近红外光谱分析仪的组成

红外光谱仪是一种用于分析和测量物质在红外光谱范围内的吸收、散射、透射等光谱信息的仪器。

它主要由以下几个组成部分组成：
1. 光源：红外光谱仪通常使用的光源是红外线辐射源，常见的有热
辐射源（如灯丝）、红外激光等。

光源的选择取决于所需的波长范围和应用要求。

2. 光学系统：光学系统用于控制和引导光线，包括准直器、透镜、
光栅等。

准直器用于使光线平行，透镜用于聚焦和调整光线，光栅用于分散光谱。

3. 样品室：样品室是放置样品的区域，通常由透明的窗口和可调节
的样品支架组成。

样品室的设计旨在最大限度地减少干扰和背景信号。

4. 探测器：探测器用于测量样品光谱的强度，常见的红外探测器包
括半导体探测器（如铟锗探测器、硅探测器）和光电倍增管。

不同类型的探测器适用于不同的红外波长范围。

5. 信号处理系统：信号处理系统用于接收和处理探测器输出的光信号。

它包括放大器、滤波器、放大器等，用于增强和调节光信号的强度和质量。

6. 数据显示和记录系统：红外光谱仪通常配备了数据显示和记录系统，用于显示和记录样品的光谱数据。

这些系统可以是计算机软件、显示屏、打印机等。

以上是典型红外光谱仪的主要组成部分，不同型号和应用的红外光谱仪可能会有一些变化和附加功能。

红外光谱仪的设计和组成旨在提供
准确、可靠的光谱测量和分析能力，以满足科学研究、工业应用和医学诊断等领域的需求。

近红外光谱分析仪的组成近红外光谱仪器从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换、声光可调滤光器和阵列检测五种类型。

滤光片型主要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。

由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系的样品。

光栅扫描式具有较高的信噪比和分辨率。

由于仪器中的可动部件（如光栅轴）在连续高强度的运行中可能存在磨损问题，从而影响光谱采集的可靠性，不太适合于在线分析。

傅立叶变换近红外光谱仪是具有较高的分辨率和扫描速度，这类仪器的弱点同样是干涉仪中存在移动性部件，且需要较严格的工作环境。

声光可调滤光器是采用双折射晶体，通过改变射频频率来调节扫描的波长，整个仪器系统无移动部件，扫描速度快。

但目前这类仪器的分辨率相对较低，价格也较高。

随着阵列检测器件生产技术的日趋成熟，采用固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的NIR仪器，以其性能稳定、扫描速度快、分辨率高、信噪比高以及性能价格比好等特点正越来越引起人们的重视。

在与固定光路相匹配的阵列检测器中，常用的有电荷耦合器件（CCD）和二极管阵列（PDA）两种类型，其中Si 基CCD多用于近红外短波区域的光谱仪，InGaAs基PDA检测器则用于长波近红外区域。

近红外光谱仪器的主要性能指标在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。

对一台近红外光谱仪器进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。

1、仪器的波长范围对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效的光谱范围，光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。

近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，700～1100nm的短波近红外光谱区域和1100～2500nm的长波近红外光谱区域。

2、光谱的分辨率光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像素有关。

分光系统的光谱带宽越窄，其分辨率越高，对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的设计有关。

红外光谱仪的组成部件及作用
红外光谱仪是一种用于测量红外光的仪器，广泛应用于化学、物理、生物、医药等领域。

它主要由以下几个部件组成：
1.光源系统：红外光谱仪的光源系统主要是用来提供红外光，以照射样品并产生光谱。

通常使用的光源有气体放电灯、激光等。

2.样品室：样品室是放置样品的区域，它需要保持干净、干燥，并且具有可重复使用的能力。

样品可以是固体、液体或气体，其大小和形状应适应样品室的大小和形状。

3.光谱仪：光谱仪是红外光谱仪的核心部分，它可以将光源发出的红外光照射到样品上，并将样品产生的光谱收集起来。

光谱仪通常由光栅、反射镜、狭缝等组成。

4.检测器：检测器是用来检测样品产生的光谱并将其转化为电信号的装置。

通常使用的检测器有光电倍增管、热电偶等。

5.数据处理系统：数据处理系统是用来处理检测器检测到的电信号并将其转化为光谱数据的系统。

它通常包括放大器、滤波器、ADC （模数转换器）等。

6.真空系统：真空系统是用来保持样品室内的真空度的系统。

在红外光谱仪中，为了避免样品受到空气的影响，通常需要将样品室抽成真空。

7.控制系统：控制系统是用来控制红外光谱仪各个部件的操作和工作的系统。

它通常包括计算机、控制器、执行器等。

8.计算机系统：计算机系统是用来控制红外光谱仪的工作和数据
处理的系统。

它通常包括计算机硬件、软件等。

以上是红外光谱仪的主要组成部件及其作用。

这些部件协同工作，使得红外光谱仪能够测量样品的红外光谱并进行分析。

红外光谱仪器基本构成光谱仪主机是红外光谱仪的核心部件，是所有系统的控制和操作中心，它主要负责控制光谱仪的各项动作，并根据参数和系统要求将采集的数据进行处理及显示。

