微型近紅外光譜儀分析系統的研制

發布時間：2019-10-27 21:10 原文鏈接：微型近紅外光譜儀分析系統的研制

摘　要　近紅外光譜技術是光譜測試技術、化學計量學技術與計算機技術的有機結合, 文章立足于食品有效成分無損定量檢測的目標, 介紹了微型近紅外光譜分析系統的研制過程。作為系統測試的基礎, 文章重點研究了適用于在線實時分析的微型化近紅外光譜儀, 研制出的微型近紅外光譜儀樣機工作波長: 850～1 690nm , 分辨率小于10 nm。通過對樣機主要參數的測試表明, 性能接近國外同類產品水平。另外, 化學計量學與計算機技術的結合是系統的核心, 提出了基于最小二乘的局部加權回歸(LS2LWR) 的建模方法。最后, 應用研制出的系統對葡萄糖水溶液定量測試實驗表明, 其預測集的相關系數達到了01995 , 預測標準偏差為0106 。

    近紅外(near inf rared : NIR) 光譜是指波長在780～2 526nm 范圍內的電磁波。通過對特定物質的NIR 光譜分析可定量或定性地確定其組分[1 ] , 具有分析樣品用量少、分析速度快和結果穩定性好等優點[2 ] , 廣泛應用于農業、生物學、石化、食品、醫藥、紡織等領域[3 ] 。近紅外光譜分析主要利用分子的倍頻與合頻吸收, 屬于微弱信號與多元信息的處理[4 ] , 對復雜樣品進行近紅外光譜分析就是從復雜、重疊和變動的光譜中提取微弱信息, 難度很大[5 ] 。但是近紅外光譜
具有豐富的結構和組成信息, 非常適合用于碳氫有機物質的組成性質測量。
    國際上, 近紅外光譜儀產品以傅里葉( FT) 類型居多[6 ] ,大多是FT 中紅外光譜儀產品的延伸, 分辨率和靈敏度較高, 但是, 干涉儀有移動部件, 具有易損和不穩定的傾向,對工作環境要求高, 主要用于實驗室分析。近年來出現的二極管陣列和聲光近紅外光譜儀, 特點是無移動部件, 穩定且掃描速度快, 但分辨率不如FT 類型的高。這兩種光譜儀體積都較小, 對環境要求不高, 均可作為便攜式儀器實現在線檢測, 但聲光近紅外光譜儀造價昂貴, 難以大量推廣。本文介紹的微型近紅外光譜儀是屬于二極管陣列式, 成本相對較低, 解決了市場上亟需微型化、便攜式、可實現在線檢測的近紅外光譜分析儀的問題。
    實用的近紅外分析技術必須是是成套的, 包括光譜儀、定量定性軟件和應用模型三部分[7 ] 。本文從前兩方面介紹微型近紅外光譜儀系統的研制過程, 并以葡萄糖水溶液模型的建立給予驗證。