濾光片型近紅外光譜儀器

濾光片型近紅外光譜儀器

濾光片型近紅外光譜儀器以濾光片作為分光系統(tǒng)，即采用濾光片作為單色光器件。濾光片型近紅外光譜儀器可分為固定式濾光片和可調(diào)式濾光片兩種形式，其中固定濾光片型的儀器是近紅外光譜儀最早的設(shè)計(jì)形式。儀器工作時(shí)，由光源發(fā)出的光通過(guò)濾光片后得到一定寬帶的單色光，與樣品作用后到觸達(dá)檢測(cè)器。

該類型儀器優(yōu)點(diǎn)：

儀器的體積小，可以作為專用的便攜儀器；制造成本低，適于大面積推廣。

該類型儀器缺點(diǎn)：

單色光的譜帶較寬，波長(zhǎng)分辨率差；對(duì)溫濕度較為敏感；得不到連續(xù)光譜；不能對(duì)譜圖進(jìn)行預(yù)處理，得到的信息量少。故只能作為較低檔的專用儀器。

色散型近紅外光譜儀器

色散型近紅外光譜儀器的分光元件可以是棱鏡或光柵。為獲得較高分辨率，現(xiàn)代色散型儀器中多采用全息光柵作為分光元件，掃描型儀器通過(guò)光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，使單色光按照波長(zhǎng)的高低依次通過(guò)樣品，進(jìn)入檢測(cè)器檢測(cè)。根據(jù)樣品的物態(tài)特性，可以選擇不同的樣品檢測(cè)器元件進(jìn)行投射或反射分析。

該類型儀器的優(yōu)點(diǎn)：

使用掃描型近紅外光譜儀可對(duì)樣品進(jìn)行全譜掃描，掃描的重復(fù)性和分辨率較濾光片型儀器有很大程度的提高，個(gè)別高端的色散型近紅外光譜儀還可以作為研究級(jí)儀器使用。

化學(xué)計(jì)量學(xué)在近紅外中的應(yīng)用是現(xiàn)代近紅外分析的特征之一。采用全譜分析，可以從近紅外譜圖中提取大量的有用信息；通過(guò)合理的計(jì)量學(xué)方法將光譜數(shù)據(jù)與訓(xùn)練集樣品的性質(zhì)（組成、特性數(shù)據(jù)）相關(guān)聯(lián)可得到相應(yīng)的校正模型；進(jìn)而預(yù)測(cè)未知樣品的性質(zhì)。

該類型儀器的缺點(diǎn)：

光柵或反光鏡的機(jī)械軸承長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用容易磨損，影響波長(zhǎng)的精度和重現(xiàn)性；由于機(jī)械部件較多，儀器的抗震性能較差；圖譜容易受到雜散光的干擾；掃描速度較慢，擴(kuò)展性能差。由于使用外部標(biāo)準(zhǔn)樣品校正儀器，其分辨率、信噪比等指標(biāo)雖然比濾光片型儀器有了很大的提高，但與傅里葉型儀器相比仍有質(zhì)的區(qū)別。

傅里葉變換型近紅外光譜儀器

傅里葉變換近紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)稱為傅里葉變換光譜儀，它利用干涉圖與光譜圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量干涉圖并對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉積分變換的方法來(lái)測(cè)定和研究近紅外光譜。

其基本組成包括五部分：

分析光發(fā)生系統(tǒng)，由光源、分束器、樣品等組成，用以產(chǎn)生負(fù)載了樣品信息的分析光；

以傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀為代表的干涉儀，以及以后的各類改進(jìn)型干涉儀，其作用是使光源發(fā)出的光分為兩束后，造成一定的光程差，用以產(chǎn)生空間（時(shí)間）域中表達(dá)的分析光，即干涉光；

檢測(cè)器，用以檢測(cè)干涉光；

采樣系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器把檢測(cè)器檢測(cè)到的干涉光數(shù)字化，并導(dǎo)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和顯示器，將樣品干涉光函數(shù)和光源干涉光函數(shù)分別經(jīng)傅里葉變換為強(qiáng)度俺頻率分布圖，二者的比值即樣品的近紅外圖譜，并在顯示器中顯示。

干涉儀：

在傅里葉變換近紅外光譜儀器中，干涉儀是儀器的心臟，它的好壞直接影響到儀器的心梗，因此有必要了解傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀以及改進(jìn)后的干涉儀的工作原理。

傳統(tǒng)的麥克爾遜（Michelson）干涉儀：傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀系統(tǒng)包括兩個(gè)互成90度角的平面鏡、光學(xué)分束器、光源和檢測(cè)器。平面鏡中一個(gè)固定不動(dòng)的為定鏡，一個(gè)沿圖示方向平行移動(dòng)的為動(dòng)鏡。動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻與定鏡保持90度角。為了減小摩擦，防止振動(dòng)，通常把動(dòng)鏡固定在空氣軸承上移動(dòng)。

改進(jìn)的干涉儀：干涉儀是傅里葉光譜儀最重要的部件，它的性能好壞決定了傅里葉光譜儀的質(zhì)量，在經(jīng)典的麥克爾遜干涉儀的基礎(chǔ)上，近年來(lái)在提高光通量、增加穩(wěn)定性和抗震性、簡(jiǎn)化儀器結(jié)構(gòu)等方面有不少改進(jìn)。

傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀工作過(guò)程中，當(dāng)動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)，難免會(huì)存在一定程度上的擺動(dòng)，使得兩個(gè)平面鏡互不垂直，導(dǎo)致入射光不能直射入動(dòng)鏡或反射光線偏離原入射光的方向，從而得不到與入射光平行的反射光，影響干涉光的質(zhì)量。外界的振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生相同的影響。

因此經(jīng)典的干涉儀除需經(jīng)十分精確的調(diào)整外，還要在使用過(guò)程中避免振動(dòng)，以保持動(dòng)鏡精確的垂直定鏡，獲得良好的光譜圖。為提高儀器的抗振能力，Bruker公司開(kāi)發(fā)出三維立體平面角鏡干涉儀，采用兩個(gè)三維立體平面角鏡作為動(dòng)鏡，通過(guò)安裝在一個(gè)雙擺動(dòng)裝置質(zhì)量中心處的無(wú)摩擦軸承，將兩個(gè)立體平面角鏡連接。

三維立體平面角鏡干涉儀的實(shí)質(zhì)是用立體平面角鏡代替了傳統(tǒng)干涉儀兩干臂上的平面反光鏡。由立體角鏡的光學(xué)原理可知，當(dāng)其反射面之間有微小的垂直度誤差及立體角鏡沿軸方向發(fā)生較小的擺動(dòng)時(shí)，反射光的方向不會(huì)發(fā)生改變，仍能夠嚴(yán)格地按與入射光線平行的方向射出。

由此可以看出，采用三維立體角鏡后，可以有效地消除動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因擺動(dòng)、外部振動(dòng)或傾斜等因素引起的附加光程差，從而提高了一起的抗振能力和重復(fù)性。

（來(lái)源：化學(xué)數(shù)據(jù)聯(lián)盟）