近紅外(NIR)光譜儀已有60多年的歷史,但現在仍只有少數人了解這類可靠的工具。讓人詫異的是,盡管近紅外光譜分析為很多人帶來了極大便利,但“光譜儀”一詞對他們而言仍非常陌生。近紅外光譜儀能夠為各類用戶群體的日常工作決策過程提供幫助。
當今的近紅外光譜儀通常采用以下六種架構:
固定濾波器:這類儀器基于固定數量的波長進行測量,每種波長對應濾光輪上特定的濾光片。濾光輪在不同濾光片之間轉動時進行讀數。
旋轉光柵/棱鏡:這類儀器利用電機在單點探測器上移動光柵分散的輸出(波長)。
FT-NIR:這類儀器利用邁克耳孫干涉儀技術的傅立葉交換性質,通過移動的鏡面創造能夠與某個光譜形成數學相關的干涉圖樣。
線陣探測器:這類儀器利用光柵在元素數量為256或512以上的一維線性像素陣列上分散波長。
線性漸變濾光器:這類儀器利用線陣探測器前的漸變濾光元素,使特定波長能夠影響每個像素元素。
DLP®技術:數字微鏡器件(DMD)將光柵分散的光反射到單個像素探測器上。DMD可編程,且靈活度高,因此可按照任何順序或不同分辨率對波長進行采樣。整個過程只需一次掃描即可完成。
現在的近紅外光譜儀比前幾代產品要先進得多,具有微處理器控制、高精A/D采樣、光譜電算化(帶統計分析)等特性。不同架構的使用模型也有所不同:
實驗室型:通常為高精度的大型通用儀器。處理光譜數據的計算機可以是實驗室內部設備,也可以是通過以太網或USB互聯的遠程設備。這些計算機可對海量數據進行處理,并在數秒之內完成與分布式參考庫的對比。
便攜型:便攜式NIR光譜儀外形同實驗室小型版本類似,可以移動,通常配備110V交流電源或12V帶反相器電源,體積通常比午餐盒略大一些,可以放在卡車后擋板上,以供現場或工業環境(例如農場或礦區)中使用。
聯機型:這類專門化設備用于監測工廠環境,通常具有特定用途。工廠安裝可能會在一條裝配線上包含多臺光譜儀,通過以太網或無線網連接到主控制設施。
手持型:手持式光譜儀的生產受到了廣泛關注,其zui大的特征是真正實現了便攜化,非常便于用戶使用。目前已推出電池供電式產品,體積與大型手鉆相近。這類產品的好處是,非常便攜,而且依靠內置電源可以遠途使用。
發展前景
近紅外光譜儀未來的發展前景十分樂觀。一直以來,測量儀器通常體積龐大且成本昂貴,而且被局限在有限的實驗室環境中,對于一般大眾而言遙不可及。使用模型主要是由這種典型實驗室設備的體積和成本決定。得益于技術的改進,近幾代近紅外光譜儀的體積和成本都大大縮減,因而便攜性更高,也更適合在相關領域應用。
由于新探測器和DLP技術的發展,半導體工業帶來的微型化變革以及云計算時代的到來,便攜式近紅外光譜儀的未來仿佛近在遲尺。隨著體積的縮小、價格的降低、效率的提高以及用戶體驗的改善,光譜儀將會逐步在公眾中普及開來。
新的技術可以給光譜儀產業帶來翻天覆地的變化。智能手機的廣泛流行使強大的計算能力蘊含于股掌之中。理論上來看,近紅外光譜儀的發展也會遵循類似的體積和成本變化曲線,zui終光譜測量將以家庭或“個人使用”模型的方式普及開來。將來的個人測量設備可能不再沿用“近紅外光譜儀”的名稱,但是它們可能會用來幫助家庭評估食物的生熟度,檢測食物中是否含有花生等致敏物質,確定高價橄欖油的純度,協助醫療監測或檢查汽車液體。未來近紅外光譜儀將會不可逆轉地朝著體積更小、功能更強大的趨勢發展,也預示著巨大的應用潛力。
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