近紅外(NIR)光譜儀是近年來發(fā)展較為迅速的一種高新分析測試技術(shù)，是光譜測量技術(shù)、計算機技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)技術(shù)與基礎(chǔ)測量技術(shù)的有機結(jié)合。與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比，近紅外光譜儀具有無損檢測、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重現(xiàn)性好、樣品測量一般不需要預(yù)處理、光譜測量方便、適合于現(xiàn)場檢測(如大批量抽檢)和在線分析等獨特優(yōu)勢。

      NIR光譜儀的類型較多，主要有濾光片型、發(fā)光二極管(LED)型、光柵色散型、傅里葉變換干涉儀型、聲光可調(diào)濾光片型(AOTF)、多通道檢測型(二極管陣列PDA、電荷耦合器件CCD)等。光柵色散型儀器又可分為掃描一單通道檢測器和固定光路一陣列檢測器兩種類型。除了采用單色器分光以外，也有儀器采用多種不同波長的發(fā)光二極管(LED)作光源，即LED型近紅外光譜儀。

      在近紅外光譜儀器的選型或使用過程中，考慮儀器的哪些指標(biāo)來滿足分析的使用要求，這是分析工作者需要考慮的問題。對一臺近紅外光譜進行評價時，必須要了解儀器的主要性能指標(biāo)，下面就簡單做一下介紹。

01 儀器的波長范圍

      對任何一臺特定的近紅外光譜儀器，都有其有效的光譜范圍，光譜范圍主要取決于儀器的光路設(shè)計、檢測器的類型以及光源。近紅外光譜儀器的波長范圍通常分兩段，700～1100nm的短波近紅外光譜區(qū)域和1100～2500nm的長波近紅外光譜區(qū)域。

02 光譜的分辨率

      光譜的分辨率主要取決于光譜儀器的分光系統(tǒng)，對用多通道檢測器的儀器，還與儀器的像素有關(guān)。分光系統(tǒng)的帶寬越窄，其分辨率越高，對光柵分光儀器而言，分辨率的大小還與狹縫的設(shè)計有關(guān)。儀器的分辨率能否滿足要求，要看儀器的分析對象，即分辨率的大小能否滿足樣品信息的提取要求。有些化合物的結(jié)構(gòu)特征比較接近，要得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，就對儀器的分辨率提出較高的要求。

濾光片型儀器

光柵掃描型儀器

陣列檢測器型儀器

傅里葉變換近紅外光譜儀

03 波長準(zhǔn)確性

      光譜儀器波長準(zhǔn)確性是指儀器測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)某一譜峰的波長與該譜峰的標(biāo)定波長之差。波長的準(zhǔn)確性對保證近紅外光譜儀器間的模型傳遞非常重要。為了保證儀器間校正模型的有效傳遞，波長的準(zhǔn)確性在短波近紅外范圍要求好于0.5nm，長波近紅外范圍好于1.5nm。

      布魯克利用空氣中無處不在的水蒸汽，對儀器X軸進行矯正，保證新舊儀器和不同型號儀器高度一致性，實現(xiàn)模型的長期穩(wěn)定性和共享性。為了保證近紅外儀器光譜軸的準(zhǔn)確度，即波長的準(zhǔn)確度和**度。布魯克近紅外設(shè)備在2cm-1分辨下利用自然界中水蒸氣在7306.74cm-1處的吸收峰為標(biāo)準(zhǔn)，由儀器內(nèi)部單一波長的HeNe激光控制儀器的波長準(zhǔn)確度，X軸的準(zhǔn)確度是模型長久穩(wěn)定預(yù)測和模型轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)。即使更換光學(xué)元件或者整臺儀器，都不會對模型效果產(chǎn)生任何影響，在一臺儀器上建立的模型可以直接拷貝到其他布魯克儀器上正常使用。實驗室設(shè)備建立的模型也可以傳遞至在線光譜儀作為基礎(chǔ)模型，實現(xiàn)實驗室向工業(yè)現(xiàn)場的過渡。

04 波長重現(xiàn)性

波長的重現(xiàn)性指對樣品進行多次掃描，譜峰位置間的差異，通常用多次測量某一譜峰位置所得波長或波數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示(傅立葉變換的近紅外光譜儀器習(xí)慣用波數(shù)cm-1表示)。波長重現(xiàn)性是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，對校正模型的建立和模型的傳遞均有較大的影響，同樣也會影響*終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般儀器波長的重現(xiàn)性應(yīng)好于0.1nm。

05 吸光度準(zhǔn)確性、重現(xiàn)性、噪音、范圍

      吸光度準(zhǔn)確性是指儀器對某標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行透射或漫反射測量，測量的吸光度值與該物質(zhì)標(biāo)定值之差。對那些直接用吸光度值進行定量的近紅外方法，吸光度的準(zhǔn)確性直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

