近红外光谱仪

这一特征波长的光，外层电子由基态跃迁到相应的激发态，而产生原子
吸收光谱。
电子跃迁到较高能级以后处于激发态，但激发态电子是不稳定的，
大约经过10-8秒以后，激发态电子将返回基态或其它较低能级，并将电
子跃迁时所吸收的能量以光的形式释放出去，这个过程称原子发射光谱。
可见原子吸收光谱过程吸收辐射能量，而原子发射光谱过程则释放辐射
中待测元素的含量，它符合郎珀-比尔定律 A= -lg I/I o= -lgT = KCL 式中I
为透射光强度，I0为发射光强度，T为透射比，L为光通过原子化器光程
由于L是不变值所以A=KC。
物理原理
任何元素的原子都是由原子核和绕核运动的电子组成的，原子核外
电子按其能量的高低分层分布而形成不同的能级，因此，一个原子核可
A/D
放
取样系统
大 系
统
切
光
器
光
扫 描
光源
学
驱 动
系
系
统
统
模 块
单
主
片 机
机
系统 总 体 框 图
样机模型
三、便携式近红外仪分光系统 （单色器）：光栅扫描型
体积小，价格适中，精度满足要求
采用光栅扫描型的原因
1、傅立叶干涉型的光谱仪精 度高，重复性好，但其造价高， 且其核心器件傅立叶干涉仪大 且重，无法做成便携式；
经
1. 棱镜光谱仪
典
光 谱
2. 衍射光栅光谱仪
仪 器
3.干涉光谱仪
近红外光谱分析仪
仪器分光类型： 单光路光栅扫描型
样品测量类型：漫反射 技术
二、近红外仪的结构工作原理
光
透
镜 源
切
光 器
光
栅 及 反 射
积 分 球
镜
光路框图
CCD红外光谱仪结构示意图
无 移 动 部 件 型
(CCD)
光栅扫描型便携式近红外光谱仪
宇 宙
射
光微 短
线
线
波波 波
X X
软 射 线
真 空 紫 外
紫 外 线
10-3 线 10-1
可 见 光
近 红 外 线
中 红 外 线
1 10 102
光谱分析仪，是一种用于测量发光体的辐射光谱，即
发光体本身的指标参数的仪器。
工作原理
分析原理是将光源辐射出的待测元素的特征光谱通过样品的蒸汽中
待测元素的基态原子所吸收，由发射光谱被减弱的程度，进而求得样品
光栅G
反射镜M2
入射狭缝S1
平面光栅单 色仪
离轴抛物镜M1 出射狭缝S2
光电倍增管
图中的光电倍增管是一种光电转换器件，它的作用是将光信号转换成电信号并放大， 以便输入外围检测电路测量出强度大小。转动光栅，测出各不同波长的光分量对应的 信号强度，我们就可以得到光源的能谱曲线。当然，即使入射光的能谱是均匀的，最 终的电信号响应也很可能随出射光波长而变。这就需要我们在处理电信号时将系统的 波长相关非线性响应特性考虑进去。
以具有多种能级状态。
能量最低的能级状态称为基态能级（E0=0），其余能级称为激发态
能级，而能最低的激发态则称为第一激发态。正常情况下，原子处于基
态，核外电子在各自能量最低的轨道上运动。
如果将一定外界能量如光能提供给该基态原子，当外界光能量E恰好
等于该基态原子中基态和某一较高能级之间的能级差E时，该原子将吸收
近红外光谱分析仪
--------杭州聚光SupNIR系 列
目录
一、基本知识（红外光谱原理） 二、近红外仪结构及工作原理 三、近红外仪光学分光系统 四、便携式红外仪器的特点及应用 五、聚光SupNIR系列产品介绍
1 基一本知. 识红外光谱原理
10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 102 104 106 108
平面光栅的分光作用
右图是平面光栅的分 光示意图。一束白光 射向光栅，由于光栅 表面有序的细密条纹， 光波在其表面上产生 衍射和干涉，最后各 波长分量被分解开来。 我们知道棱镜也有类 似的分光功能，那为 什么本实验要用光栅 而不是棱镜呢？这是 因为，相对与棱镜， 光栅的分光能力更强， 并且更容易定标（出 射光的波长与光栅的 转角有着简单的对应 关系）。
红外分析特点：
1.适合分析含C-H，O-H，N-H等基团化合物; 2.不同的基团和同一基团在不同化学环境中的 吸收波长有明显差别；
3.可使用较长的光程（约780nm-2526nm）； 4.吸收系数小 ,样品不经稀释就可直接测量； 5. 痕量污染对测量的干扰不大；
6.近红外各谱带宽和交叠多;
7.无近红外光谱吸收的物质也能够通过它对共 存的本体物质影响引起的光谱变化，间接地 反映它存在的信息；
2、滤光片型不能进行全谱测 量，精度不够
光栅扫描型光谱仪分为： 单光路和多光路
1、多光路的仪器信号强，易于
提高信噪比，重复性易于得到保 证，但光学元件过多，光程长， 体积难以做小； 2、单光路仪器可以做小，且通 过电路的加强和光路的改进，可 以使信噪比达到要求，由于测量 时间短，重复性能得到保证；
单光路的扫描型仪器图
分光系统原理图
如图所示，光源发出的光聚焦 在 狭 缝 S1 处 ， 而 S1 恰 好 处 于 离 轴抛物镜M1的焦面上，所以入 射光成为平行光射向光栅G。光 凸透镜 栅表面有着细密的刻纹，它的 作 用 与 棱 镜 类 似 ， 都 可 以 将光一源 束混合平行成出射光分解角不 同的各路单色光。这一系列分 开的单色光最终经反射镜M2反 射后会聚成像在不同的位置。 如果我们控制光栅G，使其绕轴 缓慢转动，则各路出射光的像 点也会跟着移动，这样相应波 长 的 光 就 会 依 次 射 出 狭 缝 S2， 这就是平面光栅单色仪的分光 原理。
能量。
红外分析原理
有机物以及部分无机物分子中化学键结合的各种基团（C=C， N=C，O=C，O=H，N=H）的运动（伸缩、振动、弯曲等） 都有它固定的振动频率。当分子受到红外线照射时，被激发 产生共振，同时光的能量一部分被吸收，测量其吸收光，可 得到极为复杂的图谱，这种图谱表示被测物质的特征[4]。不 同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定 的吸收特征，这就为近红外光谱定量分析提供了基础。
8可测量形式如漫反射、透射和反射各种各样 的物态样品的光谱 。
同一官能团在不同物质里吸收位置不同（地开石，明矾石，叶 蜡石， 高岭石）
光谱仪的分类
（1）.经典光谱仪 建立在空间色散原
理上 ，都是狭缝光谱仪器
（2）.新型光谱仪 建立在调制原理上，
是非空间分光的,它采用Βιβλιοθήκη 孔进光根据色散组件的分光原理