近紅外光譜儀種類繁多，可分為在線過程監(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，有專門的儀器只能測量幾個(gè)波長，有研究儀器可以測量整個(gè)近紅外光譜；有的專門測量短波段近紅外光譜，有的適合測量長波段近紅外光譜。常用的分類方式是根據(jù)儀器的光譜形式，分為濾光型、色散型(光柵、棱鏡)、傅里葉變換型等。它們在下面單獨(dú)描述。

濾光型近紅外光譜儀

濾光型近紅外光譜儀使用濾光器作為分光系統(tǒng)，即使用濾光器作為單色光裝置。濾光型近紅外光譜儀可分為固定濾光器和可調(diào)濾光器兩種形式，其中固定濾光器型儀器是近紅外光譜儀最早的設(shè)計(jì)形式。儀器工作時(shí)，光源發(fā)出的光通過濾光片，獲得一定寬帶的單色光，與樣品相互作用，到達(dá)觸摸檢測器。

這種儀器的優(yōu)點(diǎn):

該儀器體積小，可用作特殊的便攜式儀器。制造成本低，適合大規(guī)模推廣。

這種儀器的缺點(diǎn):

單色光光譜波段寬，波長分辨率差；對溫度和濕度敏感；無法獲得連續(xù)譜；譜圖無法預(yù)處理，獲得的信息量小。所以只能作為低級專用儀器使用。

色散近紅外光譜儀

色散近紅外光譜儀的分光元件可以是棱鏡或光柵。為了獲得更高的分辨率，現(xiàn)代色散儀器中常采用全息光柵作為分光元件，單色光根據(jù)波長依次通過樣品，通過掃描儀器中光柵的旋轉(zhuǎn)進(jìn)入檢測器進(jìn)行檢測。根據(jù)樣品的狀態(tài)特征，可以選擇不同的樣品檢測器元件進(jìn)行投影或反射分析。

這種儀器的優(yōu)點(diǎn):

掃描近紅外光譜儀可以掃描樣品的整個(gè)光譜，掃描的重復(fù)性和分辨率比過濾式儀器大大提高。一些高端色散近紅外光譜儀也可以用作研究級儀器。

近紅外化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用是現(xiàn)代近紅外分析的特點(diǎn)之一。利用全光譜分析，可以從近紅外光譜中提取大量有用信息；通過合理的計(jì)量方法將光譜數(shù)據(jù)與訓(xùn)練集樣本的性質(zhì)(成分和特征數(shù)據(jù))相關(guān)聯(lián)，然后預(yù)測未知樣本的性質(zhì)，可以獲得相應(yīng)的校正模型。

這種儀器的缺點(diǎn):

光柵或反射鏡的機(jī)械軸承長期連續(xù)使用容易磨損，影響波長的準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性；由于機(jī)械零件多，儀器抗震性能差；光譜易受雜散光干擾；掃描速度慢，擴(kuò)展性能差。由于使用了外標(biāo)樣品校準(zhǔn)儀，其分辨率、信噪比等指標(biāo)較濾波型儀器有了很大提高，但與傅里葉型儀器相比仍有質(zhì)的區(qū)別。

傅里葉變換近紅外光譜儀

傅里葉變換近紅外分光光度計(jì)簡稱傅里葉變換光譜儀。它利用干涉圖和光譜圖之間的對應(yīng)關(guān)系，通過測量干涉圖和傅里葉積分變換來測量和研究近紅外光譜。

其基本構(gòu)成包括五個(gè)部分:

分析光產(chǎn)生系統(tǒng)由光源、分束器、樣品等組成，用于產(chǎn)生加載有樣品信息的分析光；

以傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀和未來各種改進(jìn)的干涉儀為代表的干涉儀，具有將光源發(fā)出的光分成兩束的功能，產(chǎn)生一定的光程差，用來產(chǎn)生在空之間的時(shí)域表示的分析光，即干涉光；

檢測器，用于檢測干涉光；

采樣系統(tǒng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將探測器探測到的干涉光數(shù)字化，并引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和顯示器分別將樣品的干涉光函數(shù)和光源的干涉光函數(shù)轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度-頻率分布圖，強(qiáng)度-頻率分布圖的比值為樣品的近紅外光譜，顯示在顯示器上。

干涉儀:

在傅里葉變換近紅外光譜儀中，干涉儀是儀器的心臟，其質(zhì)量直接影響儀器的心肌梗塞，因此有必要了解傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀和改進(jìn)干涉儀的工作原理。

傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀:傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀系統(tǒng)包括兩個(gè)呈90度角的平面鏡、一個(gè)光學(xué)分束器、一個(gè)光源和一個(gè)探測器。在平面鏡中，固定的鏡子是固定的，移動的鏡子沿著圖中所示的方向平行移動。在移動過程中，移動鏡應(yīng)始終與固定鏡保持90度角。為了減少摩擦和防止振動，移動鏡通常固定在空空氣軸承上移動。

改進(jìn)型干涉儀:干涉儀是傅里葉光譜儀最重要的組成部分，其性能決定了傅里葉光譜儀的質(zhì)量。近年來，在經(jīng)典邁克爾遜干涉儀的基礎(chǔ)上，在提高光通量、增加穩(wěn)定性和抗震能力、簡化儀器結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了許多改進(jìn)。

傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀在工作過程中，當(dāng)動鏡運(yùn)動時(shí)，不可避免地會有一定程度的擺動，使兩個(gè)平面鏡不垂直，導(dǎo)致入射光不直接進(jìn)入動鏡，或者反射光偏離原來的入射光方向，從而無法獲得與入射光平行的反射光，影響干涉光的質(zhì)量。外界震動也會有同樣的效果。

因此，經(jīng)典干涉儀需要調(diào)整得非常精確，而且在使用過程中還需要避免振動，以保持動鏡準(zhǔn)確垂直固定，獲得良好的譜圖。為了提高儀器的抗振能力，Bruker公司研制了一種三維平面角鏡干涉儀，該干涉儀采用兩個(gè)三維平面角鏡作為動鏡，通過安裝在雙擺裝置質(zhì)心的無摩擦軸承將兩個(gè)三維平面角鏡連接起來。

三維平面角鏡干涉儀的本質(zhì)是用三維平面角鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)干涉儀兩臂上的平面鏡。根據(jù)立體角鏡的光學(xué)原理，當(dāng)反射面之間有微小的垂直度誤差，并且立體角鏡沿軸向輕微擺動時(shí)，反射光的方向不會改變，仍然可以嚴(yán)格地在平行于入射光的方向上發(fā)射。

由此可見，使用三維立體角鏡可以有效消除運(yùn)動鏡的擺動、外部振動或傾斜引起的額外光程差，從而提高抗振動能力和可重復(fù)性。

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