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近紅外光譜技術(shù)與儀器的發(fā)展和推廣應(yīng)用

2010-10-12

近紅外光譜技術(shù)與儀器的發(fā)展和推廣應(yīng)用

      出現(xiàn)在近紅外波長區(qū)的光譜由于倍頻、合頻的形成機理，表現(xiàn)為普帶較寬而且重疊明顯，因此難以分辨，加上其光譜吸收較弱，因而在中紅外（MIR）光譜技術(shù)實用化后一直被人們淡忘了幾十年。直到上世紀(jì)70年代以后才出現(xiàn)了一些簡單的濾光片近紅外光譜儀，被用于牧草和某些農(nóng)產(chǎn)品的定量分析工作中；上世紀(jì)80年代以后，由于光譜儀器技術(shù)的發(fā)展，更重要的是計算機硬件技術(shù)及在化學(xué)計量學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)誰能夠的軟件技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜又得到較多應(yīng)用和人們的重視，被認(rèn)為是NIRS技術(shù)的復(fù)興。除了因多元分析等數(shù)據(jù)處理手段和計算機軟件技術(shù)的發(fā)展可在相當(dāng)程度上解決NIRS譜帶寬、重疊大等問題以外，因NIRS吸光度低而致的分析式樣處理（制備）要求低（甚至不經(jīng)處理即可分析）的優(yōu)點，以及NIRvana光透射度大、散射強、對式樣無損傷、可作多組分同時分析等等優(yōu)點（相對于MIRS），使NIRS分析技術(shù)特別適合于在線連續(xù)多組分的分析的要求；在分析過程中不用試劑（無污染、“綠光”技術(shù)），分析后式樣無破壞可直接使用也是當(dāng)前受到歡迎的優(yōu)點。工作在近紅外區(qū)而帶來的一切簡單（光源、單色器、吸收池、探測器。。。）、價格低廉、使用方便等特點，也使NIRS分析技術(shù)越來越受歡迎（尤其是對象明確、大批量、重復(fù)性分析的應(yīng)用場合）。
      但是，事物的兩面性也決定了NIRS分析技術(shù)、NIRS儀器的推廣應(yīng)用受到了明確的限制。除了不能完成MIRS分析的高分辨、準(zhǔn)確定性量分析和結(jié)構(gòu)分析等任務(wù)以為，繁復(fù)的校正集式樣測定，難以掌握也難于推廣應(yīng)用的合適數(shù)據(jù)處理和軟件開發(fā)技術(shù)也明顯地限制了NIRS的推廣應(yīng)用。NIRS數(shù)據(jù)與處理、校正集模型的建立及其可傳遞性、通用性，不但工作兩大，而且普適性差，成為NIRS技術(shù)推廣應(yīng)用的明顯障礙。基于種種原因，至今在全球范圍內(nèi)ＮＩＲＳ技術(shù)和儀器的推廣應(yīng)用，還是一個全球各方面在努力探索的前沿課題。
　從理論上說，近紅光譜儀器技術(shù)并不是原理上特別困難的問題。相反，在ＮＩＲ區(qū)（相對于中紅外、遠(yuǎn)紅外區(qū)）有高強度的光譜光源、有廣泛而且廉價的光學(xué)材料及光學(xué)系統(tǒng)（如聚光系統(tǒng)、分光系統(tǒng)等）、有高信噪比的探測器件，因此設(shè)計、制作NIR光譜儀器并不是前所未有的困難任務(wù)；在NIR區(qū)工作的光譜儀器要求的高穩(wěn)定性、高重復(fù)性、高信噪比等性能指標(biāo)，也是當(dāng)前儀器設(shè)計、制造、調(diào)試技術(shù)和具體研發(fā)無活動元件單色器，采用光纖技術(shù)原理在不良環(huán)境中實現(xiàn)遠(yuǎn)距離直接分析扥也都已成熟，可以相當(dāng)方便地應(yīng)用到NIRvana儀器研發(fā)中去。
     NIRS研發(fā)的主要困難還在于NIRS技術(shù)的推廣應(yīng)用還沒有達(dá)到應(yīng)有的程度，沒有形成量大面廣的NIRS儀器的市場需求和應(yīng)用潮流，因此不能給光譜儀器研發(fā)、生產(chǎn)領(lǐng)域形成需求要了和明亮的NIRS光譜儀器市場前景，不能把人們的目光和注意力從已經(jīng)是量大面掛鉤的紫外可見光譜儀器、 Fourier紅外光譜儀等類儀器的研發(fā)潮流中，調(diào)向到NIRS方向。