光栅型红外光谱仪

在2014年9月3日召开的百度世界大会上，&ldquo 筷搜&rdquo 这款便携式健康生活智能设备赚足眼球，它看起来和普通的筷子没有太大差别，却拥有智能检测地沟油、饮用水酸碱度和水果甜度、品种和产地等特色功能，可连接智能手机，随身携带使用。 　　这款名为&ldquo 筷搜&rdquo 的产品，分为筷子和筷托两部分。据介绍，筷子集成各种传感器，实现一系列物理指标的测量，包括水酸碱度(pH值)、温度、油质和盐度四种数据，并将数据通过蓝牙传输给智能手机，通过筷子尾部的LED灯与用户进行智能交互，如检测结果合格，显示蓝色，检测结果不好，以红色警示。筷托则内置红外光谱仪，实现对测量物进行定性和定量分析。 筷搜 　　对于现在这个时代来说，光谱仪器的小型化已经成为十分必要，因为只有小型化的方便携带的仪器才能走进家庭，在厨房里检测食品的农药残留等等。在这里光学系统的尺寸成为重要的制约因素，因为需要分光&mdash &mdash 把不同波长的光区别出来，一般来说都需要使用光栅或者干涉仪，我们以光栅为例进行说明。光栅的分辨率与尺寸成正比，尺寸越小，分辨率越差(干涉仪也一样)。而且，越小的单色器要求越小的入射狭缝(用来模拟点光源)，入射狭缝发出的光被凹面镜反射后变为平行光线再射到光栅上进行分光，这个时候出射狭缝处的光能量可能会很弱，因为入射狭缝不可能开得更大，更大就不是一个点光源了，仪器的光谱分辨率会变得更差。 　　因此，光能量与光谱分辨率是一对矛盾，不能被同时提高，这就是真正的物理学。不过我们可以放大光路的尺寸，来实现光能量与光的分辨率的同时提高，这就是在不同的scale有不同的物理。最近，百度公司推出的&ldquo 筷搜&rdquo 仪器里面宣称集成了很小的红外光谱仪，可以检测地沟油，从技术上来说，作者还没有看出百度的红外谱仪到底采取了什么小型化的分光装置(或者说波长扫描装置，因为它的尺寸实在太小了，只有鼠标那么大。) 　　因此，可以说&ldquo 筷搜&rdquo 这种小型化的红外装置是极富挑战性的，希望百度公司能对这一部分披露更多的技术信息。 　　另外，到底什么是光呢?作者有几次受到北京电视台记者的采访，要我在电视上给普通老百姓介绍一下红外线或者紫外线，作者一定要坚持首先给他们解释一下光的本质，一定要告诉普通观众一个基本的事实：光是从原子中跑出来的。如果一定要使用比喻的话，作者一般这样说：原子中的电子就好象跳楼一样，摔下来流的血就是它所发出的光，比如可以从10楼跳到8楼，也可以从10楼跳到5楼，也可以从7楼跳到4楼，或者直接摔在地上，这些都是可以的。现在百度的&ldquo 筷搜&rdquo ，就是要说明电子到底是从几层楼掉下来的，又掉到了哪层楼。这部分是技术关键。 　　百度&ldquo 筷搜&rdquo 集成的红外光谱仪真的能工作吗?作者保持谨慎的追问。

红外光谱仪的发展主要经历了以下三个阶段:　　第一阶段是棱镜色散型红外分光光度计, 它是基于棱镜对红外辐射的色散而实现分光的, 其缺点是光学材料制造麻烦, 分辨本领较低, 而且仪器要求严格的恒温降湿。　　第二阶段是光栅色散型红外分光光度计(如港东WGH-30A), 它是基于光栅的衍射而实现分光的, 与第一代相比, 分辨能力大大提高, 且能量较高, 价格便宜, 对恒温、恒湿要求不高, 是红外分光光度计发展的方向，　　第三阶段是基于干涉调频分光的FTIR红外光谱仪(如港东FTIR-650), 它的出现为红外光谱的拓展应用开辟了新的方向，相比之前色散型红外来说，傅里叶变换型红外具有分辨能力高、扫描时间快、光通量大、高扩展性等优点，但对湿度和温度有要求，尤其是湿度，通常要求不能超过70%。 