從全球看中國的近紅外光譜儀器的發展現狀
2011-06-09
中國NIR儀器的研制起步較晚，90 年代中期，有的廠家在生產傅立葉變換紅外光譜儀的基礎上，開發生產了傅立葉變換近紅外光譜儀器。北京北分瑞利分析儀器有限責任公司(原北京第二光學儀器廠)研制出傅立葉變換型NIR 光譜儀。在多通道近紅外光譜儀器的研制方面，石油化工科學研究所研制、深圳英賢儀器公司生產的NIR-2000 型近紅外光譜儀已于1998 年9 月通過中國石油化工集團公司鑒定，并進入批量生產。該儀器采用硅基2048 像素CCD 作檢測器，波長范圍700～1100nm，主要用于多種石油產品組成和性質的分析。
現代近紅外光譜儀器從分光系統可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換和聲光可調濾光器(AOTF)四種類型。光柵色散型儀器根據使用檢測器的差異又分為掃描式和固定光路兩種。在各種類型儀器中，光柵掃描式是最常用的儀器類型，采用全息光柵分光、PbS 或其他光敏元件作檢測器，具有較高的信噪比。由于儀器中的可動部件(如光柵軸)在連續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，不太合適于在線分析。
傅立葉變換近紅外光譜儀是目前近紅外光譜儀器的主導產品，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部件，且需要較嚴格的工作環境。AOTF 是90年代初出現的一類新型分光器件，采用雙折射晶體，通過改變頻率來調節掃描的波長，整個儀器系統無移動部件，掃描速度快，具有較好的儀器穩定性，特別適合在線分析。但目前這類儀器的分辨率相對較低，AOTF 的價格也較高。隨著多通道檢測器件生產技術的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、多通道檢測器構成的NIR 儀器，以其性能穩定、掃描速度快、分辨率高、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多通道檢測器中，常用的有二極管陣列(Photodiode-array 簡稱PDA)和電荷耦合器件(Charge Coupled Devices 簡稱CCD)兩種類型。
國外NIR 光譜儀發展狀況：國外便攜式近紅外光譜儀的研制工作開展的較早，技術也比較成熟。從廠家的網上材料看，NIR 儀器不斷向小型化、固態化、模塊化和快速實時方向發展。其中典型的有美國的ASD公司的可見/近紅外便攜式光譜分析儀Labspec Pro 系列，可選擇光譜測量范圍1000-1800nm、1000-2500nm、350-2500nm，光纖探頭，并配以用于化學計量學模型編程的 Unscrambler 標準軟件。澳大利亞Integrated Spectronics Pty Ltd 的PIMA (Portable Infrared Mineral Analyzer)是典型的便攜式野外巖石礦物NIR 分析儀器。PIMA 系光柵掃描型，光譜范圍1 300～2500 nm，儀器重2.5Kg，野外電池供電，外接筆記本電腦。
Ocean Optics Inc.研制生產的USB2000 微型光纖光譜儀(USB2000 Miniature Fiber Optic Spectrometer)， 有標準組件的光譜儀系統，配以不同的光柵、狹縫、不同的光纖設備等，可檢測吸收、反射、發射光譜等，范圍200-1100nm。USB2000 整體尺寸為89mm×64mm×34mm，重量在270克左右。
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