1、 年第期 分 析 仪 器作者简介 ：宋 萍 ，女 ，博 士 ，实验师 。：。便携式傅立叶红外光谱仪简介宋萍（苏州大学分析测试中心 ，苏 州）摘要 ：本文介绍了便携式傅立叶红外光谱仪技术及性 能 ，并对市场上销售的主流便携式傅立叶红外光谱仪进 行了比较 。关键词 ：便携式 ；红外光谱仪： （ ， ，）： ， ：； 红外光谱是 鉴定分子结构及判断官能团的有力手段 。光经由样品穿过以后 ，分子选择性吸收入射光中某个波长的特定光线 ，所得到的透射光被检测器接受然后传导到转换器 ，从而产生样品的特征红外光谱 。在傅立叶变换红外光谱仪中 ，信号的产生主要依靠光线在经过迈克尔逊干涉仪后干涉而成 。信号的产生
2、的质量受光路是否准直 ，入射光和反射光是否平行的因素影响很大。从世纪第一台傅立叶变换红外光谱仪发明到 现在 ，仪器的性能已经有长足的发展 。一是趋于更加强大的综合性能和更高的精度 ，另个方向就是开发更友善简易的操作平台 ，向占地更小更经济的方向发展 。在上世纪末 ，红外光谱仪技术发展到实时实地测量及无损测量 。在这种情况下传统的台式机已经不能完全满足样品的测试需求。例如当被测物 质体积太大无法被移动或是测试环境恶劣时 ，使用传统的台式机测试样品已经变得很不方便甚至不可能 。与台式机比较 ，便携式红外光谱仪有占地少 ，质量相对轻 ，能抗震或耐恶劣环境等特点 。 便携式红外光谱仪便携化的实现所谓便
3、携式 ，可 以指机载式 、车载式 ，也可以指手提式 。本文所涉及的便携式傅立叶红外光谱仪包括以上三种类型。与传统台式 机相比较 ，便携式的仪器有其优点 ：占地少 ，质量相对轻 ，样品无需制备 ，使用更简便 ，可耐严苛条件 ，适合紧急情况用。红外光谱仪 的便携化可以通过简化仪器的电路或者最小化干涉仪的途径来实现 。市场上比较常见的是通过减小电路尺寸实现 ，然而通过缩小干涉仪实现便携化也有其优点 。干涉仪是傅立叶红外光谱仪主要的部件 ，最常用的迈克尔逊干涉仪基本组成是分束器 、动镜及固定镜 。减小干涉仪的尺寸可以同时达到减少共振和缩小仪器尺寸的目的 ，因为悬镜系统的来回移动容易产生共振 ，而共振对
4、信号的稳定产生是不利的。当然 ，干涉仪的 尺寸也不是越小越好 ，缩小光学部分的尺寸能减少整个部件的占地 ，但是光学部分的尺寸与精度之间有个权衡 ，即如果光学部分尺寸很小 ，那么仪器的精确度就相对差些 。所以针对不同的用途 ，仪器的设计必须折中考虑尺寸和精度。进行混合物 或者金属的表面分析 ，对红外光谱仪的精度要求非常高 。例如系统内部光路虽然被最小 化 ，但依然保持着大的光学孔径 ，使系统的进光量能满足要分 析 仪 器年第期求 ，以保证仪器有较好的信噪比和精度 。 样品制 备及 界面的革新便携式傅立叶红外光谱仪的另一个重要特点是进样技术的革新 ，这使得测试能做到实地测量 ，实时跟踪 。漫反射及
