紅外光譜儀的種類和工作原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上一、的種類紅外光譜儀的種類有：棱鏡和光柵光譜儀。屬于色散型，它的單色器為棱鏡或光柵，屬單通道測量。傅里葉變換紅外光譜儀。它是非色散型的，其核心部分是一臺雙光束干涉儀。當(dāng)儀器中的動鏡移動時，經(jīng)過干涉儀的兩束相干光間的光程差就改變，探測器所測得的光強也隨之變化，從而得到干涉圖。經(jīng)過傅里葉變換的數(shù)學(xué)運算后，就可得到入射光的光譜。這種儀器的優(yōu)點：多通道測量，使信噪比提高。光通量高，提高了儀器的靈敏度。波數(shù)值的精確度可達0.01厘米-1。增加動鏡移動距離，可使分辨本領(lǐng)提高。工作波段可從可見區(qū)延伸到毫米區(qū)，可以實現(xiàn)遠紅外光譜的。近紅外光譜儀種類繁多，根據(jù)不用的角度有多種分類方法。

2、從應(yīng)用的角度分類，可以分為在線過程監(jiān)測儀器、專用儀器和通用儀器。從儀器獲得的光譜信息來看，有只測定幾個波長的專用儀器，也有可以測定整個近紅外譜區(qū)的研究型儀器;有的專用于測定短波段的近紅外光譜，也有的適用于測定長波段的近紅外光譜。較為常用的分類模式是依據(jù)儀器的分光形式進行的分類，可分為濾光片型、色散型(光柵、棱鏡)、傅里葉變換型等類型。下面分別加以敘述。二、濾光片型近紅外光譜儀器：濾光片型近紅外光譜儀器以濾光片作為分光系統(tǒng)，即采用濾光片作為單色光器件。濾光片型近紅外光譜儀器可分為固定式濾光片和可調(diào)式濾光片兩種形式，其中固定濾光片型的儀器時近紅外光譜儀最早的設(shè)計形式。儀器工作時，由光源發(fā)出的光通過

3、濾光片后得到一寬帶的單色光，與樣品作用后到達器。該類型儀器優(yōu)點是：儀器的體積小，可以作為專用的便攜儀器;制造成本低，適于大面積推廣。該類型儀器缺點是：單色光的譜帶較寬，波長分辨率差;對溫濕度較為敏感;得不到連續(xù)光譜;不能對譜圖進行預(yù)處理，得到的信息量少。故只能作為較低檔的專用儀器。三、色散型近紅外光譜儀器：色散型近紅外光譜儀器的分光元件可以是棱鏡或光柵。為獲得較高分辨率，現(xiàn)代色散型儀器中多采用全息光柵作為分光元件，掃描型儀器通過光柵的轉(zhuǎn)動，使單色光按照波長的高低依次通過樣品，進入檢測器檢測。根據(jù)樣品的物態(tài)特性，可以選擇不同的測樣器件進行投射或反射。該類型儀器的優(yōu)點：是使用掃描型近紅外光譜儀可對

4、樣品進行全譜掃描，掃描的重復(fù)性和分辨率叫濾光片型儀器有很大程度的提高，個別高端的色散型近紅外光譜儀還可以作為研究級的儀器使用?；瘜W(xué)計量學(xué)在近紅外中的應(yīng)用時現(xiàn)代近紅外分析的特征之一。采用全譜分析，可以從近紅外譜圖中提取大量的有用信息;通過合理的計量學(xué)方法將光譜數(shù)據(jù)與訓(xùn)練集樣品的性質(zhì)(組成、特性數(shù)據(jù))相關(guān)聯(lián)可得到相應(yīng)的校正模型;進而預(yù)測未知樣品的性質(zhì)。該類型儀器的缺點：是光柵或反光鏡的機械軸承長時間連續(xù)使用容易磨損，影響波長的精度和重現(xiàn)性;由于機械部件較多，儀器的抗震性能較差;圖譜容易受到雜散光的干擾;掃描速度較慢，擴展性能差。由于使用外部樣品校正儀器，其分辨率、信噪比等指標(biāo)雖然比濾光片型儀器有了

