近红外光谱仪器种类如此繁多，我们应该如何选择？

近红外(NIR)光谱仪是近年来发展较为迅速的一种高新分析测试技术，是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测量技术的有机结合。与传统分析技术相比，近红外光谱仪具有无损检测、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重现性好、样品测量一般不需要预处理、光谱测量方便、适合于现场检测(如大批量抽检)和在线分析等独特优势。

近红外(NIR)光谱仪是近年来发展较为迅速的一种高新分析测试技术，是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测量技术的有机结合。与传统分析技术相比，近红外光谱仪具有无损检测、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重现性好、样品测量一般不需要预处理、光谱测量方便、适合于现场检测(如大批量抽检)和在线分析等独特优势。  

  NIR光谱仪的类型较多，主要有滤光片型、发光二极管(LED)型、光栅色散型、傅里叶变换干涉仪型、声光可调滤光片型(AOTF)、多通道检测型(二极管阵列PDA、电荷耦合器件CCD)等。光栅色散型仪器又可分为扫描一单通道检测器和固定光路一阵列检测器两种类型。除了采用单色器分光以外，也有仪器采用多种不同波长的发光二极管(LED)作光源，即LED型近红外光谱仪。  

在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。对一台近红外光谱进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。  

01 仪器的波长范围  

对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效的光谱范围，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，700～1100nm的短波近红外光谱区域和1100～2500nm的长波近红外光谱区域。  

02 光谱的分辨率

光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像素有关。分光系统的带宽越窄，其分辨率越高，对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的设计有关。仪器的分辨率能否满足要求，要看仪器的分析对象，即分辨率的大小能否满足样品信息的提取要求。有些化合物的结构特征比较接近，要得到准确的分析结果，就对仪器的分辨率提出较高的要求。  

滤光片型仪器  

光栅扫描型仪器  

阵列检测器型仪器  

傅里叶变换近红外光谱仪  

03 波长准确性  

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。  

布鲁克利用空气中无处不在的水蒸汽，对仪器X轴进行矫正，保证新旧仪器和不同型号仪器高度一致性，实现模型的长期稳定性和共享性。为了保证近红外仪器光谱轴的准确度，即波长的准确度和精确度。布鲁克近红外设备在2cm-1分辨下利用自然界中水蒸气在7306.74cm-1处的吸收峰为标准，由仪器内部单一波长的HeNe激光控制仪器的波长准确度，X轴的准确度是模型稳定预测和模型转移的基础。即使更换光学元件或者整台仪器，都不会对模型效果产生任何影响，在一台仪器上建立的模型可以直接拷贝到其他布鲁克仪器上正常使用。实验室设备建立的模型也可以传递至在线光谱仪作为基础模型，实现实验室向工业现场的过渡。  

04 波长重现性  

 波长的重现性指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(傅立叶变换的近红外光谱仪器习惯用波数cm-1表示)。波长重现性是体现仪器稳定性的一个重要指标，对校正模型的建立和模型的传递均有较大的影响，同样也会影响较终分析结果的准确性。一般仪器波长的重现性应好于0.1nm。  

05 吸光度准确性、重现性、噪音、范围  

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。  

吸光度重现性指在同一背景下对同一样品进行多次扫描，各扫描点下不同次测量吸光度之间的差异。通常用多次测量某一谱峰位置所得吸光度的标准偏差表示。吸光度重现性对近红外检测来说是一个很重要的指标，它直接影响模型建立的效果和测量的准确性。一般吸光度重现性应在0.001～0.0004A之间。  

吸光度噪音也称光谱的稳定性，是指在确定的波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。  

吸光度范围也称光谱仪的动态范围，是指仪器测定可用的较高吸光度与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。  

06 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。

07 杂散光  

杂散光S与吸光度相对误差ΔA/ A0 和吸光度真值A0的关系  

杂散光定义为除要求的分析光外其它到达样品和检测器的光量总和，是导致仪器测量出现非线性的主要原因，特别对光栅型仪器的设计，杂散光的控制非常重要。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%。

08 扫描速度  

扫描速度是指在一定的波长范围内完成1次扫描所需要的时间。不同设计方式的仪器完成1次扫描所需的时间有很大的差别。例如，电感器件多通道近红外光谱仪器完成1次扫描只需20ms，速度很快;一般傅立叶变换仪器的扫描速度在1次/s左右;而传统的光栅扫描型仪器的扫描速度相对较慢。  

09 数据采样间隔  

采样间隔是指连续记录的两个光谱信号间的波长差。很显然，间隔越小，样品信息越丰富，但光谱存储空间也越大;间隔过大则可能丢失样品信息，比较合适的数据采样间隔设计应当小于仪器的分辨率。  

10 测样方式  

测样方式在此指仪器可提供的样品光谱采集形式。有些仪器能提供透射、漫反射、光纤测量等多种光谱采集形式。  

11 软件功能  

软件是现代近红外光谱仪器的重要组成部分。软件一般由光谱采集软件和光谱化学计量学处理软件两部分构成。前者不同厂家的仪器没有很大的区别，而后者在软件功能设计和内容上则差别很大。光谱化学计量学处理软件一般由谱图的预处理、定性或定量校正模型的建立和未知样品的预测三大部分组成，软件功能的评价要看软件的内容能否满足实际工作的需要。  

 总而言之  

什么样的近红外光谱仪器较好?如何选择一台合适的近红外光谱仪器?实际上，“较好”仪器的定义是很难确定的，“较好”的仪器也是不存在的。因为对某一特定的仪器所提出的各项要求是随着所需要解决的具体问题的不同而有所差异的。从简单结构到复杂结构、从低价格到高价格的近红外光谱仪在市场上都能见到，就是因为针对不同的用途，它们分别有各自的用武之地。因此，在选择光谱仪器时一定要结合自己分析任务的需要来考虑选型，要有针对性地考察仪器的适用情况，另外还要想到仪器的可维护性，不要一味地追求高的测量精度，也不要认为价格高的就是适合自己的。再一个，就是要考虑和近红外光谱仪器工作配套的软件，它包括采谱软件和化学计量学软件。采购者应考虑这些软件的功能和操作的难易程度。  

近红外光谱仪器生产厂家能否为用户提供及时、周到的技术支撑服务体系。这个服务体系包括仪器硬件的质量维护、耗损器件更换和应用模型的建立与维护，另外，还包括对操作者的培训。特别是模型的建立与维护，有些仪器厂商给用户提供基础模型，再用用户的样品加以扩充。有些仪器厂商不给用户提供基础模型，但是他们可以负责为用户建立新的模型。不管是哪种方式，总之一定要考虑模型建立的质量以及建立或扩充模型所需的费用，以及厂商是否把建立和维护模型的技术教授给用户的实际操作者。这是用户能否把近外光谱分析技术很好地使用起来的关键。