常用的光谱仪主机包括单片机、微处理机和智能微机等。

2、光源：光源是红外光谱仪的关键部件，是实现光谱分析的前提。

常用的光源有探测管光源、紫外灯光源、氙灯光源、熔池光源和太阳光源等。

3、光谱管：光谱管是红外光谱仪器的重要部件，它是将不同频率的光谱信号分辨并传递到光谱仪主机中。

常用的光谱管包括洋地黄管、碲酸钠管、芬兰汞钠管、铅汞管和英特尔玉髓等。

4、检测器：检测器是红外光谱仪的关键部件之一，它是接收、检测和测量被测样本的红外光谱信号。

检测器包括热电堆检测器、高频放大器检测器、微波振荡器检测器、外差池检测器和外差管检测器等。

5、光衰减器：光衰减器是控制光源光强度的重要组件，根据光谱仪主机的控制，可以控制光源的输出功率，以保证检测器和检测系统的正常工作。

常用的光衰减器有滤光板、ND滤光片、滤光片组等。

6、适配器：适配器是红外光谱仪的一个重要组件，主要用于联结光谱管、检测器和光源等其他部件，使他们能通过光谱仪主机实现正常工作，常用的适配器有电子偏振器、可调电阻器、滤光板、检测器电源和适配器等。

7、热稳定器：热稳定器是用于维持外接光谱检测器以及其他相应光学系统热稳定的必要设备，其主要功能是控制光谱仪内部温度。

常用的热稳定器有恒温器、恒温风机和恒温泵等。

8、数据处理器：数据处理器是红外光谱仪的重要组件，其主要功能是对红外光谱信号进行采集、处理和显示。

数据处理器可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，常用的数据处理器有PC机、DSP处理器和单片机等。

9、软件：软件是红外光谱系统的重要部件，提供系统的控制和操作，软件可以根据用户的需要进行定制，常用的软件有操作系统、报表系统、数据库系统、CAD系统和光谱分析软件等。

近红外光谱分析原理近红外光谱分析是一种常用的无损检测技术，通过测量样品在近红外光波段的吸收和反射特性，来分析和鉴定物质的成分和性质。

本文将详细介绍近红外光谱分析的原理及其应用。

一、原理概述近红外光波长范围通常被定义为从780纳米到2500纳米，相对于可见光波长而言，在这一范围内物质对光的吸收较小。

近红外光谱分析利用了样品在这一波长范围内的吸收特性，通过测量样品对不同波长光的吸收程度来确定样品的成分和性质。

二、光谱仪构成近红外光谱仪通常由光源、样品接口、分光器、检测器和数据处理系统等组成。

光源产生近红外光，样品接口将光传递到样品上，并接收样品反射或透射的光信号。

分光器将光信号按照波长进行分离，并送入检测器进行信号检测。

最后，数据处理系统对检测到的光谱信号进行处理和分析。

三、样品制备近红外光谱分析的样品制备通常较为简单，大部分样品可以直接使用而无需特殊处理。

对于液体样品，可以直接放入透明的试剂盒或玻璃杯中进行测量；对于固体样品，通常需研磨成粉末或制备成透明的薄片，以确保光线可以透过样品进行测量。

四、光谱采集与分析光谱采集是近红外光谱分析的核心步骤，通过扫描一定波长范围内的光信号，得到样品在每个波长下的吸收光谱。

光谱分析可以通过两种方式进行：定性分析和定量分析。

定性分析通过与已知光谱库进行比对，判断样品的成分和特征。

光谱库中包含了不同物质的已知光谱特征，在采集到的光谱与光谱库进行匹配后，可以确定样品中是否含有特定物质。

定量分析则是通过建立样品的光谱特征与样品成分之间的数学模型，来估计或测定样品中的化学成分含量。

通常使用统计学方法和化学计量学模型进行定量分析。

五、应用领域近红外光谱分析在许多领域中得到广泛的应用。

例如，在农业中，可以通过近红外光谱分析检测农产品中的水分、蛋白质、糖分等成分，用于判断产品的质量和品种；在药品制造中，可以利用近红外光谱分析检测药品中的有效成分含量，用于质量控制；在环境监测中，可以通过近红外光谱分析检测土壤和水体中的污染物含量，用于环境保护等。

DA7200连续光谱近红外分析仪瑞典波通仪器公司DA7200 主要组成移动存储器, 网卡, 通讯接口汞灯光导纤维分光系统基线校准板电脑硬盘 MIB board电机, 光源, 参考系统旋转托盘电源系统概述– TFT彩色触摸显示屏–方便的Simplicity XP应用软件，用于分析、数据收集和检测。

