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近紅外光譜技術過去的發展情況

早期光譜儀通常是體積龐大笨重且配備活動部件的儀器。照明光源通過棱鏡或光柵被分散為其子部件適用的波長。針對相應光譜上的每個測量點，光柵在手動控制下以小的增量旋轉。與其它在線測量儀表提供的參數（如壓力、流量和溫度等變量）相比，在線近紅外分析提供的數據（如組成或性質）是直接質量參數，對生產的優化提供更準確和有益的參考信息。每個所測樣本的數據都被整理成一份光譜圖。然后，需要手動將光譜圖與參考物及其他樣本進行對比。這些早期光譜儀固定擺放在實驗室的某個位置，而且一經安裝就很少再被移動。

20世紀70年代迎來了光譜技術領域微處理器的誕生，其既可用于控制光譜儀，也可用于處理所測得的數據。20世紀70年代到21世紀初期，半導體工業獲得了長足發展。但近紅外分析的效率是取決于儀器所配備的模型的數目，比如測量一張光譜圖，如果僅有一個模型，只能得到一個數據，如果建立了10種數據模型，那么，僅憑測量的一張光譜，可以同時得到10種分析數據。這給微處理器和電腦帶來了革命性的變化，從而能夠更好地控制光譜儀和處理光譜數據。模擬/數字轉換器的誕生使光譜數據采樣可以通過處理器控制。

近紅外光譜分析技術的發展現狀

當今的近紅外光譜儀通常采用以下六種架構：

固定濾波器：這類儀器基于固定數量的波長進行測量，每種波長對應濾光輪上特定的濾光片。濾光輪在不同濾光片之間轉動時進行讀數。

旋轉光柵/棱鏡：這類儀器利用電機在單點探測器上移動光柵分散的輸出（波長）。

FT-NIR：這類儀器利用邁克耳孫干涉儀技術的傅立葉交換性質，通過移動的鏡面創造能夠與某個光譜形成數學相關的干涉圖樣。

線陣探測器：這類儀器利用光柵在元素數量為256或512以上的一維線性像素陣列上分散波長。

線性漸變濾光器：這類儀器利用線陣探測器前的漸變濾光元素，使特定波長能夠影響每個像素元素。

DLP?技術：數字微鏡器件（DMD）將光柵分散的光反射到單個像素探測器上。DMD可編程，且靈活度高，因此可按照任何順序或不同分辨率對波長進行采樣。整個過程只需一次掃描即可完成。

現在的近紅外光譜儀比前幾代產品要先進得多，具有微處理器控制、高精A/D采樣、光譜電算化（帶統計分析）等特性。不同架構的使用模型也有所不同：

實驗室專用型：通常為的大型通用儀器。處理光譜數據的計算機可以是實驗室內部設備，也可以是通過以太網或USB互聯的遠程設備。這些計算機可對海量數據進行處理，并在數秒之內完成與分布式參考庫的對比。

便攜型：便攜式NIR光譜儀外形同實驗室小型版本類似，可以移動，通常配備110V交流電源或12V帶反相器電源，體積通常比午餐盒略大一些，可以放在卡車后擋板上，以供現場或工業環境（例如農場或礦區）中使用。

聯機型：這類專門化設備用于監測工廠環境，通常具有特定用途。工廠安裝可能會在一條裝配線上包含多臺光譜儀，通過以太網或無線網連接到主控制設施。

手持型：手持式光譜儀的生產受到了廣泛關注，其特征是真正實現了便攜化，非常便于用戶使用。目前已推出電池供電式產品，體積與大型手鉆相近。這類產品的好處是，非常便攜，而且依靠內置電源可以遠途使用。

近紅外線光譜儀的用途

1. 實驗室

儀器通常體積較大、準確度高且屬于一般用途。用來處理光譜資料的電腦可能位于實驗室內部，有些則是位在遠端并透過乙太網路或USB連網。它們能處理大量的資料，幾秒內就能和分散式參考標的進行比對。

2. 野外

可攜式近紅外線光譜儀的外型類似小型實驗室儀器，可隨意移動，通常只需交流電110伏特，或12伏特加上變流器即可供電?？蓴y式近紅外線光譜儀的尺寸通常只比便當盒大一點，可放置在貨卡尾門上，適用于農田或礦場等產業型場景。

3. 工廠

這類專用設備可監測工廠環境，通常有特定的用途。在工廠的建置中，一條生產線上可能包含多種的光譜儀，透過乙太網路或以無線連網連結主要的控制設施。

近紅外光譜分析儀器

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、聲光可調濾光器和陣列檢測五種類型。濾光片型主要作專用分析儀器，如糧食水分測定儀。由于濾光片數量有限，很難分

析復雜體系的樣品。 光柵掃描式具有較高的信噪比和分辨率。 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，不太適合于在線分析。近紅外光譜儀使用需要注意的事項注意要符合規定的環境條件來使用，值得相信的近紅外光譜儀廠家提醒要注意實驗室的溫度以及相對濕度都應該在標準范圍以內，所用電源應配備有穩壓裝置和接地線。傅立葉變換近紅外光譜儀是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性部件，且需要較嚴格的工作環境。聲光可調濾光器是采用雙折射晶體，通過改變射頻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。但這類儀器的分辨率相對較低，價格也較高。隨著陣列檢測器件生產技術的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、陣列檢測器構成的NIR儀器，以其性能穩定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高以及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陣列檢測器中，常用的有電荷耦合器件（CCD）和二極管陣列（PDA）兩種類型，其中 Si 基 CCD 多用于近紅外短波區域的光譜儀，InGaAs 基 PDA 檢測器則用于長波近紅外區域。北京英賢儀器有限公司與石油化工科學研究院和美國微光譜公司合作， 基于陣列檢測器成功開發出了系列近紅外光譜儀，包括實驗室型和在線型儀器，光譜范圍覆蓋了整個近紅外波段（700～2500nm），根據測量對象可以選擇多種測量方式如透射、漫反射等，已在 30 余家煉廠、科研單位和高校得到成功應用。