      吸光度重現(xiàn)性指在同一背景下對同一樣品進行多次掃描，各掃描點下不同次測量吸光度之間的差異。通常用多次測量某一譜峰位置所得吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。吸光度重現(xiàn)性對近紅外檢測來說是一個很重要的指標(biāo)，它直接影響模型建立的效果和測量的準(zhǔn)確性。一般吸光度重現(xiàn)性應(yīng)在0.001～0.0004A之間。

      吸光度噪音也稱光譜的穩(wěn)定性，是指在確定的波長范圍內(nèi)對樣品進行多次掃描，得到光譜的均方差。吸光度噪音是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。將樣品信號強度與吸光度噪音相比可計算出信噪比。

      吸光度范圍也稱光譜儀的動態(tài)范圍，是指儀器測定可用的*高吸光度與*低能檢測到的吸光度之比。吸光度范圍越大，可用于檢測樣品的線性范圍也越大。

06 基線穩(wěn)定性

基線穩(wěn)定性是指儀器相對于參比掃描所得基線的平整性，平整性可用基線漂移的大小來衡量。基線的穩(wěn)定性對我們獲得穩(wěn)定的光譜有直接的影響。

07 雜散光

雜散光S與吸光度相對誤差ΔA/ A0 和吸光度真值A(chǔ)0的關(guān)系

雜散光定義為除要求的分析光外其它到達樣品和檢測器的光量總和，是導(dǎo)致儀器測量出現(xiàn)非線性的主要原因，特別對光柵型儀器的設(shè)計，雜散光的控制非常重要。雜散光對儀器的噪音、基線及光譜的穩(wěn)定性均有影響。一般要求雜散光小于透過率的0.1%。

08 掃描速度

      掃描速度是指在一定的波長范圍內(nèi)完成1次掃描所需要的時間。不同設(shè)計方式的儀器完成1次掃描所需的時間有很大的差別。例如，電感器件多通道近紅外光譜儀器完成1次掃描只需20ms，速度很快;一般傅立葉變換儀器的掃描速度在1次/s左右;而傳統(tǒng)的光柵掃描型儀器的掃描速度相對較慢。

09 數(shù)據(jù)采樣間隔

      采樣間隔是指連續(xù)記錄的兩個光譜信號間的波長差。很顯然，間隔越小，樣品信息越豐富，但光譜存儲空間也越大;間隔過大則可能丟失樣品信息，比較合適的數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)計應(yīng)當(dāng)小于儀器的分辨率。

10 測樣方式

測樣方式在此指儀器可提供的樣品光譜采集形式。有些儀器能提供透射、漫反射、光纖測量等多種光譜采集形式。

11 軟件功能

      軟件是現(xiàn)代近紅外光譜儀器的重要組成部分。軟件一般由光譜采集軟件和光譜化學(xué)計量學(xué)處理軟件兩部分構(gòu)成。前者不同廠家的儀器沒有很大的區(qū)別，而后者在軟件功能設(shè)計和內(nèi)容上則差別很大。光譜化學(xué)計量學(xué)處理軟件一般由譜圖的預(yù)處理、定性或定量校正模型的建立和未知樣品的預(yù)測三大部分組成，軟件功能的評價要看軟件的內(nèi)容能否滿足實際工作的需要。

總而言之

      什么樣的近紅外光譜儀器*好?如何選擇一臺合適的近紅外光譜儀器?實際上，“*好”儀器的定義是很難確定的，“*好”的儀器也是不存在的。因為對某一特定的儀器所提出的各項要**隨著所需要解決的具體問題的不同而有所差異的。從簡單結(jié)構(gòu)到復(fù)雜結(jié)構(gòu)、從低價格到高價格的近紅外光譜儀在市場上都能見到，就是因為針對不同的用途，它們分別有各自的用武之地。因此，在選擇光譜儀器時一定要結(jié)合自己分析任務(wù)的需要來考慮選型，要有針對性地考察儀器的適用情況，另外還要想到儀器的可維護性，不要一味地追求高的測量精度，也不要認(rèn)為價格高的就是適合自己的。再一個，就是要考慮和近紅外光譜儀器工作配套的軟件，它包括采譜軟件和化學(xué)計量學(xué)軟件。采購者應(yīng)考慮這些軟件的功能和操作的難易程度。

     近紅外光譜儀器生產(chǎn)廠家能否為用戶提供及時、周到的技術(shù)支撐服務(wù)體系。這個服務(wù)體系包括儀器硬件的質(zhì)量維護、耗損器件更換和應(yīng)用模型的建立與維護，另外，還包括對操作者的培訓(xùn)。特別是模型的建立與維護，有些儀器廠商給用戶提供基礎(chǔ)模型，再用用戶的樣品加以擴充。有些儀器廠商不給用戶提供基礎(chǔ)模型，但是他們可以負(fù)責(zé)為用戶建立新的模型。不管是哪種方式，總之一定要考慮模型建立的質(zhì)量以及建立或擴充模型所需的費用，以及廠商是否把建立和維護模型的技術(shù)教授給用戶的實際操作者。這是用戶能否把近外光譜分析技術(shù)很好地使用起來的關(guān)鍵。

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