5、很大的提高，但與傅里葉型儀器相比仍有質(zhì)的區(qū)別。四、傅里葉變換型近紅外光譜儀器：傅里葉變換近紅外分光光度計簡稱為傅里葉變換光譜儀，它利用干涉圖與光譜圖之間的對應(yīng)關(guān)系，通過測量干涉圖并對干涉圖進行傅里葉積分變換的方法來測定和研究近紅外光譜。其基本組成包括五部分：分析光發(fā)生系統(tǒng)，由光源、分束器、樣品等組成，用以產(chǎn)生負載了樣品 信息的分析光;以傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀為代表的干涉儀，以及以后的各類改進型干涉儀，其作用是使光源發(fā)出的光分為兩束后，造成一定的光程差，用以產(chǎn)生空間(時間)域中表達的分析光，即干涉光;檢測器，用以檢測干涉光;采樣系統(tǒng)，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器把檢測器檢測到的干涉光數(shù)字化，并導(dǎo)入計算機系統(tǒng);計

6、算機系統(tǒng)和顯示器，將樣品干涉光函數(shù)和光源干涉光函數(shù)分別經(jīng)傅里葉變換為強度俺頻率分布圖，二者的比值即樣品的近紅外圖譜，并在顯示器中顯示。在傅里葉變換近紅外光譜儀器中，干涉儀是儀器的心臟，它的好壞直接影響到儀器的心梗，因此有必要了解傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀以及改進后的干涉儀的工作原理。 傳統(tǒng)的麥克爾遜(Michelson)干涉儀：傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀系統(tǒng)包括兩個互成90度角的平面鏡、光學(xué)分束器、光源和檢測器。平面鏡中一個固定不動的為定鏡，一個沿圖示方向平行移動的為動鏡。動鏡在運動過程中應(yīng)時刻與定鏡保持90度角。為了減小摩擦，防止振動，通常把動鏡固定在空氣軸承上移動。光學(xué)分束器具有半透明性質(zhì)，放于動鏡和

7、定鏡之間并和它們成45度角，使入射的單色光50%透過，50%反射，使得從光源射出的一束光在分束器被分成兩束：反射光A和透射光B。A光束垂直射到定鏡上;在那兒被反射，沿原光路返回分束器;其中一半透過分束器射向檢測器，而另一半則被反射回光源。B光束以相同的方式穿過分束器射到動鏡上;在那兒同樣被反射，沿原光路返回分束器;再被分束器反射，與A光束一樣射向檢測器，而以另一半則透過分束器返回原光路。A、B兩束光在此會合，形成為具有干涉光特性的相干光;當(dāng)動鏡移動到不同位置時，即能得到不同光程差的干涉光強。改進的干涉儀：干涉儀是傅里葉光譜儀最重要的部件，它的性能好壞決定了傅里葉光譜儀的質(zhì)量，在經(jīng)典的麥克爾遜干

8、涉儀的基礎(chǔ)上，近年來在提高光通量、增加穩(wěn)定性和抗震性、簡化儀器結(jié)構(gòu)等方面有不少改進。五、傳統(tǒng)的麥克爾遜干涉儀工作過程中，當(dāng)動鏡移動時，難免會存在一定程度上的擺動，使得兩個平面鏡互不垂直，導(dǎo)致入射光不能直射入動鏡或反射光線偏離原入射光的方向，從而得不到與入射光平行的反射光，影響干涉光的質(zhì)量。外界的振動也會產(chǎn)生相同的影響。因此經(jīng)典的干涉儀除需經(jīng)十分精確的調(diào)整外，還要在使用過程中避免振動，以保持動鏡精確的垂直定鏡，獲得良好的光譜圖。為提高儀器的抗振能力，Bruker公司開發(fā)出三維立體平面角鏡干涉儀，采用兩個三維立體平面角鏡作為動鏡，通過安裝在一個雙擺動裝置質(zhì)量中心處的無摩擦軸承，將兩個立體平面角鏡連接。三維立體平面角鏡干涉儀的實質(zhì)是用立體平面角鏡代替了傳統(tǒng)干涉儀兩干臂上的平面反光鏡。由立體角鏡的光學(xué)原理可知，當(dāng)其反射面之間有微小的垂直