短波红外光谱仪的原理及结构

　　短波红外光谱仪，与其他光谱仪器一样，通过测量光谱数据，获得有关物质结构或化学基团的信息，并且对其解释、研究和应用。

短波红外光谱仪的发展

　　光谱学是研究从紫外到红外光谱波段的光谱测量的一门科学，对很多学科的发展具有重要意义光谱仪器已广泛应用于航天遥感、能源工程、医药研究、食品安全、空间工程、资源开发、国防、文观测和环境保护等很多领域。

　　光谱仪主要分为干涉型和分光型两大类。干涉型光谱仪是通过傅立叶变换获得信号光的光谱信息，特别适合对微弱光信号的探测，但帧频相对较低。分光型光谱仪是基于棱镜或光栅分光原理，将待测光按波长分开，对不同波长的光信号进行探测，获得信号光的光谱特征。分光型的光谱仪测量速度主要取决于探测器性能。

　　随着固态阵列探测器的出现和计算机技术的快速发展，出现了由阵列探测器、计算机技术和平像场光谱仪相结合的瞬态光谱仪。许多研究领域对光谱仪器提出了小型化和高速瞬态光谱测量，而短波红外光谱仪正成为国内外的研究热点。

短波红外光谱仪的原理

　　短波红外光谱仪主要研究的是吸收光谱，即当一束红外单色光或复合光照射样品时，如果被照射样品的分子选择性地吸收辐射光中某些频率波段的光，则产生吸收光谱。分子吸收了光子以后会改变自身的振动能态。通常，分子基频振动产生的吸收谱带位于中红外区，而在短波红外波段，主要对应于分子基频振动的倍频和组合频。

　　短波红外光谱仪谱带的产生和属性(频率，强度)取决于非谐性。非谐性Zgao的化学键是那些含有Z轻原子，即氢原子的化学键。这些键在高能处发生振动，伸缩振动具有大的振幅，因而具有Z强的强度。所以，与X-H(X=C、N、O、S)官能团相关的吸收谱带在短波红外光谱区域中占主导地位，其中包含了大多数有机化合物的组成和分子结构的信息。

　　由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同基团和同—基团在不同物理化学环境中对短波红外光谱的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少。因此，短波红外光谱可作为获取信息的一种有效载体。目前短波红外光谱仪的应范围很广，主要的应用领域包括：农业、食品、化工、石汕、化妆品、造纸、医药等等。

　　由于短波红外光谱是分子基频振动的倍频与合频，吸收光谱特征不明显、谱带重叠严重。因此，化学计量算法中的多元校正技术是短波红外光谱分析中处理信息的有效途径，即先通过校正集样品的光谱数椐与物质组成或性质数据的测景，釆合适的化学计量学方法建立校正模型，然后再通过建立的校正模型和测定的未知样品的光谱数据实现定性或定量分析。

短波红外光谱仪的结构

　　短波红外光谱仪的光学系统由准直物镜、色散元件、成像物镜3个部分组成。聚光系统把被测物质的光会聚到短波红外光谱仪的入射狭缝上，狭缝发出的光经准直物镜后变成平行光投向色散元件，色散元件将入射的复合光分解成单色光。成像物镜将空间上色散开的各波长的光会聚在成像物镜的焦平面上，形成按波长排列的狭缝单色像，光电接收器安置于成像物镜的焦平面上，即可测量被测物质光谱的强度和波长位置，进行光谱分析。

　　色散元件是分光型光谱仪的核心元件，色散元件的选择主要包括棱镜分光和光栅分光。光栅分光的特点是对整个光谱范围可提供线性光谱色散，存在光谱级次重叠，光栅效率与波长有很大关系;棱镜分光的特点是不存在光谱级相互重叠的问题，光通量较高，色散有很大的非线性。根据实际要求，所设计的短波红外光谱仪采用平面闪耀光栅做为色散元件。通过选择刻槽形状，将能量集中到某一所需的光谱级，减弱零级和其余各级光谱。