近红外光谱仪发展概述,光谱仪性能特点

在过去的50多年里，近红外光谱仪经历了如下几个发展阶段：

*台近红外光谱仪的分光系统（50年代后期）是滤光片分光系统，测量样品必须预先干燥，使其水分含量小于15%，然后样品经磨碎，使其粒径小于1毫米，并装样品池。此类仪器只能在单一或少数几个波长下测定（非连续波长），灵活性差，而且波长稳定性、重现性差，如样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差！“滤光片”被称为*代分光技术。

70年代中期至80年代，光栅扫描分光系统开始应用，但存在以下不足：扫描速度慢、波长重现性差，内部移动部件多。此类仪器*大的弱点是光栅或反光镜的机械轴长时间连续使用容易磨损，影响波长的精度和重现性，不适合作为过程分析仪器使用。“光栅”被称为第二代分光技术。

80年代中后期至90年代中前期，应用“傅立叶变换”分光系统，但是由于干涉计中动镜的存在，仪器的在线可靠性受到限制，特别是对仪器的使用和放置环境有严格要求，比如室温、湿度、杂散光、震动等。“傅立叶变换”被称为第三代分光技术。

90年代中期，开始有了应用二极管阵列技术的近红外光谱仪，这种近红外光谱仪采用固定光栅扫描方式，仪器的波长范围和分辨率有限，波长通常不超过 1750nm。由于该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频，样品的摩尔吸收系数较低，因而需要的光程往往较长。“二极管阵列”被称为第四代分光技术。

90年代末，来自航天技术的“声光可调滤光器”（缩写为AOTF）技术的问世，被认为是“90年代近红外光谱仪*突出的进展”， AOTF是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件，与通常的单色器相比，采用声光调制即通过超声射频的变化实现光谱扫描，光学系统无移动性部件，波长切换快、重现性好，程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性，尤其是外部防尘和内置的温、湿度集成控制装置，大大提高了仪器的环境适应性，加之全固态集成设计产生优异的避震性能，使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来越广泛的应用。

直读光谱仪是一种常用的分析仪器，在工业、电子、机械、石化、电力等领域中都有应用。用户在使用直读光谱仪过程中对于一些基本使用知识是需要掌握的，今天小编为大家总结了一下直读光谱仪基本使用知识，希望可以帮助大家更好的使用直读光谱仪。

1、光电直读光谱仪的验收指标有哪些?

直读光谱仪的验收指标可参考《JJG768-2005 发射光谱仪检定规程》，*主要的是直读光谱仪的重复性和稳定性。

其中，重复性反应仪器的基本性能及误差影响，是*主要的验收指标。重复性良好，说明数据波动较小，具备准确测定的能力。如果数据重复性不好，数据之间相差较大，就无法确定哪一个数据更可靠，也就无法完成准确的测量。

稳定性是测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力，衡量仪器一段时间内测量结果的波动性，决定了仪器的校准周期，稳定性好可以适当延长校准时间，降低仪器的使用成本。

很多人在验收过程中，仅关注准确度，这种认识是片面的。直读光谱仪的定量方法属于参照法，即需要一系列的标样来制定工作曲线作为参照标准，再通过对比待测元素的强度，计算出元素含量。由于标样和实际样品存在差异，测量结果势必有一定的偏差，但这种偏差可以通过控样来修正。因此，测量结果的准确度除了与仪器有关外，还与控样的质量有密切的关系，只有重复性和稳定性才直接体现仪器性能的好坏。

2、如何对谱线进行校正?

由于外界环境变化、仪器设施改动和时间累积等原因，谱线会发生漂移，此时可利用光谱校正标样对仪器进行校正，光谱校正标样属于仪器的配套产品，在使用过程中应当节约，尽量不要用作其他用途。当光谱校正标样使用完以后，请联系仪器维护工程师，不建议自行购买。一般校正的方法如下：

全谱型：只需激发单块标样，即可通过软件算法自动完成所有谱线的校正。

多道型：通过描迹完成校正，校正时需激发一组标样才能完成所有通道的校正，如果仪器各通道的漂移不一致，单纯的描迹无法完成校正，需要通过调整出射狭缝位置或折射镜角度，来校正谱线的变化，此操作需要专业的维修工程师才能完成。

3、为什么要扣除光谱背景?

若标准样品和被测样品的背景不一致时，容易引起测量误差;背景强度过大时，严重影响低含量元素的测定，同时造成仪器检出限过高。因而，扣除背景有利于提高分析结果的稳定性和准确度，提升仪器灵敏度和检出限。

多道型直读光谱仪测量的是各通道出缝宽度内的光强累加值，无法区分背景强度和谱线强度，测量精度受到背景强度的影响。

全谱型直读光谱仪可以获得每条谱线的轮廓信息，因此可结合背景校正技术，正确区分背景和谱线，有效提高测量精度。

4、如何选择控样?

