近紅外光(NearInfrared,NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電磁波;
ASTM定義的近紅外光譜區(qū)的波長(zhǎng)范圍為780~2526nm(12820~3959cm1);
習(xí)慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波(780~1100nm)和近紅外長(zhǎng)波(1100~2526nm)兩個(gè)區(qū)域。
由于近紅外光在常規(guī)光纖中有良好的傳輸特性,且其儀器較簡(jiǎn)單、分析速度快、非破壞性和樣品制備量小、幾乎適合各類樣品(液體、粘稠體、涂層、粉末和固體)分析、多組分多通道同時(shí)測(cè)定等特點(diǎn)。
近幾年,隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)、光纖和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,在線近紅外光譜分析技術(shù)正以驚人的速度應(yīng)用于包括農(nóng)牧、食品、化工、石化、制藥、煙草等在內(nèi)的許多領(lǐng)域,為科研、教學(xué)以及生產(chǎn)過程控制提供了一個(gè)廣闊的使用空間。
光纖遠(yuǎn)距離測(cè)量:
近紅外光可以通過光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,可以實(shí)現(xiàn)距光譜儀以外的遠(yuǎn)距離測(cè)量;
可將測(cè)量探頭或流通池直接安裝到生產(chǎn)裝置的管線,實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量,或環(huán)境苛刻以及危險(xiǎn)的地方的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。
一臺(tái)在線近紅外光譜儀可以外接多路(2~10路)光纖回路,實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)生產(chǎn)裝置的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的物料在線測(cè)量。
在線測(cè)量數(shù)據(jù)可直接輸送到DCS或先進(jìn)控制系統(tǒng),為生產(chǎn)的優(yōu)化及時(shí)提供油品的質(zhì)量參數(shù)。
與其它在線測(cè)量?jī)x表提供的參數(shù)(如壓力、流量和溫度等變量)相比,在線近紅外分析提供的數(shù)據(jù)(如組成或性質(zhì))是直接質(zhì)量參數(shù),對(duì)生產(chǎn)的優(yōu)化提供更準(zhǔn)確和有益的參考信息。
近紅外分析與常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)分析方法配合使用,起到雙方互補(bǔ)的作用,不僅能夠及時(shí)向生產(chǎn)控制部門提供分析數(shù)據(jù),同時(shí)也節(jié)省了大量分析化驗(yàn)費(fèi)用(包括人力、設(shè)備,和試劑等);
在線近紅外分析與DCS連接,直接給控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù);
據(jù)此進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化得到的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的;與其它在線儀表相比,近紅外光譜儀運(yùn)行故障率和消耗均很低。
攝譜儀是利用觀察光源的儀器,它的作用是將來自光源的復(fù)合分解成按波長(zhǎng)順序排列的單色光,并把它記錄下來。 根據(jù)分光元件的不同,可分為棱鏡攝譜儀和光柵攝譜儀。根據(jù)記錄光譜的方法不同,又可分為看譜鏡法、攝譜法和光電法。這三種方法基本原理都相同,都是吧激發(fā)試樣獲得的復(fù)合光通過如何狹縫在分光元件上,使之色散成光譜,然后通過測(cè)量譜線而檢測(cè)試樣中的分析元素。而區(qū)別在于看譜法用人眼去接收,攝譜法用感光板接受,而光電法則用光電倍增管接收光譜輯射。今天重點(diǎn)攝譜法,下面根據(jù)兩類產(chǎn)品來做下介紹: 1.棱鏡攝譜儀 以棱鏡為分光元件,用照相方式檢測(cè)譜線強(qiáng)度的攝譜儀就稱為棱鏡攝譜儀。 1)構(gòu)造:其主要包含,座機(jī),電弧電源,電機(jī)架,聚光燈,狹縫,縫寬調(diào)節(jié)鼓輪,入射光管,棱鏡方位調(diào)節(jié)鼓輪。棱鏡罩,出射光管,看譜目鏡,攝譜暗箱等,以下是棱鏡攝譜儀的光學(xué)系統(tǒng)展示圖片。
