近红外光谱-光响应

近红外绝对光谱响应度传递标准的研制刘玉龙;刘长明;史学舜;陈振林;李健军【期刊名称】《宇航计测技术》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】在光辐射计量中,陷阱探测技术是一种重要的探测技术,陷阱探测器是光辐射功率基准量值保持和传递的主要媒介。

InGaAs 陷阱探测器常被作为(900~1700)nm 波段光辐射计量的传递标准。

本文基于陷阱探测技术,针对近红外波段量值传递的需求,研制了 InGaAs 陷阱探测器,并进行了性能测试。

测试结果显示：在1064nm处绝对光谱响应率为0.7098A/ W,测量不确定度达到0.1%,在(0.1~3) mW 内,其非线性指标优于0.99993,1h 测试非稳定性为0.00495%,空间非均匀性达到0.05%,满足作为传递标准的技术要求。

【总页数】7页(P48-54)【作者】刘玉龙;刘长明;史学舜;陈振林;李健军【作者单位】中国电子科技集团公司第 41 研究所，山东青岛 266555;中国电子科技集团公司第 41 研究所，山东青岛 266555;中国电子科技集团公司第 41 研究所，山东青岛 266555;中国电子科技集团公司第 41 研究所，山东青岛 266555;中科院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031【正文语种】中文【中图分类】O432.1【相关文献】1.400～1700nm绝对光谱响应度校准和量值传递 [J], 史学舜;徐楠;刘长明;甘海勇;李健军;林延东;陈坤峰2.利用近红外传递和反射光谱测定大麦品种饲料纤维 [J], 向平（摘译）3.基于光谱比值分析的无标样近红外模型传递方法 [J], 倪力军;肖丽霞;张立国;栾绍嵘4.基于FPGA的可见光及近红外微型光谱仪研制 [J], 熊显名;刘国栋5.多光谱扫描仪空间环境下定标设备可见光近红外谱域标准源装置研制 [J], 臧友竹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

近红外光谱 rpd
近红外光谱 (NIR) 是一种非常有用的分析技术，可用于快速、
无损地获取样品的化学信息。

它在许多领域都有广泛的应用，包括
农业、食品加工、药品制造、化工等。

近红外光谱技术可以用于分
析样品的成分、结构和性质，因此在质量控制、过程监测和产品认
证方面具有重要作用。

RPD (Relative Percent Difference) 是一种用于评估近红外
光谱预测模型性能的指标。

它通常用于衡量预测值与参考值之间的
差异，从而评估模型的准确性和可靠性。

RPD值越高，说明模型的
预测能力越强，对样品的分析效果越好。

在实际应用中，评估近红外光谱预测模型的性能是非常重要的。

通过对样品的光谱数据进行采集、处理和建模，可以建立预测模型，然后使用RPD等指标对模型进行评估。

这有助于确定模型是否适合
特定的应用，并且能够提供可靠的分析结果。

除了RPD之外，还有其他一些指标可以用来评估近红外光谱预
测模型的性能，例如标准误差 (SE)、相关系数 (R) 等。

综合使用
这些指标可以更全面地评估模型的准确性和可靠性。

总之，近红外光谱技术在分析领域有着广泛的应用，而RPD作为评估预测模型性能的指标，在实际应用中扮演着重要的角色。

通过综合使用多种指标，可以全面评估模型的性能，从而确保分析结果的准确性和可靠性。

近红外光谱分析技术原理
近红外光谱分析技术是一种无损的分析方法，通过测量样品在近红外区域（780-2500 nm）的吸收和散射光谱来获取样品的信息。

这一区域的光波长范围对于化学成分、结构和物理状态的信息具有很高的灵敏度。

近红外光谱分析技术基于样品中的化学键或官能团在近红外区域的振动和转动引起的光吸收现象。

每个化学物质都有其独特的光谱特征，因此可以通过比对样品的光谱和已知物质的光谱数据库来确定样品的成分和含量。

近红外光谱分析技术具有以下几个优点：首先，非破坏性，不需要对样品进行任何物理或化学处理；其次，快速性，一般只需几秒钟或几分钟即可获得结果；再次，可靠性，结果准确性高，对于复杂的样品也有很好的适应性。

