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1、第七章 精密仪器设计实例,通过对便携式近红外光谱仪器、激光干涉测长仪*设计分析，掌握精密仪器的特点、要求、结构及设计方法。,内 容,7.1* 近红外光谱仪器设计 7.2 激光干涉仪设计,7.1 近红外光谱仪器设计,一、 近红外光谱仪器概述 二、总体设计 三、主要模块设计,一、 近红外光谱仪器概述,原理 结构 性能指标 分类,2、结构,3、性能指标,（1）仪器的波长范围 （2）吸光度范围,（1）光谱的分辨率 （2）波长准确性 （3）波长重现性 （4）吸光度准确性 （5）吸光度噪音 （6）基线稳定性 （7）杂散光,1测量范围 2精度 3测量速度 4取样方式 5软件功能,1扫描速度 2数据采样间隔,
2、（1）仪器的波长范围,光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。 近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，7001100nm的短波近红外光谱区域和11002500nm的长波近红外光谱区域。,测量范围,（2）吸光度范围 吸光度范围也称光谱仪的动态范围，是指仪器测定可用的最高吸光度与最低能检测到的吸光度之比。 吸光度范围越大，可用于检测样品的线性范围也越大。,测量范围,（1）光谱的分辨率 主要取决于光谱仪器的分光系统； 根据分析对象选择仪器的分辨率。,精度,（2）波长准确性,精度,光谱仪器波长准确性是指仪器测定标准物质某一谱峰的波长与该谱峰的标定波长之差。 波长的准确性对保证近红外光谱仪
3、器间的模型传递非常重要。为了保证仪器间校正模型的有效传递，波长的准确性在短波近红外范围要求好于0.5nm，长波近红外范围好于1.5nm。,（3）波长重现性,对样品进行多次扫描，谱峰位置间的差异，通常用多次测量某一谱峰位置所得波长或波数的标准偏差表示（许多傅立叶变换的近红外光谱仪器习惯用波数cm-1表示）。 仪器稳定性的一个重要指标,精度,（4）吸光度准确性 吸光度准确性是指仪器对某标准物质进行透射或漫反射测量，测量的吸光度值与该物质标定值之差。 对那些直接用吸光度值进行定量的近红外方法，吸光度的准确性直接影响测定结果的准确性。,精度,（5）吸光度噪音 吸光度噪音也称光谱的稳定性，是指在确定的波
4、长范围内对样品进行多次扫描，得到光谱的均方差。 吸光度噪音是体现仪器稳定性的重要指标。将样品信号强度与吸光度噪音相比可计算出信噪比。,精度,（6）基线稳定性 基线稳定性是指仪器相对于参比扫描所得基线的平整性，平整性可用基线漂移的大小来衡量。 基线的稳定性对我们获得稳定的光谱有直接的影响。,精度,（7）杂散光 除要求的分析光外其它到达样品和检测器的光量总和。 杂散光对仪器的噪音、基线及光谱的稳定性均有影响。一般要求杂散光小于透过率的0.1。,精度,（1）扫描速度 在一定的波长范围内完成1次扫描所需要的时间。 仪器的设计方式（原理）,测量速度,（2）数据采样间隔 连续记录的两个光谱信号间的波长差。
5、 间隔小样品信息丰富,光谱存储空间大； 间隔过大则可能丢失样品信息。 采样间隔 仪器分辨率。,测量速度,4、分类,（1）按用途分类 实验室型近红外光谱仪 专用近红外仪表 在线近红外分析仪,4、分类,（2）按取样方式分类 漫反射 漫透射 漫透反射,4、分类,固定波长 滤光片 激光二极管 光栅扫描（SCANNING） 傅立叶变换（FT） 光栅阵列检测（ARRAY DECTING） 声光过滤（AOTF） 阿达玛变换式 （Hadamard ） 多通道傅里叶变换式,（3）按分光原理分类,滤光片式,激光二极管式,LED的发出的光不是单色光，一般半高宽为1025nm，大多用来测量色度、水分等；,光栅扫描,光
6、栅,光源,狭,缝,样品,传 感 器,傅立叶变换,傅立叶变换型光谱仪,x=v0t,接收信号,x=v0t,在一定波数范围内,=1/=f/C,傅立叶变换,傅立叶变换,频域 信号,时域 信号,t,固体阵列检测,电荷耦合器件（CCD）硅基（Si：4001100nm），多用于近红外短波区域的光谱仪 二极管阵列（PDA）硫化铅基（PbS：11002500nm）/铟-镓-砷基（InGaAs：8001700nm），用于长波近红外区域。,AOTF,V,f,N，a,阿达玛变换式,光栅,光源,传 感 器,Hadamard模板,样品,s=1 s1 + 0s2 +1 s3 +0 s4 + 0s5 解方程得 s1 、s2、s3、s4、s5,各种类型的特点与性能比较,