5、红外显微镜技术特别是技术 （衰减 全反 射法 ，也叫内反射法 ）的出现使得样品只需稍加准备甚至无需制备就能进行无损测试 ，极大地拓宽了红外光谱仪的使用范围 。值得一提的是 ，技术的加载只需在原有红外光谱 仪装 置附件即 可 。一般晶体为具有高折射律的晶体 ，如、锗 （）、硅等。为了增强折射 ，也 可镀上金属如金或银 。市售便携式傅立叶红外光谱仪多数会配置附件 ，对样 品的 状态没有严格限制 。按照传统的方法测试前必须把样品制成溴化钾压片或者石蜡研糊 ，但是实际上有些样品是很难压片或者预制备的 。气体测试则需有气体池 。有 仪器 商还会配置特别的卡口转换支持不同样品界面的互换 。测试完成后 ，样
6、品平台的清洁也是比较简单的 。由于操作及清洗便捷 ，这些比较新式的红外光谱仪附件成为一些要求迅速提供结果的使用者的常见配套 。 耐受性 及稳 定性在严苛的测试环境下 ，便携式傅立叶红外光谱仪较传统台式机就更能展现出它的特点 。要保证数据的可重复性 ，仪器必须具有足够的机械稳定性及耐受性 ，如振动的耐受 。便携式光谱仪的设计特点之一就是整个仪器能适应各种机械的振动 。这就要求仪器在被移动或震动下光源仍能够保持原来的方向不变及光路准直 。有制造商在设计仪器时 ，改进了迈克尔逊干涉仪 ，采取自补偿技术 ，避免使用传统角棱镜及动态对线 。从而系统光学系统是不需要从外部进行调整 ，而是永久自动对准 ，这
7、也就保证了整个系统的抗震性 。例如 ，公司对传统的迈克尔逊干涉仪进行改进 ，出产 了专 利干涉仪 。采 用立体直角反射镜 ，保证光路永远准直 ，即使在整个光谱仪翻转的情况下 ，红外信号都能正常收集 ，无需从外部对光路进行重新调整。要做到随时随地原位测试 ，仪器 也必须对环境湿度 ，温度有一定化学耐受性及稳定性 。如在湿度比较大的环境中 ，可以采用或 者石英光窗 ，达 到防水的目的 。测试腐蚀性溶液中的某些物质时 ，普通的晶体是 耐受 不住这种条件的 ，而金刚石探头具有良好的化学稳定性和耐磨性 ，适用于大部分固液体样品的测试 。 人机交互性增强世纪年代 ，红外技术已经广泛应用在在实验室甚 至工业
8、定性定量分析中 。这不仅仅是因为得益于仪器本身光学和电学方面的改革和改进 ，人机交互性的强调和数据库功能的增强也推动了这个进程 。如今很多红外光谱仪支持与普通手提电脑联网 ，或者把电脑内置化 ，装置接口及 触摸屏 。制 造商会提供仪器使用培训及附送谱图库 ，这使得一些非专业人士都能通过简单的培训学会机器的操作 ，样品成分的分析测试也更简便了 。 部分便携 式 傅立叶红外光谱仪性能及其特点介绍表列出部分国外厂商产品 特点 ，供使用者参考 。表 部分外商产便携式傅立叶红外光谱仪比较表产品 生产 厂 家尺寸（）显示器波长范围（）重量（）特点 兼 容电脑 专 利 干 涉 仪 ，被 动 测量 单程系统
9、，气体分析光谱仪 太 阳能液晶屏 显示 气体云传感 。热 稳定干涉器 ，内置 ，热电稳定黑体及液氮冷却探测器年第期 分 析 仪 器续表 产品 生 产 厂家尺寸（）显示器波长范围（）重 量（）特点 外置电脑、及石英分 束 器可选 。迈克尔逊自补偿干涉器摆屋脊镜式干涉仪 ，附件 （，） 远 程电脑 车载式 ，适合中 试规模的化学反应 和 连 续 工 艺 流 ，实 时 动 态 监测 ，互换 样 品 界 面 ，附 运 行 和 开发软件 手 提电脑 开孔或者传统闭孔模式下均能运 行 ， 图 形用户界 面 装置有适合主动测量的角锥棱 镜 背光图形显 示 自动进 样 ，内 置 密 度 表 ，特 配 软件用于
