近红外光谱仪各类型及优缺点的总结

近红外光谱仪各类型及优缺点的总结

滤光片型近红外光谱仪器以滤光片作为分光体系，即选用滤光片作为单色光器材。滤光片型近红外光谱仪器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种方式，其间固定滤光片型的仪器是近红外光谱仪早期的规划方式。仪器作业时，由光源发出的光通过滤光片后得到一 定宽带的单色光，与样品效果后到触达检测器。

该类型仪器优点：

仪器的体积小，可以作为专用的便携仪器；制造成本低，适于大面积推广。

该类型仪器缺点：

单色光的谱带较宽，波长分辨率差；对温湿度较为敏感；得不到连续光谱；不能对谱图进行预处理，得到的信息量少。故只能作为较低档的专用仪器。

红外光谱

色散型近红外光谱仪器

色散型近红外光谱仪器的分光元件可所以棱镜或光栅。为获得较高分辨率，现代色散型仪器中多选用全息光栅作为分光元件，扫描型仪器经过光栅的转动，使单色光依照波长的高底依次经过样品，进入检测器检测。依据样品的物态特性，能够挑选不同的样品检测器元件进行投射或反射分析。

运用扫描型近红外光谱仪可对样品进行全谱扫描，扫描的重复性和分辨率较滤光片型仪器有很大程度的进步，单个高端的色散型近红外光谱仪还能够作为研讨级仪器运用。

化学计量学在近红外中的应用是现代近红外剖析的特征之一。采用全谱剖析，能够从近红外谱图中提取很多的有用信息；通过合理的计量学方法将光谱数据与练习集样品的性质（组成、特性数据）相关联可得到相应的校对模型；进而预测未知样品的性质。

光栅或反光镜的机械轴承长期连续运用简单磨损，影响波长的精度和重现性；由于机械部件较多，仪器的抗震功用较差；图谱简单受到杂散光的搅扰；扫描速度较慢，扩展功用差。由于运用外部规范样品校对仪器，其分辨率、信噪比等目标虽然比滤光片型仪器有了很大的前进，但与傅里叶型仪器比较仍有质的差异。

红外光谱

傅里叶变换型近红外光谱仪器

傅里叶变换近红外分光光度计简称为傅里叶变换光谱仪，它利用干涉图与光谱图之间的对应关系，通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换的方法来测定和研究近红外光谱。

其基本组成包括五部分：

分析光发生系统，由光源、分束器、样品等组成，用以产生负载了样品信息的分析光；

以传统的麦克尔逊干涉仪为代表的干涉仪，以及以后的各类改进型干涉仪，其作用是使光源发出的光分为两束后，造成一 定的光程差，用以产生空间（时间）域中表达的分析光，即干涉光；

检测器，用以检测干涉光；

采样系统，通过数模转换器把检测器检测到的干涉光数字化，并导入计算机系统；

计算机系统和显示器，将样品干与光函数和光源干与光函数别离经傅里叶变换为强度俺频率分布图，二者的比值即样品的近红外图谱，并在显示器中显示。

干涉仪：

在傅里叶变换近红外光谱仪器中，干涉仪是仪器的心脏，它的好坏直接影响到仪器的心梗，因此有必要了解传统的麦克尔逊干涉仪以及改进后的干涉仪的工作原理。

传统的麦克尔逊（Michelson）干涉仪：传统的麦克尔逊干涉仪系统包含两个互成90度角的平面镜、光学分束器、光源和检测器。平面镜中一个固定不动的为定镜，一个沿图示方向平行移动的为动镜。动镜在运动过程中应时刻与定镜坚持90度角。为了减小冲突，防止振荡，通常把动镜固定在空气轴承上移动。

改进的干涉仪：干与仪是傅里叶光谱仪极为重要的部件，它的性能好坏决议了傅里叶光谱仪的质量，在经典的麦克尔逊干与仪的基础上，近年来在提高光通量、增加稳定性和抗震性、简化仪器结构等方面有不少改进。

传统的麦克尔逊干与仪工作过程中，当动镜移动时，难免会存在一 定程度上的摆动，使得两个平面镜互不笔直，导致入射光不能直射入动镜或反射光线偏离原入射光的方向，从而得不到与入射光平行的反射光，影响干与光的质量。外界的振动也会发生相同的影响。

因此经典的干涉仪除需经十分准确的调整外，还要在使用过程中避免振荡，以坚持动镜准确的垂直定镜，获得杰出的光谱图。为进步仪器的抗振能力，Bruker公司开宣布三维立体平面角镜干涉仪，选用两个三维立体平面角镜作为动镜，通过安装在一个双摇摆设备质量中心处的无冲突轴承，将两个立体平面角镜衔接。

三维立体平面角镜干涉仪的实质是用立体平面角镜代替了传统干涉仪两干臂上的平面反光镜。由立体角镜的光学原理可知，当其反射面之间有细小的垂直度误差及立体角镜沿轴方向发生较小的摇摆时，反射光的方向不会发生改变，仍能够严格地按与入射光线平行的方向射出。

由此能够看出，选用三维立体角镜后，能够有效地消除动镜在运动过程中因摇摆、外部振荡或歪斜等因素引起的附加光程差，从而进步了一起的抗振能力和重复性。