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近紅外光譜儀種類繁多,該如何選擇?
近紅外光譜儀種類繁多,從應用的角度分類,可以分為在線過程監(jiān)測儀器、專用儀器和通用儀器。一臺在線近紅外光譜儀可以外接多路(2~10路)光纖回路,實現(xiàn)同時對生產(chǎn)裝置的多個測量點的物料在線測量。從儀器獲得的光譜信息來看,有只測定幾個波長的專用儀器,也有可以測定整個近紅外譜區(qū)的研究型儀器;有的專用于測定短波段的近紅外光譜,也有的適用于測定長波段的近紅外光譜。較為常用的分類模式是依據(jù)儀器的分光形式進行的分類,可分為濾光片型、色散型(光柵、棱鏡)、傅里葉變換型等類型。
近紅外光譜分析技術的發(fā)展現(xiàn)狀
當今的近紅外光譜儀通常采用以下六種架構:
固定濾波器:這類儀器基于固定數(shù)量的波長進行測量,每種波長對應濾光輪上特定的濾光片。濾光輪在不同濾光片之間轉(zhuǎn)動時進行讀數(shù)。
旋轉(zhuǎn)光柵/棱鏡:這類儀器利用電機在單點探測器上移動光柵分散的輸出(波長)。
FT-NIR:這類儀器利用邁克耳孫干涉儀技術的傅立葉交換性質(zhì),通過移動的鏡面創(chuàng)造能夠與某個光譜形成數(shù)學相關的干涉圖樣。
線陣探測器:這類儀器利用光柵在元素數(shù)量為256或512以上的一維線性像素陣列上分散波長。
線性漸變?yōu)V光器:這類儀器利用線陣探測器前的漸變?yōu)V光元素,使特定波長能夠影響每個像素元素。
DLP?技術:數(shù)字微鏡器件(DMD)將光柵分散的光反射到單個像素探測器上。DMD可編程,且靈活度高,因此可按照任何順序或不同分辨率對波長進行采樣。整個過程只需一次掃描即可完成。
現(xiàn)在的近紅外光譜儀比前幾代產(chǎn)品要先進得多,具有微處理器控制、高精A/D采樣、光譜電算化(帶統(tǒng)計分析)等特性。不同架構的使用模型也有所不同:
實驗室專用型:通常為的大型通用儀器。處理光譜數(shù)據(jù)的計算機可以是實驗室內(nèi)部設備,也可以是通過以太網(wǎng)或USB互聯(lián)的遠程設備。這些計算機可對海量數(shù)據(jù)進行處理,并在數(shù)秒之內(nèi)完成與分布式參考庫的對比。
便攜型:便攜式NIR光譜儀外形同實驗室小型版本類似,可以移動,通常配備110V交流電源或12V帶反相器電源,體積通常比午餐盒略大一些,可以放在卡車后擋板上,以供現(xiàn)場或工業(yè)環(huán)境(例如農(nóng)場或礦區(qū))中使用。
聯(lián)機型:這類專門化設備用于監(jiān)測工廠環(huán)境,通常具有特定用途。工廠安裝可能會在一條裝配線上包含多臺光譜儀,通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)連接到主控制設施。
手持型:手持式光譜儀的生產(chǎn)受到了廣泛關注,其特征是真正實現(xiàn)了便攜化,非常便于用戶使用。目前已推出電池供電式產(chǎn)品,體積與大型手鉆相近。這類產(chǎn)品的好處是,非常便攜,而且依靠內(nèi)置電源可以遠途使用。
近紅外光譜儀使用需要注意的事項
為防止儀器受潮而影響使用壽命,近紅外光譜儀商家強調(diào)紅外實驗室應經(jīng)常保持干燥,即使儀器不用,也應每周開機至少兩次,每次半天,同時開除濕機除濕。1978年美國和加大就采用近紅外法作為分析小麥蛋白質(zhì)的標準方法,1998年美國材料試驗學會制訂了近紅外光譜測定多元醇(聚亞安酯原材料)中羥值含量的ASTMD6342標準方法。特別是霉雨季節(jié),是能每天開除濕機。還有使用近紅外光譜儀測定用樣品應干燥,否則應在研細后置紅外燈下烘幾分鐘使干燥。試樣研好并具在模具中裝好后,應與真空泵相連后抽真空至少2分鐘,以使試樣中的水分進一步被抽走,然后再加壓到一定的標準后維持幾分鐘。
近紅外光譜分析儀的領域
1.用于生物反應過程出的研究與檢測。在線測量數(shù)據(jù)可直接輸送到DCS或先進控制系統(tǒng),為生產(chǎn)的優(yōu)化及時提供油品的質(zhì)量參數(shù)。由于近紅外響應速度快,又可進行多組分的同時和無損檢測,因此可以獲取生物過程中的一些重要變量參數(shù);同時它還可以用于生化反應中微生物的鑒別和分類;在生命過程的研究中,被用于測定腦血流量和腦血管中CO2的活性,人體肌肉組織在運動中的氧化代謝等。
2.生物體組織的研究則主要包括皮膚中水分的測定,腦組織的研究等方面
3.在臨床醫(yī)學方面,近紅外光譜的優(yōu)勢在于其對組織的透過性好,能夠進行體外或在體的非破壞、非介入分析。線陣探測器:這類儀器利用光柵在元素數(shù)量為256或512以上的一維線性像素陣列上分散波長。主要有全血或中血紅蛋白載氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量的測定。隨著近紅外、計算機技術、光學技術等的不斷發(fā)展,研究的不斷深入,近紅外技術將在生物醫(yī)學領域中充分發(fā)揮出潛力,有望在探索生命過程的奧秘,以及重大疾病預防、診斷、處理上起到更多的實際作用。