近紅外光譜儀的分類方式比較多,但市場上分類主要還是按照儀器的分光器件不同來分,一般可分為4種主要類型:濾光片型、光柵色散型、傅立葉變換型和聲光調製濾光器型。其中光柵色散型又有光柵掃描單通道和非掃描固定光路多通道檢測之分。
非掃描固定光路多通道近紅外光譜儀器shiyinweiyiqidejianceqicaiyongduotongdaoguangminqijianerdeming。zheleiyiqidesesanxitongyibancaiyongpingmianguangzhahuoquanxiguangzha,yuguangzhasaomiaoxingxiangbi,guangzhabuxuyaozhuandongjikeshixianquedingbochangfanweidesaomiao。duotongdaojianceqideleixingzhuyaoyouliangzhong:二極管陣列(Photodiode Array,縮寫為PDA)和電荷耦合器件(Charger Coupled Device,縮寫為CCD)。該(gai)類(lei)型(xing)儀(yi)器(qi)測(ce)量(liang)的(de)波(bo)長(chang)範(fan)圍(wei)取(qu)決(jue)於(yu)檢(jian)測(ce)器(qi)光(guang)敏(min)元(yuan)件(jian)的(de)材(cai)料(liao),如(ru)矽(gui)基(ji)光(guang)敏(min)元(yuan)件(jian)的(de)響(xiang)應(ying)範(fan)圍(wei)在(zai)短(duan)波(bo)近(jin)紅(hong)外(wai)區(qu)域(yu)。這(zhe)類(lei)儀(yi)器(qi)的(de)最(zui)大(da)特(te)點(dian)是(shi)儀(yi)器(qi)內(nei)部(bu)無(wu)可(ke)移(yi)動(dong)部(bu)件(jian),儀(yi)器(qi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)好(hao);lingwaiyigetedianshisaomiaosudukuai,yibandanzhangguangpudesaomiaosuduzhiyoujishihaomiao。zhelianggetediandejiehe,shigaileiyiqitebieshihezuoweixianchanghuozaixianfenxiyiqishiyong。duotongdaoxingyiqidefenbianlvqujueyuguangzhaxingneng、檢jian測ce器qi的de像xiang素su以yi及ji狹xia縫feng的de尺chi寸cun。在zai確que定ding的de波bo長chang範fan圍wei內nei,檢jian測ce器qi的de像xiang素su越yue高gao,所suo檢jian測ce到dao的de樣yang品pin信xin息xi越yue豐feng富fu,但dan一yi般ban像xiang素su越yue高gao的de檢jian測ce器qi價jia格ge也ye越yue高gao。
濾光片型近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)儀(yi)器(qi)可(ke)分(fen)為(wei)固(gu)定(ding)濾(lv)光(guang)片(pian)和(he)可(ke)調(tiao)濾(lv)光(guang)片(pian)兩(liang)種(zhong)形(xing)式(shi)。固(gu)定(ding)濾(lv)光(guang)片(pian)型(xing)光(guang)譜(pu)儀(yi)是(shi)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)儀(yi)器(qi)的(de)最(zui)早(zao)設(she)計(ji)形(xing)式(shi),這(zhe)種(zhong)儀(yi)器(qi)首(shou)先(xian)要(yao)根(gen)據(ju)測(ce)定(ding)樣(yang)品(pin)的(de)光(guang)譜(pu)特(te)征(zheng)選(xuan)擇(ze)適(shi)當(dang)波(bo)長(chang)的(de)濾(lv)光(guang)片(pian)。該(gai)類(lei)型(xing)儀(yi)器(qi)的(de)特(te)點(dian)是(shi)設(she)計(ji)簡(jian)單(dan)、成本低、光通量大、信號記錄快、堅固耐用;但(dan)這(zhe)類(lei)儀(yi)器(qi)隻(zhi)能(neng)在(zai)單(dan)一(yi)波(bo)長(chang)下(xia)測(ce)定(ding),靈(ling)活(huo)性(xing)較(jiao)差(cha),如(ru)樣(yang)品(pin)的(de)基(ji)體(ti)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua),往(wang)往(wang)會(hui)引(yin)起(qi)較(jiao)大(da)的(de)測(ce)量(liang)誤(wu)差(cha)。可(ke)調(tiao)濾(lv)光(guang)片(pian)型(xing)光(guang)譜(pu)儀(yi)采(cai)用(yong)濾(lv)光(guang)輪(lun),可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)比(bi)較(jiao)方(fang)便(bian)地(di)在(zai)一(yi)個(ge)或(huo)幾(ji)個(ge)波(bo)長(chang)下(xia)進(jin)行(xing)測(ce)定(ding)。這(zhe)種(zhong)儀(yi)器(qi)一(yi)般(ban)作(zuo)專(zhuan)用(yong)分(fen)析(xi),如(ru)糧(liang)食(shi)水(shui)分(fen)測(ce)定(ding)儀(yi)。由(you)於(yu)濾(lv)光(guang)片(pian)數(shu)量(liang)有(you)限(xian),很(hen)難(nan)分(fen)析(xi)複(fu)雜(za)體(ti)係(xi)的(de)樣(yang)品(pin)。
