ft -近红外光谱仪与色散光谱仪的比较

光谱学可以被认为是研究光与物质相互作用的学科。为了帮助理解这一点，可以将光分为电磁波谱的不同区域，如图1所示。

图1。电磁波谱在190 nm到25000 nm之间

光谱学非常适合监测连续和批处理过程，可以提供准确的实时分析。不同的光谱区域，如近红外(NIR)，以及紫外线和可见光(UV-VIS)，可以提供关于许多物理和化学性质的大量信息，以帮助操作人员更好地控制他们的过程。

基于光纤的光谱仪可以进行的采集速度和广泛的测量范围是任何其他技术无法比拟的。这项技术可以在一分钟内获得全面的数据集，通常需要数小时的实验室分析。

开始光谱学

最早的光谱仪使用棱镜来分离不同波长的可见光。然而，当科学家们开始从研究光谱中可见和近红外部分的光转向研究中红外区域的光时，他们发现20世纪初的棱镜和光栅噪音大，速度慢，分辨率有限。

最终，迈克尔逊找到了中红外光谱学中这些问题的解决方案，他提出了一系列新的干涉仪设计。

现代光谱学

20年代末^th世纪光学、电子学等内部分光仪系统元件不断改进。今天使用的色散光谱仪使用高度设计的光栅来分离光的波长，这也有助于减少杂散光。

衍射光栅通常是一个镀铝的镜面，在其表面蚀刻了数千个等距平行的凹槽。因此，光栅是有史以来最精确的物体之一——这些光栅的工作方式在大多数优秀的大学物理教科书中都有描述。

在Coates的同行审查研究中，发现傅里叶变换光谱仪（FT-NIR）和色散分析仪（DG-NIR）具有同等性能（Coates，1994年NIR新闻DOI:10.1255/nirn.250）。这项研究的结果表明，随着现代技术的发展，FT-NIR光谱仪所声称的许多优势不再有效。鉴于此，您如何确定哪种光谱仪技术是分析的最佳选择？

哪种技术是更好的选择?

FT-NIR是一项强大的技术，特别是在实验室环境中，可以将样品引入光谱仪而不使用光纤。FT光谱仪也可以很好地测量反射中的样品，如固体或粉末。当考虑使用光纤对“透明”液体或气体进行近红外测量时，ft -近红外仪器的许多优点就丧失了。

光谱特征的带宽取决于样品的状态。气体和蒸汽有非常窄的光谱特征(线)，需要高分辨率才能观察到。固体和液体由于基质中分子的受阻旋转而呈现出非常宽的光谱特征(波段)。因此，透明液态烃样品(占近红外应用的大部分)的带宽范围为2-12 nm。

对于水溶液样品，这个范围更大。因此，在压缩样本的情况下，FT-NIR提供的高分辨率既不是必需的，也不是理想的，因为高分辨率是以较低的信噪比(SNR)为代价的。对于复杂碳氢化合物混合物的化学计量分析，信噪比是影响分析精度的重要因素。

事实上，扫描光栅双光束光谱仪（DG-NIR）可以产生更好的信噪比（即在较低的检测限下提高灵敏度）和更好的稳定性，以承受环境空气波动。更重要的是，双光束操作提供了优越的长期稳定性的额外好处，这是必须长期无人值守运行的过程分析仪所需要的。

双光束操作在使用光栅的仪器中很容易实现，而在FT-NIR分析仪中则比较困难。由于大多数ft -近红外分析仪不工作在双光束，他们需要更频繁的参考，以补偿光度漂移。

光谱学的进展

自1994年Coates的报告发表以来，色散分析仪随着导波开发的全谱后色散平面光栅双光束(DG-NIR)技术而进一步发展。将这些改进应用于近红外过程分析仪将确保精度，减少杂散光，并提供优良的信噪比。

用后分散设计降低黑体影响

后分散设计意味着环境辐射或黑体辐射可以以与所有其他辐射类似的方式分散，因此对于任何给定波长，其影响都将减小。

利用平面光栅提高效率

大多数商业光栅光谱仪采用凹面全息光栅，因为这种装置的光学系统非常简单。然而，凹光栅总是引入离轴像差，如彗差和散光，从像上抢走光。

全息光栅很难发光，因此在使用角度上不是很亮，再次从图像上抢走了光。GWI没有使用凹面光栅，而是使用了一种更有效的设计:高度闪耀的平面光栅。

一对三线消色差透镜提供准直和聚焦。这些透镜在光谱仪的焦平面上产生源光纤的图像，几乎没有像差。这使得光谱仪具有极高的亮度，即吞吐量，因此提供了非常高的信噪比。

其他比较和注意事项:分析器验证

成功的过程监控的一个重要考虑因素是连续监控系统的准确性和精密度的能力，从而确保分析仪产生的光谱符合您的应用。

对于ft -近红外分析仪，验证通常使用外部流体，如戊烷和甲苯，这可能是昂贵的和很少可用的消耗品。戊烷作为洗涤液，光谱级甲苯作为验证样品。工业级甲苯不能用于此目的。

验证可以是自动化的，也可以是手动运行的，但是在探针上注入样例需要额外的管道。因此，验证减少了分析仪的正常运行时间，并增加了样品处理系统的复杂性(意味着更多的潜在故障点)。

导波系统中使用的验证系统DG-NIR分析仪简单，无需耗材或维护。使用分析仪中的可选稳定性监测系统（SMS），无需中断其他通道的操作。它根据ASTM方法提供连续和自动分析仪验证。

维护

重要的是要考虑与任何工具相关的持续成本和易用性。ft -近红外和dg -近红外光谱仪都使用钨卤灯作为光源和InGaAs探测器。

dg -近红外光谱仪的灯通常每六个月更换一次，这是唯一需要的消耗品。所有的灯都是预对齐的，这意味着任何人都可以在几秒钟内完成这个光源的更换。

在FT-NIRs中，灯也必须定期更换。此外，激光器本身的寿命是有限的，偶尔需要更换。更换激光器不是一个简单的过程，因为它必须小心地对准来自灯的白光光束。因此，激光更换通常是由工厂训练有素的服务工程师完成的。

多路复用设施-输入模块

ft -近红外光谱仪可以多路复用(多通道操作)，但这通常需要带有移动光学元件的光纤多路复用器。移动光学元件而不给系统带来一些噪声是不可能的。

在线光谱学通常要求SNR>105，这超出了移动光学元件多路复用器的能力。额外的硬件成本将通道数量限制在2到8个之间。

多路复用的另一种方法是流交换。这涉及到一个带有电动阀的提取样品系统，并引入了样品池中交叉污染的可能性。这是一个缓慢的，高维护的方法。

导波的dg -近红外分析仪内置多路复用，没有任何移动光学元件。因此，信噪比没有降低。有12个通道的DG-NIR系统可以在几秒钟内切换样品。

结论:DG-NIR优势

当考虑将近红外应用于涉及“透明”气体或液体、色散近红外光谱仪的应用时，DG-NIR是最佳选择。导波公司的科学家和工程师通过开发双光束后色散平面光栅近红外分析仪，推动了色散近红外技术的发展。

通过在不影响双光束操作的情况下结合这些改进，导波可以提供DG-NIR分析仪具有较高的分辨率和准确性。DG-NIR的优势在于这些分析仪的设计是为了控制光线，最大限度地减少各种形式的像差。

dg -近红外系统经过仔细优化，以提供优良的信噪比，优良的长期光度和波长稳定性，内置多路复用，易于维护。

这些信息已经从导波提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问导波．