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【傅里叶型近红外光谱仪】傅里叶型近红外光谱仪及傅里叶红外与近红外的关系详解

承天示优官方账号 2023-04-06 资讯 490 views 0
前言:

在分析样品的化学和生物特性方面,光谱技术一直是化学和生命科学研究中非常有用的工具。其中,傅里叶变换近红外(FT-NIR)光谱法是一种非侵入性、无需样品制备、高通量和多组分定量快速测量目标成分或参数值的方法。本文将详细介绍傅里叶型近红外光谱仪以及其与傅立叶红外(FT-IR)中心波数范围之间的比较。

什么是傅里叶型近红外光谱仪?

首先,让我们了解一下什么是“傅利耳”:这个名字源自于法国数学家约瑟夫·洛杰· 儒略·福利埃 (Joseph Julien Fourier),他提出了一个理论框架,该框架称为"Fourier Transformation." (即 Fourier transform),进而发展成为当今高级传感器数据处理领域必不可少的一个核心概念。

现代科技手段上使用到对“傅里叶”的探索理论,就是通过将原始信号转换为频率分量,使得机器可以对设备获得的数据进行更具意义和准确度的观测。这项技术在光谱领域尤其重要。

此外,近红外线(NIR)光谱也是一种安全、快速、非破坏性测试方法,常用于药品检验、食品与饮料工业中等领域。传统上它们被认为是取代FT-IR分析技术的最佳选择之一。

而当我们结合两者时,则产生了“傅里叶型近红外光谱仪”——该仪器基于可见和接近红微爵科学中 Fourier 变换的概念发展而来,使用高级计算学习如何从样本反射或透过 NIR 光源提供给他们信息。

傅里叶型近红外光谱仪工作方式

简单地说,NIR成像系统含有一个白色LED组件,并配有便携式引物条形码扫描枪,在无需预处理样品情况下收集图像并提取数据。由于采用了真正意义上的"Narrow light source", 检测到所需波长范围内的光子能够高度聚焦于样品表面上;然后,将所测得的本底信息从表征物质中归一化并应用重建算法。

与傅里叶红外(FT-IR)相比:

FT-NIR和FT-IR技术都是基于同一个理论框架:它们在图谱上呈现出来的结果结构非常相似。然而,由于NIR的工作范围更窄且处于可见光谱之间,因此分辨率不如长波红外区域(也称为中红外或mid-infrared, MIR)更高。

总体而言,并没有对两者进行绝对性比较评级——就好像我们无法保证哪种颜色会让人感到“幸福”,但这促使了科研专家进一步思考什么时候使用每个技术以及如何做出明智选择。以下我们将简述其中差异:

1. 化学方式

光源在主要化学成分吸收特定波长时发生变化——该过程被称为共振频率。 NIR谱仪利用具有类似形式的机制使样品反射/透射信号产生带通滤波器效果,在检测数据上捕获需要的反射光强度信号。

2. 光谱范围

FT-IR分析优点在于其可以覆盖从远红外到近红外的光学区域,包括大约2,500 ~ 25cm^{-1}(4~400 microns)的中心波数——其中含有化合物蒙特卡洛模拟、反演等更为详细且丰富多样数据。而近红外光谱法(NIR)只能覆盖较窄频率范围,并且技术不支持分子振动模式探测;但它们也具备许多独特和非凡化学转移过程和组合信息。

(如图所示)

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3. 样品制备方法

对于客户需要记录意见或其他“微生物”级别样品,由于傅里叶变换近红外是一种无需显微镜观察就可进行实际成像以及快速自认证检查工具,在这个方面更显优越:直接将采取的材料放入检测器内进行扫描。此外,IR技术需要慢速制备样品并在准备好之后进行扫描。

4. 技术模式

FT-IR和NIR均采用了两种不同的检测模式:反射(REF)或透过(TRA)。采用 REF 模式时,则把光源引导到固定位置,并将要测试的材料移动进入信号范畴以产生数据;而TRA则正相反——他们这是在获取镜像板上某一端口处接受传送来的光波信息。

5. 适用领域

基于谱图分析可见,FT-NIR常常被视为食品工业及医学中最有效、通用且实质性操作手段之一。众所周知,此类型样本初步筛选与长期研究中使用应可化氢处理也成为该项技术广泛顶多星级营销部分;同时有些硬度资产密集型项目就更需要 NIR 系统作为核心驱动器。然而,在其他行业(如物理学、纳米科技等)里会选择使用 IR 分析仪器以捕获精细结构的物质特征和组合变异情况。

总结:

傅利叶近红外(Fourier Transform Near Infrared)技术是

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