–模块化铟镓砷二极管阵列检测系统–分析时间1-5秒–旋转式检测盘非接触式测量，特别适合不均匀样品的检测（如颗粒度不均匀的样品）–样品形式灵活，可检测粉状、膏状、液体、固体的样品，更换样品不需要****。

样品量为1~400克–附带USB 和网卡彩色触摸式，虚拟键盘操作，可外接鼠标和键盘。

可外接键盘和鼠标虚拟键盘紧密模块化铟镓砷二极管阵列检测系统通过数据并行处理，实时得到连续光谱图液体的检测液体的检测自动进样自动出样，无须洗涤测定样品时间40-60秒，包括换样时间仪器分光系统DA7200光学系统特点? 波长的稳定性? 线性光源汞灯内置于检测器随时校准波长准确性 ? 自动基线校准，发现漂移自动调整? 双光束自动补偿系统? 卤钨灯与汞灯同时工作，反射信号一齐进入检测系统以消除背景，实现双光束补偿 ? 可消除室内光线的影响测量原理DA 7200测试时，样品直接由高强度、宽波带的白光进行照射。

从样品漫反射出的测量光透过光学窗口并入射到光纤传感器上。

反射光与内部汞灯光源的参考信号同时通过光纤到达静态衍射光栅，通过光栅分光后传递到二极管阵列检测器上。

获得的所有光谱信号照射到按照固定波长排列的一系列光电二极管传感单元上。

每一个二极管传感单元对应特定波长上的信号，从而实现连续光谱信号的同步收集。

测量原理1/3－参考光路测量原理2/3－检测器汞灯光源光导纤维，固定全息光栅和二极管检测器测量原理3/3－光导纤维光纤孔及光学窗口二极管阵列检测器－瞬时多波长检测－自动波长准确性检查并自动校准不同样品盘切换旋转托盘只有旋转才能更好地消除样品的不均匀性，检测更有代表性通讯端口10/100兆网卡, USB 1.1接口显示接口附带USB128兆优盘和10/100兆网卡。

红外光谱仪的内部结构
红外光谱仪通常由以下几个主要部分组成：
1. 光源：用于产生红外辐射的光源。

常用的光源包括黑体辐射源、钨灯和高频驱动的红外激光器等。

2. 光路系统：用于引导光线进入和离开光谱仪的光学组件。

光线从光源经过反射镜、透镜、棱镜等光学元件，最终聚焦在样品上，然后再经过一系列光学元件被引导至检测器。

3. 样品室：用于容纳待测样品的空间。

样品室通常由一个透明的窗口和适当的样品支架组成，以保证样品能够与光线有效地相互作用。

4. 检测器：用于测量样品吸收、散射或反射红外辐射的器件。

最常用的检测器是红外光谱仪常见的光电探测器，如热电偶探测器（Thermocouple Detector，TCD）、铟锑(Indium Antimonide,InSb)、碲镉汞(Tellurium Cadmium Mercury,TCD)
和硅(PIN)探测器等。

5. 数据采集与处理系统：用于采集、处理和分析检测器所测量到的信号。

这部分系统通常由一台计算机和相应的数据采集卡、信号放大器、滤波器、放大器、数模转换器等组成。

这些部分在一个封闭的外壳中进行组装，以保障光路系统的稳定性和免受外界干扰。

整个仪器的内部结构精密而复杂，旨在确保准确的光学测量和信号处理。

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）。

红外光谱仪器基本构成
红外光谱仪是一种用于分析物质结构和性质的精密仪器，由下列六个部分组成：
1、光源：通常是热电灯或热灯，其它光源也可用于某些特定应用场合，如钨灯，闪光灯，激光等；
2、隔离器：由反射或折射单元组成，光源以一定波长分子形式输出；
3、分光元件：如镜片、棱镜和折射仪，用于分离光源的不同波长；
4、检测系统：将不同波长的光量化，以求出红外光谱定标数据；
5、计算机：将检测器输出的数据根据定标数据处理，如拟合，并打印出实验结果；
6、样品环境系统：包括加热系统，气体密封系统，真空系统等，用于测定特定样品的红外光谱。

二、红外光谱仪的特点
1、非接触测量：红外光谱仪可以通过空气将激发源及检测器与样品之间的距离远超过其他技术，因此，不会受到样品的物理因素的影响，可以实现非接触测量；
2、小测量量程：红外光谱仪的测量范围很小，可以进行精确的定性和定量分析；
3、高分辨率：红外光谱仪能分辨微小的振动，通过检测不同波长的光，可以精确测量物质的组成；
4、高灵敏度：红外光谱仪能检测微量物质的谱线，具有很高的灵敏度；
5、迅速性：红外光谱仪能在短时间内得出实验结果和分析结论，且可以多次测量。