掃描型儀yi器qi通tong過guo光guang柵zha的de轉zhuan動dong,使shi單dan色se光guang按an波bo長chang高gao低di依yi次ci通tong過guo測ce樣yang器qi件jian,與yu樣yang品pin作zuo用yong後hou,進jin入ru檢jian測ce器qi檢jian測ce。與yu濾lv光guang片pian型xing的de近jin紅hong外wai光guang譜pu儀yi器qi相xiang比bi,色se散san型xing近jin紅hong外wai光guang譜pu儀yi器qi具ju有you可ke實shi現xian全quan譜pu掃sao描miao、分辨率較高、儀(yi)器(qi)價(jia)位(wei)適(shi)中(zhong)和(he)便(bian)於(yu)維(wei)護(hu)等(deng)優(you)點(dian),其(qi)最(zui)大(da)的(de)弱(ruo)點(dian)是(shi)光(guang)柵(zha)或(huo)反(fan)光(guang)鏡(jing)的(de)機(ji)械(xie)軸(zhou)承(cheng)長(chang)時(shi)間(jian)連(lian)續(xu)使(shi)用(yong)容(rong)易(yi)磨(mo)損(sun),影(ying)響(xiang)波(bo)長(chang)的(de)精(jing)度(du)和(he)重(zhong)現(xian)性(xing),抗(kang)震(zhen)性(xing)較(jiao)差(cha),一(yi)般(ban)不(bu)適(shi)合(he)作(zuo)為(wei)過(guo)程(cheng)分(fen)析(xi)儀(yi)器(qi)使(shi)用(yong)。
傅立葉變換光guang譜pu技ji術shu是shi利li用yong幹gan涉she圖tu和he光guang譜pu圖tu之zhi間jian的de對dui應ying關guan係xi,通tong過guo測ce量liang幹gan涉she圖tu和he對dui幹gan涉she圖tu進jin行xing傅fu立li葉ye積ji分fen變bian換huan的de方fang法fa來lai測ce定ding和he研yan究jiu光guang譜pu的de技ji術shu。與yu傳chuan統tong的de色se散san型xing光guang譜pu儀yi相xiang比bi,傅fu立li葉ye變bian換huan光guang譜pu儀yi能neng同tong時shi測ce量liang、記錄所有波長的信號,並以更高的效率采集來自光源的輻射能量,具有更高的波長精度、分fen辨bian率lv和he信xin噪zao比bi。但dan由you於yu幹gan涉she儀yi中zhong動dong鏡jing的de存cun在zai,儀yi器qi的de在zai線xian長chang久jiu可ke靠kao性xing受shou到dao一yi定ding的de限xian製zhi,另ling外wai對dui儀yi器qi的de使shi用yong和he放fang置zhi環huan境jing也ye有you較jiao高gao的de要yao求qiu。
聲光可調濾光器(Acousto-optic Tunable Filter,縮寫為AOTF)是利用超聲波與特定的晶體作用而產生分光的光電器件。用AOTF作為分光係統,被認為是90niandaijinhongwaiguangpuyiqizuituchudejinzhan。yuchuantongdedanseqixiangbi,caiyongshengguangtiaozhichanshengdanseguang,jitongguochaoshengshepindebianhuashixianguangpusaomiao。guangxuexitongwuyidongbujian,bochangqiehuankuai、zhongxianxinghao,chengxuhuadebochangkongzhishizheleiyiqideyingyongjuyougengdadelinghuoxing。shengguangketiaolvguangqijinhongwaiguangpuyiqidezhexieyoudianshiqijinnianlaizaigongyezaixianzhongdedaoyuelaiyueduodeyingyong。danmuqianzheleiyiqidefenbianlvxiangduijiaodi,jiageyejiaogao。
為了能直觀地對幾種不同類型的近紅外光譜儀器的特點和性能進行了解,以下表2作出了簡要的總結。
表 各種類型近紅外光譜分析儀器特點與性能比較
|
類型 |
特點 |
分辨率 |
掃描速度 |
信噪比 |
|
濾光片型 |
波長單一,光通量高 |
低 |
-- |
高 |
|
光柵掃描型 |
有移動部件,光通量低 |
低 |
慢 |
低 |
|
傅立葉變換型 |
有移動部件,光通量高 |
高 |
中 |
高 |
|
聲光調製濾光器型 |
無移動部件,光通量中 |
低 |
快 |
中 |
|
固定光路多通道檢測型 |
無移動部件,光通量中 |
中 |
快 |
中 |
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