近紅外光譜技術(shù)過去的發(fā)展情況

早期光譜儀通常是體積龐大笨重且配備活動部件的儀器。照明光源通過棱鏡或光柵被分散為其子部件適用的波長。針對相應(yīng)光譜上的每個測量點，光柵在手動控制下以小的增量旋轉(zhuǎn)。與其它在線測量儀表提供的參數(shù)（如壓力、流量和溫度等變量）相比，在線近紅外分析提供的數(shù)據(jù)（如組成或性質(zhì)）是直接質(zhì)量參數(shù)，對生產(chǎn)的優(yōu)化提供更準確和有益的參考信息。每個所測樣本的數(shù)據(jù)都被整理成一份光譜圖。然后，需要手動將光譜圖與參考物及其他樣本進行對比。這些早期光譜儀固定擺放在實驗室的某個位置，而且一經(jīng)安裝就很少再被移動。

20世紀70年代迎來了光譜技術(shù)領(lǐng)域微處理器的誕生，其既可用于控制光譜儀，也可用于處理所測得的數(shù)據(jù)。20世紀70年代到21世紀初期，半導體工業(yè)獲得了長足發(fā)展。但近紅外分析的效率是取決于儀器所配備的模型的數(shù)目，比如測量一張光譜圖，如果僅有一個模型，只能得到一個數(shù)據(jù)，如果建立了10種數(shù)據(jù)模型，那么，僅憑測量的一張光譜，可以同時得到10種分析數(shù)據(jù)。這給微處理器和電腦帶來了革命性的變化，從而能夠更好地控制光譜儀和處理光譜數(shù)據(jù)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的誕生使光譜數(shù)據(jù)采樣可以通過處理器控制。

近紅外光譜分析技術(shù)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(gòu)：

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(yīng)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(shù)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(guān)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(shù)：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(gòu)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(shè)備，也可以是通過以太網(wǎng)或USB互聯(lián)的遠程設(shè)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(shè)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(shè)施。

手持型：手持式光譜儀的生產(chǎn)受到了廣泛關(guān)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。

近紅外線光譜儀的用途

1. 實驗室

儀器通常體積較大、準確度高且屬于一般用途。用來處理光譜資料的電腦可能位于實驗室內(nèi)部，有些則是位在遠端并透過乙太網(wǎng)路或USB連網(wǎng)。它們能處理大量的資料，幾秒內(nèi)就能和分散式參考標的進行比對。

2. 野外

可攜式近紅外線光譜儀的外型類似小型實驗室儀器，可隨意移動，通常只需交流電110伏特，或12伏特加上變流器即可供電。可攜式近紅外線光譜儀的尺寸通常只比便當盒大一點，可放置在貨卡尾門上，適用于農(nóng)田或礦場等產(chǎn)業(yè)型場景。

3. 工廠

這類專用設(shè)備可監(jiān)測工廠環(huán)境，通常有特定的用途。在工廠的建置中，一條生產(chǎn)線上可能包含多種的光譜儀，透過乙太網(wǎng)路或以無線連網(wǎng)連結(jié)主要的控制設(shè)施。

近紅外光譜分析儀器

近紅外光譜儀器從分光系統(tǒng)可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調(diào)濾光器和陣列檢測五種類型。濾光片型主要作專用分析儀器，如糧食水分測定儀。由于濾光片數(shù)量有限，很難分

析復(fù)雜體系的樣品。 光柵掃描式具有較高的信噪比和分辨率。 由于儀器中的可動部件（如光柵軸）在連續(xù)高強度的運行中可能存在磨損問題，從而影響光譜采集的可靠性，不太適合于在線分析。近紅外光譜儀使用需要注意的事項注意要符合規(guī)定的環(huán)境條件來使用，值得相信的近紅外光譜儀廠家提醒要注意實驗室的溫度以及相對濕度都應(yīng)該在標準范圍以內(nèi)，所用電源應(yīng)配備有穩(wěn)壓裝置和接地線。傅立葉變換近紅外光譜儀是具有較高的分辨率和掃描速度，這類儀器的弱點同樣是干涉儀中存在移動性部件，且需要較嚴格的工作環(huán)境。聲光可調(diào)濾光器是采用雙折射晶體，通過改變射頻頻率來調(diào)節(jié)掃描的波長，整個儀器系統(tǒng)無移動部件，掃描速度快。但這類儀器的分辨率相對較低，價格也較高。隨著陣列檢測器件生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、陣列檢測器構(gòu)成的NIR儀器，以其性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高以及性能價格比好等特點正越來越引起人們的重視。在與固定光路相匹配的陣列檢測器中，常用的有電荷耦合器件（CCD）和二極管陣列（PDA）兩種類型，其中 Si 基 CCD 多用于近紅外短波區(qū)域的光譜儀，InGaAs 基 PDA 檢測器則用于長波近紅外區(qū)域。北京英賢儀器有限公司與石油化工科學研究院和美國微光譜公司合作， 基于陣列檢測器成功開發(fā)出了系列近紅外光譜儀，包括實驗室型和在線型儀器，光譜范圍覆蓋了整個近紅外波段（700～2500nm），根據(jù)測量對象可以選擇多種測量方式如透射、漫反射等，已在 30 余家煉廠、科研單位和高校得到成功應(yīng)用。