使用控样的思想就好比天平的砝码调节。控样能够减少曲线漂移，仪器波动，样品冶炼和加工工艺等带来的差异，建议测定样品时一定要使用控样校正。

控样应该是一个与分析试样的冶金过程和物理状态一致的标准样品，其各元素含量应当准确可靠、成分均匀、外观无气孔、沙眼、裂纹等物理缺陷，并且各元素含量应位于校准曲线含量范围之内，尽可能与分析样品的含量接近。《校正标样在光电直读法中的分析研究和运用》(张存贵郝艳峰)一文报道：通过实验对比发现，用自己熔炼的校正样品分析比用市场上采购来的样品分析准确性更好，因而建议有实力的厂家，是把自己的产品熔炼后重新定值作控样。

光谱仪日常使用情况

　　一、检查温度、湿度和防尘效果：

　　①温度变化大，会导致谱线偏离初射狭缝，使谱线强度发生变化，不能正常进行分析，炉前实验室要求空气调整装置连续运行，因此，开空调使室温达到一定的温度后，才能开始工作。

　　②湿度如大于60%，则会导致试样的激发状况。

　　③灰尘太大，会影响光源和计算机等仪器的正常运行。

　　④对真空型光电光谱仪，使用前必须检验真空度，以保证磷、硫分析的准确度。

　　二、氩气：

　　氩气是光谱仪工作的必要前提之一，如果氩气不足，就会造成试样不能充分激发，甚至导致整台仪器的损坏。

　　氩气一般有三种规格：一种普氩，纯度一般在99.9%以下：一种是纯氩，纯度一般在99.99%;一种是高纯氩气，纯度大于99.996%。我们在光谱仪使用过程中，要用高纯氩气，否则就会出现打白点，激发不好试样的情况，就会影响试样的分析准确程度。

　　在仪器使用之前一定要检查氩气的状况，以确保有足够的氩气。氩气瓶上一般要配备一块氧气表，这种表有两个表头，一个表的量程为0~2.5MPa,其作用是观察氩气瓶内的压力情况，一瓶新的氩气压力一般在12~14MPa之间，当此表的压力到0.5MPa时就应该停止使用，更换一瓶新的，如果完全用完的话，下次再用此瓶冲装后的氩气，就达不到正常的纯度，就会影响光谱仪的使用;另一个表头的量程为0~2.5MPa，其作用是用来调节光谱仪工作时的氩气流量。我们通过大量的实验证明：一般情况下，把其调节到0.3~0.4MPa时，对仪器的各种性能能发挥到*佳状态，故此请光谱仪用户要把其固定在0.3~0.4MPa之间。

　　仪器内部也有几条氩气气路，光谱仪的用气是通过气动板来进行工作的，主要有三种状态，一种是氩气冲洗和预燃时的气流量，一般情况下作黑色金属，把流量计的指示珠放在8左右;一种是激发时的气流量，一般情况下，把其调节在6左右，另一种是常流量，也就是说仪器在不工作时(也就是待机状态时)也要让其有氩气循环，这样，可以防止仪器的气路内进入空气或水汽导致仪器结果不可信。

　　氩气气路是由铜管来连接的，这样就不可避免的存在连接点的情况，每个连接点就存在着有氩气漏泄的可能，因此要定期进行检查各个接头是否漏气，特别注意的一个连接点就是;以其后面板上有“氩气入”的铜螺丝接口，因为每次更换氩气瓶就会使通关振动，时间一长就会使接口松动，有可能漏气。如果真正漏气的话有两个扳手把其拧紧就可以了。

　　氩气气路要保持洁净清洁，这样才能保证样品被完全激发，是分析结果达到更准确，但也不可避免氩气气路有污染的情况，一般主要有以下几种途径：

　　1.氩气纯度达不到高纯氩的状态，这样就不能使试样激发甚至打白点根本激发不起来;

　　2.氩气气路泄漏，使氩气流散到空气中，或有空气渗透到气路内导致氩气纯度降低;

　　3.由于激发台内的激发聚积物太多而影响到氩气得流畅，导致气路堵塞，影响分析。

　　鉴于以上情况我们要尽可能的准备正规厂家生产的高纯氩气以供仪器使用，及时检查氩气气路是否连接好确保没有泄漏情况，定期清理火花台内部灰尘和吹通废氩流出气路的蓝色PUC管，定期更换水瓶中的水，把各种隐患排除，以确保光谱仪能正常工作。

　　气路好坏的判断：一般可以从三方面着手

　　1.激发废旧试样，看点子是否激发正常(中间有金属光泽，四周有黑色固体放电物痕迹)，则说明氩气比较好;如果激发不好或根本就打的白点子，则氩气不好，需更换;

