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微型近红外光谱仪

2021-06-05 09:10:22

微型近红外光谱仪(Micro-NearInfraredSpectrometer,NIM)是通过光学原理对物质的组成、含量进行定性、定量分析的一种光学仪器。在绝对零度以上,自然界的一切物体对红外能量都有着不同程度的吸取和辐射,因此可通过分析待测物的红外吸取光谱来实现定性、定量检测。用于物质检测的红外光谱技术主要包括近红外和中红外两个波段,前者一般是指800nm~2500nm范围,后者则是2.5m~25m范围。理论上,近红外光谱是分子结构中某些化学键能级跃迁的倍频、合频与差频在短波长区域的体现,中红外光谱则主要是基频在相对长波区域的体现,因此二者存在一定的对应关系。中红外光谱因谱峰窄、吸取强、特征性强等优点较早被应用于分子结构解析,近红外光谱则因谱峰重叠而解析困难,曾经长期处于被遗忘状态。随着探测器、信号放大器等器件和光谱解析算法的不断进步,近红外光谱技术取得了突破性发展,在化学气体检测、农产品成分检测等分子结构解析相关领域得到了广泛应用近红外检测相比中红外检测具有结构简单、成本低等优点,在表面污染物检测、生物组织检测、爆炸物探测等领域具有非常广阔的应用前景。滤光片型微型近红外光谱仪滤光片型微型近红外光谱仪按照滤光片类型又可分为基于可调谐滤光片型光谱仪和基于线性滤光片型光谱仪。可调谐滤光片型微型近红外光谱仪本质是法布里-珀罗干涉仪:由上下镜和一个介质层(谐振腔)构成,通过对上下镜施加静电驱动电压来调节谐振腔厚度,实现连续可调滤波。线性滤光片型微型近红外光谱仪的基本原理则是通过锥形腔层的厚度变化进行快速分光。其基本元件分别为可调谐法布里-珀罗滤光片和线性渐变滤光片。如图1(a)、(b)所示。可调谐滤光片型微型近红外光谱仪通常使用静电驱动控制法-珀腔中锥形层厚度变化,静电吸和作用使得光谱范围非常有限,而制备腔长渐变滤光片阵列是线性滤光片型微型近红外光谱仪的技术难点。总体来说,滤光片型微型红外光谱仪成本低,体积小,结构简单紧凑,但其可探测范围有限并且分辨率较低。色散型微型近红外光谱仪色散型微型近红外光谱仪主要通过光栅分光,其中包括通过改变光栅角度进行色散,并通过单元探测器依次获取光谱不同波段信息的扫描光栅型微型近红外光谱仪,和通过采用阵列检测器直接获取光栅不同波段光谱信息的阵列检测型微型近红外光谱仪。

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