照明系統(tǒng):指光源到攝譜儀狹縫之間的這一部分。由透鏡L組成??煞譃閱瓮哥R和三透鏡照明系統(tǒng)兩類。其作用是:把光源的光聚焦于狹縫上,使盡可能多的光進(jìn)人狹縫;讓光源不同部位發(fā)出的光均勻地照射到狹縫的各個(gè)部位;并使光源電極頭所發(fā)射出來的紅熱白熾光連續(xù)光譜不進(jìn)入狹縫。 準(zhǔn)光系統(tǒng):由狹縫S及準(zhǔn)光鏡O1構(gòu)成,又稱為準(zhǔn)光管或平行光管。其作用是使進(jìn)入狹縫的光經(jīng)過準(zhǔn)光鏡后成為平行光束照射到單色益上。 色散系統(tǒng):由棱鏡組成。其作用是經(jīng)過準(zhǔn)光鏡O1后所得的平行光束,通過棱鏡而產(chǎn)生色散現(xiàn)象,使不同波長(zhǎng)的復(fù)合光分成按一定波長(zhǎng)順序排列的譜像。 投影系統(tǒng):包括暗箱物鏡02及感光板F。其作用是:將色散后的單色光束,經(jīng)物鏡O2聚集在感光版面上,形成按波長(zhǎng)順序排列的狹縫像-光譜。 2)分光原理 它是根據(jù)光的折射現(xiàn)象進(jìn)行分光的。 在紫外及可見光譜區(qū)域,某一棱鏡材料對(duì)光的折射率與光的波長(zhǎng)之間滿足經(jīng)驗(yàn)公式: n=A+B/λ2+C/λ4 根據(jù)式中可以得知,n為折射率,A,B,C均為與棱鏡材料有關(guān)的常數(shù);λ為光的波長(zhǎng),由式中可見,波長(zhǎng)越長(zhǎng),折射率越小,根據(jù)光的折射定率:
式中,i為入射角,r為折射角 當(dāng)包含不同波長(zhǎng)的符合光通過棱鏡時(shí),不同波長(zhǎng)的光就會(huì)因折射率不同而以不同的折射角r射出棱鏡而分開,這就是棱鏡的分光原理。 3)色散率與分辨率 色散率就是把不同波長(zhǎng)的分光散開的能力,它可用角色散率和線色散率兩種方法來表示。色散率表示兩條波長(zhǎng)相差dλ的光線被棱鏡色散后所分開角度的大小,θ是入射角光與出射光之間的夾角,稱為棱鏡的偏向角。
式中可得知,dn為兩條波長(zhǎng)為λ1和λ2的光線的折射之差,n為λ1和λ2波長(zhǎng)的光線的折射率的平均值,A為棱角頂角。 如果攝譜儀中安裝數(shù)個(gè)相同的棱鏡,且其位置都處在最小偏向角位置,則總的角色散率等于單個(gè)棱鏡的角色散率乘以所用的棱鏡的數(shù)目。
線色散率:表示波長(zhǎng)相差dλ的兩條譜線在焦面上的距離為dl. 線色散率的大小可用下列公式表示: 線色散率的大小公式 式中,f2為物鏡焦距,ε為物鏡腳面與主光軸之間的夾角。 分辨率:這個(gè)指的是光學(xué)系統(tǒng)能夠正確分辨出緊鄰兩條譜線的能力。一般用兩條方便開的光譜線波長(zhǎng)的平均值λ與其波長(zhǎng)差dλ之比值表示,如式中表示:
4)集光本領(lǐng) 是攝譜儀光學(xué)系統(tǒng)傳遞輻射能的能力,直接影響譜線強(qiáng)度大小。常用入射于狹縫的光源度B為一個(gè)單位時(shí),在感光板上所得到的的照度E來表示,當(dāng)準(zhǔn)直鏡與暗箱物鏡的有效孔徑相等時(shí),即:d1=d2,集光本領(lǐng)L的大小可以用下列公式表示。
d2和f2都是暗箱物鏡的直徑和焦距,rπ為入射光的輻射通量與經(jīng)過一些列棱鏡后透射光輻射通量之比。從上式中可以看出,集光本領(lǐng)除了與光源寬度,光學(xué)元件的性質(zhì)有關(guān)外,暗箱物鏡的相對(duì)孔徑對(duì)它是影響最大的,用相對(duì)孔徑簡(jiǎn)介表示攝譜儀的集光本領(lǐng)。比值越大,集光本領(lǐng)越大。 2.光柵攝譜儀 以光柵為分光元件,用照相方式檢測(cè)譜線強(qiáng)度的攝譜儀,稱為光柵攝潛儀。 (1)構(gòu)造 光源攝譜儀與棱鏡攝譜儀一樣,也逛由照明系統(tǒng)、準(zhǔn)光系統(tǒng)、色散系統(tǒng)及攝影系統(tǒng)四部分組成。不同的地方,只是色散系統(tǒng)不一樣而已。光柵光譜有兩個(gè)不好的地方: ①譜級(jí)重疊現(xiàn)象。 例如一級(jí)光譜中的6000A°譜線,將與二級(jí)光譜中的3000A°,三級(jí)光譜中的2000A?;ハ嘀丿B,這將給分析工作者帶來困難,一定要消除,常用消除這種干擾現(xiàn)象的方法有: -利用濾光片吸收干擾波長(zhǎng) -利用感光板的靈敏區(qū)不同消除干擾波段 -利用分級(jí)器消除干擾 ②無用的零級(jí)光譜 當(dāng)m=0,β=-α任何波長(zhǎng)的光可滿足光柵方程。為了克服無零集光譜里集中了過強(qiáng)的光源強(qiáng)度,人們對(duì)光柵制作進(jìn)行了革新。制除了閃耀光柵或叫強(qiáng)度定向光闌。其特點(diǎn)是在閃耀波長(zhǎng)處將集中75%~80%的入射光輻射能,而在才波長(zhǎng)的三分之二及三及二分之三處,光強(qiáng)下降40%。閃耀光柵波長(zhǎng)可以通過光柵滑角來加以控制,閃耀光柵的閃耀波長(zhǎng)與閃耀角之間滿足:mλθ=2bsinθ,其中式中m是光譜級(jí)數(shù),b是光柵常數(shù)。 以上是關(guān)于兩類產(chǎn)品的介紹,如有疑問可以多參一些考資料~~