远红外线光谱检测

一个国际研究团队开发出一种检测红外光的新方法，通过将红外光的频率变为可见光的频率，可将常见的高灵敏度可见光探测器的“视野”扩展到远红外线。这一突破性研究发表在最近的《科学》杂志上。　　人类眼睛可看到400—750太赫兹之间的频率，这些频率定义了可见光谱。手机摄像头中的光传感器可检测低至300太赫兹的频率，而通过光纤连接互联网的检测器可检测到大约200太赫兹的频率。　　在较低频率下，光传输的能量不足以触发人类眼睛和许多其他传感器中的光感受器，而100太赫兹以下的频率（中红外和远红外光谱）有着丰富的可用信息。例如，表面温度为20℃的物体会发出高达10太赫兹的红外光，这可以通过热成像“看到”。此外，化学和生物物质在中红外区域具有不同的吸收带，这意味着可通过红外光谱远程无损地识别它们。　　但变频并不是一件容易的事。由于能量守恒定律，光的频率无法通过反射或透射等方法轻易改变。　　在新研究中，来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）、中国武汉理工大学、西班牙瓦伦西亚理工大学和荷兰原子和分子物理学研究所的科学家们通过使用介质（微小振动分子）向红外光添加能量来解决这个问题。红外光被引导到分子，在那里被转换成振动能量。同时，更高频率的激光束撞击相同的分子以提供额外的能量，并将振动转化为可见光。为了促进转换过程，分子夹在金属纳米结构之间，通过将红外光和激光能量集中在分子上，充当光学天线。　　领导这项研究的EPFL基础科学学院克里斯多夫加兰德教授说：“新设备具有许多吸引人的功能。首先，转换过程是连贯的，这意味着原始红外光中存在的所有信息都忠实地映射到新产生的可见光上。它允许使用标准探测器（如手机摄像头中的探测器）进行高分辨率红外光谱分析。其次，每个设备的长度和宽度约为几微米，这意味着它可以合并到大型像素阵列中。最后，该方法具有高度通用性，只需选择具有不同振动模式的分子，即可适应不同的频率。”

关某在民警指导下进行“红外测”。 红外线测试仪 8月3日晚，红外线酒精检测仪显示测试人的血液酒精含量为85mg/100ml，达到醉酒驾驶的标准。据此，司机关某也成为了深圳市乃至全国首例通过红外线酒精检测技术(以下简称“红外测”)确定醉酒驾驶违法行为的当事人。 　　记者8月3日晚从交警部门获悉，该部“红外线呼出气体酒精含量检测仪”系8月1日新《条例》实施后第一次使用。 　　据介绍，深圳市交警以往查处酒驾、醉驾，主要依靠电化学原理的呼气式酒精检测仪进行现场呼气测试(简称“吹测”)，以及抽血后依靠光谱分析进行血液酒精含量检测(简称“血检”)两种方式。其中，“吹测”方便快捷，但按照执法程序规定，如当事人对吹测结果有异议的需要进行“血检”，而该检测需要抽血，容易引起当事人心理上的对抗，耗时相对较长。 　　为提高执法效率，新《条例》第50条特别规定了使用红外线酒精检测(简称“红外测”)的方式。即采用国家计量认证的红外线酒精测试仪再次进行检测，并以该次检测结果作为确定违法行为性质的依据。据悉，这一方式在国外早已得到成功运用，其准确程度和检验体内酒精的结果几乎没有误差，方便、快捷、准确。由此，《条例》规定，驾驶人酒后驾车被查处时对吹测结果有异议的，可申请进行红外线复查。

p 　　尽管近红外线光谱仪(near-infrared spectrometer)的存在已有六十年之久，却鲜少有人知道它对于测量不同物质能量反射的重要性。德州仪器(TI)的AvatarNIR光谱仪，便能帮助各种产业找出物质的分子“指纹”— 范围包括农业、法医鉴识、制药、石油、医疗照护等。 /p p 　　过去六十年来，近红外线光谱仪技术已有极大的进展。早期这类装置既笨重且只限于实验室使用，但现在的红外线光谱仪已能利用微处理器控制、精确的A/D采样及电脑化光谱计算技术，并透过统计分析，在不同地点快速的取得结果。 /p p style=" text-align: center " img title=" QQ截图20151202173932.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/46ad611c-cb8d-45aa-a4a6-bc3ff7e82b29.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1 : 近红外线光谱仪技术应用范围广泛 /p p 　　目前近红外线光谱仪可依使用场合区分为四大用途： /p p 　　 strong —实验室— /strong /p p 　　仪器通常体积较大、精确度高且属于一般用途。用来处理光谱资料的电脑可能位于实验室内部，有些则是位在远端并透过乙太网路或USB连网。它们能处理大量的资料，几秒内就能和分散式参考标的进行比对。 /p p 　　 strong —野外— /strong /p p 　　可携式近红外线光谱仪的外型类似小型实验室仪器，可随意移动，通常只需交流电110伏特，或12伏特加上变流器即可供电。可携式近红外线光谱仪的尺寸通常只比便当盒大一点，可放置在货卡尾门上，适用于农田或矿场等产业型场景。 /p p 　　 strong —工厂— /strong /p p 　　这类专用设备可监测工厂环境，通常有特定的用途。在工厂的建置中，一条生产线上可能包含多种的光谱仪，透过乙太网路或以无线连网连结主要的控制设施。 /p p 　　 strong —掌上型— /strong /p p 　　机动且使用便利的手持式光谱仪，是目前业内一大焦点。现有产品只要装上电池即可运转，尺寸与大型手摇钻相近。优点是携带方便，且内建电源供应装置可遥控使用。 /p p style=" text-align: center " img title=" QQ截图20151202173921.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/5374cfb0-6606-4bb9-bd08-d29cdd1dbc67.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2 : 透过行动装置来检测食物比较便利 /p p 　　相关领域持续出现进展，体积更小、成本效率高的装置也应运而生，未来这项技术终将进入消费性市场。试想智慧手机若能内建近红外线光谱仪，就可以评估食物是否完全成熟、侦测食物的过敏原、确认高价橄榄油的纯度、协助医疗侦测或检查汽车机油。在台湾等地的市场里，消费者的健康意识抬头，越来越关心像是牛奶、食用油等食材是否带有不良化学添加物，因此搭载近红外线光谱仪技术的装置，将有机会发挥极大的用处。(作者Joe Siddal任职于德州仪器) /p