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现代近红外光谱仪器发展历程

发布日期:2014-07-08 点击:3360

  我国NIR仪器的研制起步较晚,90年代中期,有的厂家在生产傅立叶变换红外光谱仪的基础上,开发生产了傅立叶变换近红外光谱仪器。北京北分瑞利分析仪器有限责任公司(原北京第二光学仪器厂)研制出傅立叶变换型NIR光谱仪。在多通道近红外光谱仪器的研制方面,石油化工科学研究所研制、深圳英贤仪器公司生产的NIR-2000型近红外光谱仪已于1998年9月通过中国石油化工集团公司鉴定,并进入批量生产。该仪器采用硅基2048像素CCD作检测器,波长范围700~1100nm,主要用于多种石油产品组成和性质的分析。

  现代近红外光谱仪器从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换和声光可调滤光器(AOTF)四种类型。光栅色散型仪器根据使用检测器的差异又分为扫描式和固定光路两种。在各种类型仪器中,光栅扫描式是常用的仪器类型,采用全息光栅分光、PbS或其他光敏元件作检测器,具有较高的信噪比。由于仪器中的可动部件(如光栅轴)在连续高强度的运行中可能存在磨损问题,从而影响光谱采集的可靠性,不太合适于在线分析。
  
  傅立叶变换近红外光谱仪是目前近红外光谱仪器的主导产品,具有较高的分辨率和扫描速度,这类仪器的弱点同样是干涉仪中存在移动部件,且需要较严格的工作环境。AOTF是90年代初出现的一类新型分光器件,采用双折射晶体,通过改变频率来调节扫描的波长,整个仪器系统无移动部件,扫描速度快,具有较好的仪器稳定性,特别适合在线分析。但目前这类仪器的分辨率相对较低,AOTF的价格也较高。随着多通道检测器件生产技术的日趋成熟,采用固定光路、光栅分光、多通道检测器构成的NIR仪器,以其性能稳定、扫描速度快、分辨率高、性能价格比好等特点正越来越引起人们的重视。在与固定光路相匹配的多通道检测器中,常用的有二极管阵列(Photodiode-array简称PDA)和电荷耦合器件(ChargeCoupledDevices简称
  
  CCD)两种类型。
  
  国外NIR光谱仪发展状况:国外便携式近红外光谱仪的研制工作开展的较早,技术也比较成熟。从厂家的网上材料看,NIR仪器不断向小型化、固态化、模块化和快速实时方向发展。其中典型的有美国的ASD公司的可见/近红外便携式光谱分析仪LabspecPro系列,可选择光谱测量范围1000-1800nm、1000-2500nm、350-2500nm,光纤探头,并配以用于化学计量学模型编程的Unscrambler标准软件。澳大利亚IntegratedSpectronicsPtyLtd的PIMA(PortableInfraredMineralAnalyzer)是典型的便携式野外岩石矿物NIR分析仪器。PIMA系光栅扫描型,光谱范围1300~2500nm,仪器重2.5Kg,野外电池供电,外接笔记本电脑。
  
  OceanOpticsInc.研制生产的USB2000微型光纤光谱仪(USB2000MiniatureFiberOpticSpectrometer),有标准组件的光谱仪系统,配以不同的光栅、狭缝、不同的光纤设备等,可检测吸收、反射、发射光谱等,范围200-1100nm。USB2000整体尺寸为89mm×64mm×34mm,重量在270克左右。
  

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