从上个世纪70年代到现在的几十年中，傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)发展非常迅速，FTIR光谱仪的更新换代速度很快。世界上主要的FTIR生产商，一般每三到五年就推出新型号的FTIR光谱仪。随着傅里叶变换红外光谱技术的不断发展，红外光谱仪的附件也在不断的发展，不断的更新换代。新的、先进的红外光谱仪附件的出现，促使红外光谱仪附件的功能和性能不断的得到加强和提高，进一步使红外光谱技术得到了更加广泛的应用。 不可否认，国内的FTIR厂家的技术和世界主流公司相比还是有一定的差距，但是这个差距正在不断缩小。国外有代表性的FTIR生产厂商，经过几十年的技术积累，研发出来的产品在附件和主机集成上、产品联用上、产品专用化上及产品小型化上的优势比较明显。　整体而言，最近几年FTIR技术发展非常之快，无论是从产品的智能化程度、产品联用、应用领域专用上还是产品的小型化上都显示出很强的发展势头，未来FTIR技术会随着客户对产品的不同需求，朝着更加智能化、更加专用化、更加小型化的方向发展。傅立叶红外光谱仪（软件带有各种分析定量方法库） 定货号：DH108 红外光谱仪使用傅立叶转换红外光谱仪(FTIR)对在用油品的质量和污染状况进行检测，可以检测油液衰化变质，氧化，水解，添加剂含量等，分析速度快，2分钟即可得到所有参数的测试结果，本仪器符合ASTM E2412红外光谱法润滑油监测标准，红外水中油含量分析标准，GB/T 23801-2009中间馏分油中脂肪酸甲酯（生物柴油）含量的测定（红外光谱法），广泛应用于军队,工矿企业，石化和运输行业仪器特点：1、采用了技术的抗振傅立叶干涉仪，从根本上解决了傅立叶红外光谱仪过于娇嫩，故障率过高的固有缺陷，使仪器可以适应各种恶劣环境的要求2、采用了技术的DTRANTM进样系统，无需任何清洗试剂，大大加快了分析速度，也避免了对操作人员的健康损害3、仪器操作简单，软件界面友好，操作人员仅需简单培训就可以轻松使用仪器4、可以分析包括润滑脂在内的各种油液油脂而不需要任何样品处理5、对各种油液中水分的测量下限达到50ppm，从而大大提高了红外光谱仪的分析效能(其它红外光谱仪对水分的测量下限为500 ppm)6、各种油液分析方法库和各项指标的界限值数据库技术参数：规 格：20×20×10 cm工作温度：-10℃至50℃进样系统：钻石透射池进样系统分 束 器：人造宝石光谱分辨率：zui高为0.5cm-1分析速度：1-2分钟/每个样品光谱范围：7800-350 cm-1检 测 器：DTGS检测器信 噪 比：大于20000：1重 量：4Kg

仪器信息网讯 2013年4月15日，北京凯元盛世公司联合美国JDSU公司在北京召开“JDSU微型近红外光谱仪研讨会”，会议邀请了从事近红外应用研究的专家近20余人参会，其中包括老专家中国农业大学严衍禄教授、中国农科院蒋士强研究员等。 研讨会现场 美国JDSU公司产品应用工程师Chris Pederson 　　美国JDSU公司产品应用工程师Chris Pederson、亚太区市场经理邵勇健、亚洲区销售经理黄智昭及北京凯元盛世公司总经理田福成等也出席了此次研讨会。 JDSU微型近红外光谱仪 　　本次研讨会讨论的产品是JDSU在Pittcon 2012正式推出的微型近红外光谱仪，这款产品也是目前市场上商品化体积最小的近红外光谱仪，其最主要的特点是体积小、性价比高。 　　据Chris Pederson介绍，“近年来，小型化已经成为仪器发展的一个趋势。在近红外光谱仪方面，小型化主要依赖于Czerny-Turner正交型光栅技术及MEMS(微机电系统)技术，但是利用如上技术，体积变小有限，或成本较高，或需要光源、光栅等移动部件。