　　2.激发完废旧试样，打开“显示选择”下拉菜单中的：“原始强度”，看FeR(CuR……)的原始强度是否和原来的数值相近(一般控制在±15%)，就说明试样激发好了，氩气比较好;否则氩气不好。

　　3.看“显示选择”下拉菜单中的“元素浓度”，连续激发几点，看数据的稳定性，如果稳定，则氩气比较好;否则不好。

　　鉴于以上种种因素，氩气对光谱仪工作至关重要，希望用户能够按照厂家要求购置合格的高纯氩气，以确保生产产品的质量。

　　三、激发室：

　　激发室实质上就是一个氩气冲洗激发室，是由一个电极柱，电极、聚四氟乙烯套、火花架、火花台板和一个铸铝台构成，是光谱仪的重要组成部分之一，其主要作用是用来把样品激发出来的元素的复合光以提供给光栅进行分光变成单色光。

　　激发室内的空腔中，由于试样的激发而残留的黑色沉积物，这种物质是导体，能够把电极柱和周围的铸铝连通构成导电电路，导致仪器不能正常工作，因此要定期清理里面的沉积物质。其操作方法如下：

　　1.要关闭光源按钮;

　　2.把火花台盖板上面的四个内六角螺丝用扳手松开(要对角线的方向对称松开);

　　3.把火花台盖板反过来放在桌面上，小心别碰倒地上，否则就不能用了;

　　4.把火花台罩卸下来放在椅子上;

　　5.把火花台下面的蓝色废气管拔下来，清理干净并吹通;

　　6.把火花台前面的白色胶螺丝拧下来;

　　7.用吸尘器把激发台内的沉积物清理干净;

　　8.用毛刷把火花台板上的灰尘轻轻刷掉，注意：别碰到上面的挡光片，否则会改变光的原始强度;

　　9.把火花台板放好，用极距规的长端放在火花台板上的孔内，目的是确定电极和火花台板的中心空;

　　10.把火花台板的四个螺丝拧紧(对角线方向);

　　11.用电极扳手从白色胶螺丝的孔伸进去，把固定电极的顶丝松开，是电极松开;

　　12.用极距规的短端把电极顶下去，使其表面和火花台面完全接触，不松开;

　　13.用电极扳手把电极固定好;

　　14.把白色胶螺丝用螺丝刀拧紧;

　　15.把蓝色废气管插好;

　　16.把火花台罩上好;

　　17.用试样把火花台孔盖好，放下火花台架压好;

　　18.把光源按钮打开;

　　19.点“氩气冲洗”，冲洗氩气两分钟停止。

　　按照上述步骤就把火花台清理干净了，然后再作其它工作。

　　火花台盖板的要求：

　　1.火花台盖板要求表面平整;用试样表面盖住，不能漏气，否则影响仪器的分析准确性;

　　2.火花台盖板要经常用干净的布擦试，保持其洁净;

　　3.在放试样时，要拿住火花台架，不能掉下来把火花台盖板砸坏，如果砸坏了就要更换一块，否则会影响分析的真实性。

　　4.清理火花台时，取、放火花台板时要轻拿轻放，千万不要掉在地上或用重的物品压住，否则会导致其发生形变而表面不平整。

　　总之，激发台是光谱仪的重要组成部件之一，要认真做好每一步工作，才能使光谱仪发挥其应有的效果。

　　四、使用安全：

　　1.光谱仪用的是220V50Hz的交流电，一定要注意电器连接不要有漏电情况;

　　2.光谱仪正常工作时，火花台激发处的能量很大，电压能达到上万伏，因此在光谱仪工作时不能把火花台罩取下，不要乱碰其内部的铜管、铜柱，以防击伤甚至导致人身安全事故。如发现此类事件，后果由用户自己承担;

　　3.光谱仪高压箱内有-1000V的高压，因此不要乱碰，否则会击伤;

　　4.光谱仪光室内是高真空状态，如果达不到真空状态循环泵就会工作，使其达到真空状态。特别是在*次安装或用户一段时间不用，再重新开机应用时一定要注意：先不要打开高压开关按钮，光打开电源，检测按钮，应把东方SpectroMeter程序打开，点击“仪器”下拉菜单中的“检测真空电路”观察下边的状态栏，等到其显示“高压已加”时，再把高压按钮打开，在进行其它的操作。否则一开始就把高压按钮打开，真空达不到高真空情况下，真空泵就要工作，而把光学室内的空气抽开，在这个状态下，有一个极限真空情况，很容易就会把内部的光电倍增管烧毁，导致整台仪器报废，无法进行使用，如出现这种情况，后果由用户负责，请用户要牢记。