10、精细燃料分析 触 摸屏 ，嵌入式显 示屏 金 刚石 附 件 ，分束器适应极 度 潮 湿 天 气 ，防 水 ，无 线上网配套谱图库 内 置计算机 配备金刚石 附件 、制样 模块及 气体池 。采用角镜干涉仪 。防水型 窗 片抗震防 潮 ，配谱图库 ，适于分析纤维 、固体 、液体 、粉末 外 部手提电脑 手提式 ，备有漫 反射 ，掠射角 ，镜面反射及球面 进 样 界 面 ，并可 互 换 ，适 合 厚 度 测 试 ，复 合物的化学降解及金属阳极氧化分析 外部手提电脑 手 提式 ，双 模 块 系 统 ，干 涉 器 与相同。界 面角 （）非适合测 试亚 微米级胶片 。界面适合 测试各种固液膏状机凝 胶样品
11、 。镜面反射界面适合测试铝或不锈艺术品 、土壤 、岩石 、矿物质 、复合物 、塑料 、织物分 析 仪 器年第期续表 产品 生产 厂 家尺寸 （宽 长高（）显示器波长范围（）重 量（）特点 外 部手提电 脑 牢固稳定的 干涉器 ，一体化采样界面 ，内部组件建在冲击阻尼平台上 ，可互换样品界面 。适合野外作业 。 （底 座 ）外部手提 电脑 干 涉 仪，金 刚 石样 品台可更换压头 设 计 ，软件 ，光窗 液晶触摸屏 干 涉器，自包含 系统 ，内置电 脑 ，备 有 触 摸 屏 ，可 无 线 操作 。防水性能佳 ，使用指导程序谱图数据库 适用于鉴别有害或违法材料 。 外 部手提电 脑 配有金刚石 附
12、件 ，手提 式 ，质 量轻参考 文 献范世福光学分析仪器技术的若干新进展分析仪器 ，：刘慧颖 ，鲁长 波 ，田 高友 ，等一种野外近红外油料质量分析仪的研制 现代仪器 ，（）： ，（）：陈 奕扬 ，傅晓钦 ，赵 倩 ，等便携式傅里叶红外分析仪测定水中挥发性有机污染物 中国环境监测 ，：张健以 高 聚物为载体的汽 油燃烧烟气的便携式红外分析 分析测试技术与仪器 ，（）：黄 启 厅 ，史舟 ，潘桂 颖 ，等沙质土壤热红外高光谱特征及其含沙含量预测研究 光谱学与光谱分析 ，（）：要 晶晶 ，王霞 ，金伟 其 ，等傅里叶变换红外光谱仪遥测污染云团的吸收光谱算法 光学技术 ，：林 芬 芳 ，邓 劲松 ，
13、丁 晓东 ，等水稻冠层热红外发射率的野外测量方法研究初报 浙江大学学报 ：农业与生命科学版 ，（）：边 归 国傅 立叶变换红外光 谱法在突发性污染事故监测中的应用 干旱环境监测 ，（）： ， ： ， ： ，杨 琨 ，曾立波 ，许贤 泽 ，等傅立叶红外光谱仪直线电机控制系统研究 现代科学仪器 ，：张 小 俊 ，姚杰红外衰减全反射法（）在橡胶 产品分 析中的应用 高分子材料科学与工程 ，（）：索 少增 ，刘翠玲 ，吴 静珠 ，等和 光谱 技 术 在萝卜农残检测中的应用 传 感器与微系统 ，（）：李 政 军 ，钟志光 ，何 志贵 ，等傅里叶红外光谱分析在快速检验 中 的 应 用 纺织标准与质量 ，：熊 伟 ，方 勇华 ，黄烨 ，等一种移动背景下的污染气体遥 感探测算法 红外 ，： ， ， ，：收稿日期 ：