JDSU之所以可以将近红外光谱仪做到如此之小是采用了一项线性渐变滤光片(LVF，Linear Variable Filter)的技术制作分光原件。” 　　具体而言，LVF是一种特殊的带通滤光片，其使用了JDSU的光学镀膜和制造技术，制作时特意向特定方向形成楔形镀层，滤光片的穿透波长在楔形方向发生了线性变化，从而起到分光作用。Chris Pederson说，“在45*42mm大小的体积中，微型近红外光谱仪包含了光源、滤光片、检测器等，完全不需要其他移动部件，其中光源采用双集成真空钨灯，检测器采用128线元非制冷铟镓砷(InGaAs)二极管阵列检测器，由USB供电(在5伏电压是电流小于500毫安)。” JDSU微型近红外光谱仪内部构造 表：JDSU微型近红外光谱仪主要参数 参数Parameter 规格Specifications 光源 双集成真空钨灯；1.8万小时寿命 照明几何 泛光照明/0角度观察 入射孔径 0.5x2.0mm 有效采样区域 2x4mm (窗口面) 分光元件 线性渐变滤光片(LVF) 探测器类型 128线元非制冷铟镓砷(InGaAs)二极管阵列 像素尺寸/节距 30x250um/50um 波长范围 1700型：950-1650nm 2200型：1150- 2150 nm 光谱带宽(光学分辨率) 4 OD (平均) 模数转换 16位 动态范围(最大) 1000:1 测量时间(典型值) 0.25秒 采样积分时间 最小100微秒；最大仅受限于暗信号 主机接口 USB2.0，最高速度(480Mb/s) 尺寸(直径x高) 45x42毫米 重量 60克 运行环境 -20~50℃，非凝结 存储环境 -40~70℃，非凝结 电源 USB供电(500毫安@5伏) 　　目前，JDSU有1700及2200两个型号，1700波长范围从950纳米至1650纳米，2200波长范围从1150纳米至2150纳米，同时其可以测试粉末及固体样品、液体及浆状样品，以及薄膜与不透明样品。此外，Chris Pederson还表示，“JDSU的主营业务是光学镀膜，并且从1948年就开始此项业务。LVF也是JDSU非常成熟的技术，除了现有两个型号产品外，我们还可以为客户提供定制化的产品，更具灵活性。” 　　对于用户很关注的软件及模型转换问题，Chris Pederson说“目前，JDSU已经开发了实验室版本的软件，以及可以兼容USB的软件等。从Pittcon 2012推出产品以来，JDSU一直在解决模型转换问题，包括同类仪器之间的模型转换及与其他品牌台式近红外仪器间的模型转换。” JDSU微型近红外光谱仪实际应用 　　在应用方面，Chris Pederson介绍到，“JDSU的微型近红外光谱仪主要是针对现场、在线检测需求市场，而农业及食品是我们最先开展应用的领域，未来我们还将拓展其在制药、材料、刑侦、执法等领域的应用。” Chris Pederson还特别强调，“JDSU微型近红外光谱仪并不是为了取代台式的近红外仪器而研发，而是为了解决那些不需要那么高灵敏度、而又需现场、在线测试的应用问题。我们很高兴，我们现有的合作伙伴已经做出了一些适合它的应用。” 　　最后，Chris Pederson说，“JDSU的微型近红外光谱仪具有很高的性价比。在性能方面，与福斯的台式近红外光谱仪相比，JDSU微型近红外光谱仪的测试结果相近。而在价格方面，JDSU微型近红外光谱仪的价格也很具有竞争力。” 　　与会的专家对于此项创新技术都有较高评价，但也表示，目前，JDSU微型近红外光谱仪仍然还处在从科研走向应用的路上。 　　目前，北京凯元盛世公司是JDSU在中国的主要合作伙伴，通过北京凯元盛世，JDSU希望能开拓中国市场，找到适合此款产品的应用领域。（撰稿：杨娟） 合影留念