具体实施近红外光谱分析技术时，首先需要采集样品的光谱数据。

通常使用近红外光谱仪来进行测量，该仪器会发出一束近红外光束，经过样品后，光束中吸收的光将被检测器接收并转换成电信号。

然后，通过对比已知物质的光谱库，将样品的光谱与库中的光谱进行匹配和比对，以确定样品的成分和含量。

在近红外光谱分析技术中，还需要进行预处理和数据分析。

由于样品中存在吸收、散射、漫反射等干扰，需要对光谱数据进行预处理，如去除噪声、背景光等。

然后，使用统计学和化学计量学方法对处理后的数据进行分析和建模，以提取出样品中的信息和特征。

近红外光谱分析技术在农业、食品、制药、环境监测等领域有广泛的应用。

比如，在农业领域，可以用于农产品质量检测、土壤分析、农药残留检测等；在食品领域，可以用于食品成分分析、真伪鉴别等；在制药领域，可以用于药物质量控制、成分鉴别等。

材料分析技术总结材料分析技术是指通过对材料的组成、结构、物性等相关特征进行研究和分析的一系列技术方法。

这些技术方法主要用于材料的质量控制、性能评估、研发和改进等方面，对提高材料的质量和功能具有重要意义。

下面将对常见的材料分析技术进行总结。

1.光谱分析技术：包括紫外-可见-近红外光谱分析、红外光谱分析、拉曼光谱分析等。

这些技术通过测量材料在特定波长的光线作用下的光谱响应，可以获取材料的分子结构、化学键、官能团等信息。

2.质谱分析技术：通过测定物质中离子的质量和相对丰度来获得样品的化学组成和结构信息。

质谱技术可分为质谱法和质谱图谱两种类型，常见的质谱技术包括质谱仪、飞行时间质谱、四极杆质谱等。

3.热分析技术：如热重分析、差热分析等。

热分析技术通过测量材料在不同温度下的质量变化和热变化，可以获取材料的热性质、热稳定性等信息。

4.表面分析技术：如扫描电子显微镜、原子力显微镜等。

表面分析技术用于研究材料的表面形貌、结构、成分和性质等方面，可以观察材料表面的微观形态和纳米结构。

5.X射线分析技术：包括X射线衍射分析、X射线荧光光谱分析、X 射线光电子能谱分析等。

这些技术使用X射线相互作用与材料，获取材料的结晶结构、晶格参数、元素成分等信息。

6.电子显微分析技术：包括透射电子显微镜、扫描电子显微镜等。

电子显微分析技术通过对材料进行高分辨率的电子显微镜观察，可以获得材料的晶体结构、孔隙结构、粒度分布等信息。

7.表面等离子体共振技术：使用光或电等激发方式，利用表面等离子体共振效应对材料进行分析。

这些技术用于研究材料的表面电荷状态、吸附性能、化学反应过程等。

8.核磁共振技术：如核磁共振谱、电子自旋共振谱等。

核磁共振技术通过测量样品中原子核在不同磁场下的谱线分布，可以获取材料的化学环境、分子结构等信息。

9.纳米技术：纳米技术是一种通过改变材料的尺寸和形态来改变材料特性的技术。

纳米技术包括纳米材料制备、组装、表征等方面的技术。

图2 滤光片近红外光谱分析仪光路图近红外光谱分析仪现代近红外光谱分析技术始于上世纪80年代末，90年代初，至今已有20余年的快速发展，该分析技术日臻成熟，已经在各个领域中发挥了巨大作用。

