器的抗振动能力,Bruker研制了一种三维平面角度镜干涉仪。运动镜采用二维平面角反射镜,并在双摆装置的质量中心安装无摩擦轴承连接二维平面角镜。

  三维平面角镜干涉仪的实质是用立体平面角度镜代替传统干涉仪两臂上的平面反射器,从立体角度镜的光学原理可以看出,当反射器与立体角镜沿轴向的微小摆动之间存在小的垂直误差时,反射光的方向不会改变,并且仍然可以严格地沿入射光的方向发射。