近紅外光譜儀器從分光系統(tǒng)可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調(diào)濾光器和陣列檢測五種類型。濾光片型主要作專用分析儀器,如糧食水分測定儀。由于濾光片數(shù)量有限,很難分析復(fù)雜體系的樣品。 光柵掃描式具有較高的信噪比和分辨率。 由于儀器中的可動部件(如光柵軸)在連續(xù)高強(qiáng)度的運(yùn)行中可能存在磨損問題,從而影響光譜采集的可靠性,不太適合于在線分析。傅立葉變換近紅外光譜儀是具有較高的分辨率和掃描速度,這類儀器的弱點(diǎn)同樣是干涉儀中存在移動性部件,且需要較嚴(yán)格的工作環(huán)境。聲光可調(diào)濾光器是采用雙折射晶體,通過改變射頻頻率來調(diào)節(jié)掃描的波長,整個(gè)儀器系統(tǒng)無移動部件,掃描速度快。但這類儀器的分辨率相對較低,價(jià)格也較高。隨著陣列檢測器件生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟,采用固定光路、光柵分光、陣列檢測器構(gòu)成的NIR儀器,以其性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高以及性能價(jià)格比好等特點(diǎn)正越來越引起人們的重視。在與固定光路相匹配的陣列檢測器中,常用的有電荷耦合器件(CCD)和二極管陣列(PDA)兩種類型,其中 Si 基 CCD 多用于近紅外短波區(qū)域的光譜儀,InGaAs 基 PDA 檢測器則用于長波近紅外區(qū)域。北京英賢儀器有限公司與石油化工科學(xué)研究院和美國微光譜公司合作, 基于陣列檢測器成功開發(fā)出了系列近紅外光譜儀,包括實(shí)驗(yàn)室型和在線型儀器,光譜范圍覆蓋了整個(gè)近紅外波段(700~2500nm),根據(jù)測量對象可以選擇多種測量方式如透射、漫反射等,已在 30 余家煉廠、科研單位和高校得到成功應(yīng)用。
光纖遠(yuǎn)距離測量: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)距離測量,可將測量探頭或流通池直接安裝到生產(chǎn)裝置的管線,實(shí)現(xiàn)在線測量,或環(huán)境苛刻以及危險(xiǎn)的地方的現(xiàn)場測量。一臺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)對生產(chǎn)裝置的多個(gè)測量點(diǎn)的物料在線測量。在線測量數(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)。與其它在線測量儀表提供的參數(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。
注意事項(xiàng):
近紅外分析技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是技術(shù)本身的成套性,即必須同時(shí)具備三個(gè)條件:
(1)各項(xiàng)性能長期穩(wěn)定的近紅外光譜儀,是保證數(shù)據(jù)具有良好再現(xiàn)性的基本要求;
(2)功能齊全的化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件,是建立模型和分析的必要工具;
(3)準(zhǔn)確并適用范圍足夠?qū)挼哪P汀?/div>
近紅外分析技術(shù)分析速度快,是因?yàn)楣庾V測量速度很快,計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果速度也很快的原因。但近紅外分析的效率是取決于儀器所配備的模型的數(shù)目,比如測量一張光譜圖,如果僅有一個(gè)模型,只能得到一個(gè)數(shù)據(jù),如果建立了10 種數(shù)據(jù)模型,那么,僅憑測量的一張光譜,可以同時(shí)得到 10 種分析數(shù)據(jù)。
應(yīng)用領(lǐng)域:
葡萄酒乙醇,含糖量,有機(jī)酸,含氮值,pH 值等
白酒 原料中的水分,淀粉,支鏈淀粉;酒醅中的水分,pH 值,淀粉和殘?zhí)堑?/div>
啤酒大麥原料中的水分,麥芽糖;啤酒中的乙醇和麥芽糖等
飲料 (可樂、 果汁等),糖分,酸度,果汁真?zhèn)舞b別
調(diào)味品 (醬油、 醋等)蛋白質(zhì),氨基酸總量,總糖,還原糖,氯化鈉,總酸,總氮,乳制品(牛奶等)乳糖,脂肪,蛋白質(zhì),乳酸,灰分,固體含量
玉米漿,蜂蜜果糖,水分,葡萄糖,多醣類,偏振參數(shù)
食用油 (花生、豆和菜籽油等)
原料中油分含量;食用油中的脂肪酸,水分,蛋白質(zhì),過氧化值,碘值,真?zhèn)舞b別
烘焙食品 (餅干、 面包等)
脂肪,蛋白質(zhì),水分,淀粉,面筋等;方便面油分等