近红外光谱分析技术具有分析速度快、同时测量多种性质、测量精度高、操作简单、仪器种类多的特点，适合化验室、在线和现场便携等使用。

近红外光谱测量方式可归结为：透射，漫反射和衰减全反射，如图1所示。

（a ）透射 （b ）漫反射 （c ）ATR图1 近红外光谱测量方式1 常见近红外分析仪器产品种类近红外分析仪器是光谱仪器，在结构上，与紫外-可见分光光度计、红外光谱仪类似，具有光源、分光、检测和电路控制等单元。

根据分光方式，近红外光谱仪器可划分为滤光片近红外分析仪、光电发光二极管近红外分析仪、光栅扫描近红外光谱仪、傅里叶近红外光谱仪、阵列检测近红外光谱仪、声光过滤调制近红外光谱仪和MEMS 近红外光谱仪。

按照仪器用途和功能，近红外光谱仪器可分为便携近红外分析仪、实验室台式近红外光谱仪、在线近红外光谱仪以及专用分析仪。

这些光谱仪器的分光原理和功能具有显著不同，在结构、性能和用途上差别很大。

1.1 滤光片近红外分析仪光源发出的复合光中部分窄波段光通过滤光片。

不同的滤光片可提供系列窄波段，通常多达8~9种滤光片。

这类仪器结构相对简单（如图2所示），成本低，适合用于便携和专用分析仪。

虽然光谱分辨率低，但对很多应用如水分分析等，可以满足常规分析要求。

如同其他类型的近红外光谱仪，这类仪器对温度要求也非常苛刻。

1.2 光栅扫描近红外光谱仪图3 光栅扫描近红外光谱仪光路示意这是最为经典的光谱仪器，如图3所示，通过单色器（一般为光栅）将复合光色散为单色光，各单色光通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，通过样品，到达检测器检测。

这类仪器的光谱范围取决于选用的光栅和检测器，可以是短波（700~1100nm，硅检测器）或是长波（1100~2500nm，硫化铅，或砷镓铟）。

3二、红外光谱(Infrared spectroscopy, IR )——红外吸收光谱法红外分光光度法分光光度法：研究物质吸收或发射的电磁辐射强度和波长关系的方法4当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。

又称为分子振动转动光谱。

1. 红外光谱5红外光谱的表示方法以透过率T~λ或T~ν来表示：T (%)苯酚的红外光谱)//(10/41m cm μλν=−_T(%)=I/I 0×100%，I —透过强度，I 0—入射强度6红外光谱的区域红外光谱0.75~1000μm远红外(转动区)25-1000μm 400~10cm -1中红外(振动区)2.5~25μm 4000~400cm -1近红外(泛频）0.75~2.5μm 13158~4000cm -1OH 、NH 、CH 键的倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围跃迁类型～常用区7近红外区（泛频区13158~4000cm -1）：-OH ，-NH ，-CH 的特征吸收区（组成及定量分析）中红外区（基本振动区4000~400cm -1）：绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区（分子中原子的振动及分子转动），化合物鉴定的重要区域远红外区（转动区400~10cm -1）：金属有机化合物的键振动（分子转动、晶格振动）红外光谱的区域8¾辐射光子应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量¾辐射与物质间有相互耦合作用2. 红外特征吸收产生的条件及其特异性(1) 产生红外特征吸收的必要条件：9偶极子在交变电场中的作用对称分子：无偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。

N 2、O 2、Cl 2等。

——拉曼光谱非对称分子：有偶极矩，有红外活性红外特征吸收产生的条件——红外光谱10双原子分子中化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧：k —化学键力常数。

光谱响应范围
光谱响应范围是指一个光电器件对于不同波长的光的响应能力
范围。

不同类型的光电器件有不同的光谱响应范围，如太阳能电池的光谱响应范围主要在可见光和近红外光区域，而红外线传感器的光谱响应范围则主要在红外光区域。

在选择光电器件时，需要考虑其光谱响应范围是否符合所需的应用场景，以充分发挥其性能。

同时，也需要注意光谱响应范围与光源的匹配，以确保光电器件能够接收到光源发出的正确波长的光信号。

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