近紅外光譜儀由光源、單色器、探測器和計算機信息處理系統組成的測試儀器。現階段的近紅外光譜儀由單一的紅外光譜儀(IR/FT-IR)實現了多技術聯用,如:LC-FTIR,TGA-FTIR、GC-FTIR等。
高分子材料測試中最常用的近紅外光譜儀分為兩種:1)、雙光束紅外分光光度計;2)、傅立葉變換分光光度計FT-IR)。
區別點:分光元件的不同,雙光束紅外分光光度計採用光柵為單色器,屬單通道測量;傅立葉變換紅外分光光度計採用幹涉儀為單色器以及計算機在傅立葉變換紅外分光光度計中的應用。
傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR)特點:
(1)、測量時間短,使用全波長範圍的光同時通過樣品,縮短測試所需時間;
(2)、分辨能力高,普通紅外解析度為0.2 cm-1,FT-IR可達0.1 ∽ 0.005 cm-1;
(3)、波數精度準,使用雷射器測量波數,波數精度到達0.01 cm-1;
(4)、光譜範圍廣,一般測量範圍4000 ∽ 200 cm-1, FT-IR10000 ∽ 10 cm-1。
(5)、重複性好,雜散光小,靈敏度高等優點,可以與GC、HPLC等儀器聯用。
按照採用的分光元件不同,如:濾光片、稜鏡、光柵等,近紅外光譜可以做如下的區分:
1)、最初階段:濾光片型近紅外光譜儀器
以濾光片為單色器件的近紅外光譜儀,作用機理為光源發出的光通過濾光片後得到一寬帶的單色光,與樣品作用形成檢測信號。按照濾光片是否固定,可分為固定式濾光片和可調式濾光片。其中,固定濾光片型的儀器是近紅外光譜儀最早的設計形式。
缺點:譜帶較寬,波長解析度差,得不到連續光譜,不能對譜圖進行預處理,信息量少,可作為低檔專用儀器。但是,儀器體積小、便於攜帶、成本低、適宜大面積推廣。
2)、發展階段:色散型近紅外光譜儀器:第一代稜鏡型近紅外光譜儀器,第二代光柵型近紅外光譜儀。
以稜鏡或光柵為分光元件的近紅外光譜儀:為獲得較高解析度,採用全息光柵作為分光元件,通過光柵的轉動,使單色光按照波長的高低依次通過樣品,進入檢測器檢測。色散型紅外光譜儀器較濾光片型紅外光譜儀器有進步。
缺點:波長精度、重現性差,圖譜易受雜散光幹擾,掃描速度慢,不易與其他儀器如:GC、HPLC擴展使用,抗震性差。但是,掃描型近紅外光譜儀可對樣品進行全譜掃描,掃描的重複性和解析度叫濾光片型儀器有很大程度的提高。
第一代稜鏡型近紅外光譜儀器基本淘汰,第二代光柵型近紅外光譜儀工藝成熟、已經國產化,且價格較低,一些實用要求不高的領域仍然有使用市場。
3)、成熟階段:基於光幹涉原理設計的傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR),特別是與其他測試儀器的聯用,是新興發展的重要方向。
濾光片型近紅外光譜儀器是最初階段、色散型近紅外光譜儀器是紅外光譜發展階段,傅立葉變換紅外分光光度計(FT-IR)才是現階段紅外光譜的成熟產品。 現階段,高分子材料分析中,使用頻率最多,範圍最廣的紅外光譜儀為傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)。
儀器的選型是搞材料分析的重要工作,參考正確的儀器性能指標,是篩選合適近紅外光譜儀的重要手段。紅外光譜儀選型標準如下:
(1)、儀器波長範圍、準確性、重現性以及光譜的解析度
近紅外光譜儀中波長範圍、準確性分成兩段:短波近紅外光譜區域是700~1100 nm,準確性要求高於0.5 nm;長波近紅外光譜區域是1100~2500 nm,準確性要求高於1.5 nm。一般儀器波長的重現性應好於0.1nm,短波近紅外範圍要求好於0.5nm,長波近紅外範圍好於1.5nm。光譜的解析度,一般要求儀器的解析度好於1nm。
(2)、吸光度的噪音、範圍、準確性和重現性
吸光度噪音代表光譜的穩定性,噪音越小,穩定性越好;吸光度範圍代表光譜動態範圍,吸光度範圍越大,可測試樣品線性範圍越大;吸光度的準確性越高,測量樣品準確性越高;吸光度的重現性體現為同一樣品測試之間結果的偏差,一般吸光度重現性應在0.001~0.0004A之間。
(3)、儀器的掃描速度、數據的採用間隔、基線穩定性以及雜散光
基線穩定性越好,越容易獲得穩定的光譜;採樣間隔是指連續記錄的兩個光譜信號間的波長差,採樣間隔設計最好是小於儀器解析度;一般傅立葉變換儀器的掃描速度在1次/s左右;雜散光定義為除要求的分析光外其它到達樣品和檢測器的光量總和,一般要求雜散光小於透過率的0.1%。
(4)、軟體擴展功能
軟體功能既指自身的軟體功能,又指軟體的擴展功能,以滿足實際工作需要為考量指標。
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