短波紅外光譜儀的原理及結構

　　短波紅外光譜儀，與其他光譜儀器一樣，通過測量光譜數據，獲得有關物質結構或化學基團的信息，并且對其解釋、研究和應用。

短波紅外光譜儀的發展

　　光譜學是研究從紫外到紅外光譜波段的光譜測量的一門科學，對很多學科的發展具有重要意義光譜儀器已廣泛應用于航天遙感、能源工程、醫藥研究、食品安全、空間工程、資源開發、國防、文觀測和環境保護等很多領域。

　　光譜儀主要分為干涉型和分光型兩大類。干涉型光譜儀是通過傅立葉變換獲得信號光的光譜信息，特別適合對微弱光信號的探測，但幀頻相對較低。分光型光譜儀是基于棱鏡或光柵分光原理，將待測光按波長分開，對不同波長的光信號進行探測，獲得信號光的光譜特征。分光型的光譜儀測量速度主要取決于探測器性能。

　　隨著固態陣列探測器的出現和計算機技術的快速發展，出現了由陣列探測器、計算機技術和平像場光譜儀相結合的瞬態光譜儀。許多研究領域對光譜儀器提出了小型化和高速瞬態光譜測量，而短波紅外光譜儀正成為國內外的研究熱點。

短波紅外光譜儀的原理

　　短波紅外光譜儀主要研究的是吸收光譜，即當一束紅外單色光或復合光照射樣品時，如果被照射樣品的分子選擇性地吸收輻射光中某些頻率波段的光，則產生吸收光譜。分子吸收了光子以后會改變自身的振動能態。通常，分子基頻振動產生的吸收譜帶位于中紅外區，而在短波紅外波段，主要對應于分子基頻振動的倍頻和組合頻。

　　短波紅外光譜儀譜帶的產生和屬性(頻率，強度)取決于非諧性。非諧性Zgao的化學鍵是那些含有Z輕原子，即氫原子的化學鍵。這些鍵在高能處發生振動，伸縮振動具有大的振幅，因而具有Z強的強度。所以，與X-H(X=C、N、O、S)官能團相關的吸收譜帶在短波紅外光譜區域中占主導地位，其中包含了大多數有機化合物的組成和分子結構的信息。

　　由于不同的有機物含有不同的基團，不同的基團有不同的能級，不同基團和同—基團在不同物理化學環境中對短波紅外光譜的吸收波長都有明顯差別，且吸收系數小，發熱少。因此，短波紅外光譜可作為獲取信息的一種有效載體。目前短波紅外光譜儀的應范圍很廣，主要的應用領域包括：農業、食品、化工、石汕、化妝品、造紙、醫藥等等。

　　由于短波紅外光譜是分子基頻振動的倍頻與合頻，吸收光譜特征不明顯、譜帶重疊嚴重。因此，化學計量算法中的多元校正技術是短波紅外光譜分析中處理信息的有效途徑，即先通過校正集樣品的光譜數椐與物質組成或性質數據的測景，釆合適的化學計量學方法建立校正模型，然后再通過建立的校正模型和測定的未知樣品的光譜數據實現定性或定量分析。

短波紅外光譜儀的結構

　　短波紅外光譜儀的光學系統由準直物鏡、色散元件、成像物鏡3個部分組成。聚光系統把被測物質的光會聚到短波紅外光譜儀的入射狹縫上，狹縫發出的光經準直物鏡后變成平行光投向色散元件，色散元件將入射的復合光分解成單色光。成像物鏡將空間上色散開的各波長的光會聚在成像物鏡的焦平面上，形成按波長排列的狹縫單色像，光電接收器安置于成像物鏡的焦平面上，即可測量被測物質光譜的強度和波長位置，進行光譜分析。

　　色散元件是分光型光譜儀的核心元件，色散元件的選擇主要包括棱鏡分光和光柵分光。光柵分光的特點是對整個光譜范圍可提供線性光譜色散，存在光譜級次重疊，光柵效率與波長有很大關系;棱鏡分光的特點是不存在光譜級相互重疊的問題，光通量較高，色散有很大的非線性。根據實際要求，所設計的短波紅外光譜儀采用平面閃耀光柵做為色散元件。通過選擇刻槽形狀，將能量集中到某一所需的光譜級，減弱零級和其余各級光譜。