近紅外光譜儀器的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代近紅外光譜儀器從分光系統(tǒng)可分為固定波長(zhǎng)濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換和聲光可調(diào)濾光器(AOTF)四種類型。光柵色散型儀器根據(jù)使用檢測(cè)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(cè)器，具有較高的信噪比。由于儀器中的可動(dòng)部件(如光柵軸)在連續(xù)高強(qiáng)度的運(yùn)行中可能存在磨損問(wèn)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(dǎo)產(chǎn)品，具有較高的分辨率和掃描速度，這類儀器的弱點(diǎn)同樣是干涉儀中存在移動(dòng)部件，且需要較嚴(yán)格的工作環(huán)境。AOTF 是90年代初出現(xiàn)的一類新型分光器件，采用雙折射晶體，通過(guò)改變頻率來(lái)調(diào)節(jié)掃描的波長(zhǎng)，整個(gè)儀器系統(tǒng)無(wú)移動(dòng)部件，掃描速度快，具有較好的儀器穩(wěn)定性，特別適合在線分析。但目前這類儀器的分辨率相對(duì)較低，AOTF 的價(jià)格也較高。隨著多通道檢測(cè)器件生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、多通道檢測(cè)器構(gòu)成的NIR 儀器，以其性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、性能價(jià)格比好等特點(diǎn)正越來(lái)越引起人們的重視。在與固定光路相匹配的多通道檢測(cè)器中，常用的有二極管陣列(Photodiode-array 簡(jiǎn)稱PDA)和電荷耦合器件(Charge Coupled Devices 簡(jiǎn)稱
CCD)兩種類型。
國(guó)外NIR 光譜儀發(fā)展?fàn)顩r：國(guó)外便攜式近紅外光譜儀的研制工作開(kāi)展的較早，技術(shù)也比較成熟。從廠家的網(wǎng)上材料看，NIR 儀器不斷向小型化、固態(tài)化、模塊化和快速實(shí)時(shí)方向發(fā)展。其中典型的有美國(guó)的ASD公司的可見(jiàn)/近紅外便攜式光譜分析儀Labspec Pro 系列，可選擇光譜測(cè)量范圍1000-1800nm、1000-2500nm、350-2500nm，光纖探頭，并配以用于化學(xué)計(jì)量學(xué)模型編程的 Unscrambler 標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)的USB2000 微型光纖光譜儀(USB2000 Miniature Fiber Optic Spectrometer)， 有標(biāo)準(zhǔn)組件的光譜儀系統(tǒng)，配以不同的光柵、狹縫、不同的光纖設(shè)備等，可檢測(cè)吸收、反射、發(fā)射光譜等，范圍200-1100nm。USB2000 整體尺寸為89mm×64mm×34mm，重量在270克左右。
我國(guó)NIR儀器的研制起步較晚，90 年代中期，有的廠家在生產(chǎn)傅立葉變換紅外光譜儀的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)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(zé)任公司(原北京第二光學(xué)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(xué)研究所研制、深圳英賢儀器公司生產(chǎn)的NIR-2000 型近紅外光譜儀已于1998 年9 月通過(guò)中國(guó)石油化工集團(tuán)公司鑒定，并進(jìn)入批量生產(chǎn)。該儀器采用硅基2048 像素CCD 作檢測(cè)器，波長(zhǎng)范圍700～1100nm，主要用于多種石油產(chǎn)品組成和性質(zhì)的分析。