近红外光谱仪器比较

近红外光谱仪器比较　

一　基本构成　

　近红外光谱仪的光学部分由：光源、分光系统、测样附件和检测器等部分构成。　

（１）光源

近红外光谱仪器最常用的光源是卤钨灯，性能稳定，价格也相对较低。发光二

极管ＬＥＤ是一种新型光源，波长范围可以设定，线性度好，适于在线或便携式

仪器。　

（２）测样附件：液体多使用透射式测量池，也可采用透射式光纤探头。　

（３）检测器：可分为　单点检测器和阵列检测器　金陵石化汽油调和的是单点检测器。

在短波区域多采用Ｓｉ检测器或ＣＣＤ阵列检测器。　

在长波区 多采用ＰｂＳ　或　ＩｎＧａＡｓ　或其阵列检测器。ＩｎＧａＡｓ　检测器的响应速

度快，信噪比和灵敏度高，但响应范围相对较窄，价格也较贵。ＰｂＳ　检测器的

响应范围较宽，价格约为ＩｎＧａＡｓ检测器的１／５，但其响应呈较高的非线性。为

了提高检测器的灵敏度，扩展响应范围，在使用时往往采用半导体或液氮制冷，

以保持较低的恒定温度。　

二　光谱仪的类型　

　色散型光谱仪由于固有的缺点：扫描速度慢、分辨率低、信噪比低、重复性差。　

　检测器的作用：检测光通过样品后的能量。选用检测器要满足下面三点要求：　

（１）具有较高的检测灵敏度（２）快的响应速度（３）较宽的测量范围　

　按单色器分类，市场上存在的ＮＩＲ光谱仪可分为：滤光片型、光栅色散型、傅里叶变换型（ＦＴ）、声光可调滤光器型（ＡＯＴＦ）四类。　

　除采用　单色器　分光外，也有仪器采用多个不同波长的发光二极管作为光源，即　ＬＥＤ型近红外光谱仪。　

１．滤光片型　

滤光片型仪器采用干涉滤光片进行分光。光学滤光片是建立在光学薄膜干涉原理上的精密光学滤光器件，利用入射和反射之间相位差产生的干涉现象，得到带宽相当窄的单色光，其半波宽可在１０ｎｍ以下，基本能达到单色器的分光质量。　

优点：采样速度快、比较坚固、可制造现场分析的手提式仪器。　

缺点：只能在单一或少数几个波长下测定，波长数目有限，若样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差。　

２．光栅扫描型　

原理：光源发出的复色光束，经准直后通过入射狭缝，照射到单色器（光栅）上，将复色光色散为单色光，从单色器出射的不同波长单色光的出射角度不同，通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，与待测样品发生作用后，到达检测器被检测。　

优点：结构不复杂、容易制造。与中红外相比，由于近红外光谱仪区可采用高能量的光源和高灵敏度的检测器，其信噪比较高。　

缺点：仪器的分辨率较傅里叶变换型仪器稍差，波长的准确性也有所下降。因光栅转动，不利于仪器的稳定性。　

光栅型的新进展：基于ＭＥＭＳ（微电子机械系统）开发出来的新型的近红外光谱仪　３．阵列检测器　

固定光路阵列检测器型仪器是２０世纪９０年代发展起来的一种新型的仪器。　

原理：此类仪器多采用后分光方式，即光源发出的光首先经过样品，再由光栅分光，光栅不需要转动，经过色散后的光聚焦在阵列检测器的焦面上同时被检测。　

优点：分光系统中无可移动光学部件，结构简单，成本低，极容易实现小型化，仪器的长期稳定性和抗干扰性能好，且扫描速度快。　

缺点：分辨率相对较低、仪器之间的一致性比光栅扫描型仪器更难保证。（光栅扫描型的一致性不如傅立叶型）　

４．声光可调（ＡＯＴＦ）型　

原理：以双折射晶体为分光原件，采用声光衍射的原理对光进行色散。ＡＯＴＦ　是由双折射晶体、射频辐射源、电声转换器和声波吸收器组成。　

优点：分光系统中无可移动部件、扫描速度快。既可以实现扫描范围内的全光谱扫描，也可以在扫描范围内任意选定一组波长进行扫描，对于固定的应用对象，可以大大节省测量时间。仪器体积小、重量轻，便于小型化。　

缺点：分辨率不如光栅型与傅里叶型，价格也高，由于晶体制作等原因，仪器间的一致性（吸光度与波长的准确性）不好。　

５．傅里叶变换型　

２０世纪８０年代以后，傅里叶变换型的光谱仪器已成为红外光谱仪器的主导产品。　

优点：扫描速度快、分辨率高、波长准确性好。但信噪比优势不明显。其采用单色性极好的Ｈｅ－Ｎｅ　激光器对干涉系统进行监控，且光谱的分辨率高，使得这类仪器具有较好的波长准确性与重复性，仪器间的一致性好。　

６．其他　

阿达玛（Ｈａｄａｍａｒｄ）变换和ＭＥＭＳ可编程光栅等类型的仪器。　

傅里叶型仪器的具体介绍，参考《化学计量学方法与分子光谱分析技术》-褚小立 P197