近紅外理解誤區(qū)解析

? ? ?? 有些專(zhuān)家、學(xué)者、用戶(hù)經(jīng)常咨詢(xún)我們， AOTF/NIR 采用 TeO2 單晶體材料及先進(jìn)的分光技 術(shù)，為什么分辨率沒(méi)有 FT/NIR（傅立葉變換）技術(shù)的高呢？近紅外儀器光斑大小對(duì)測(cè)試結(jié) 果準(zhǔn)確度是否有影響？下面就以上兩個(gè)問(wèn)題作具體的解析：

（一）、AOTF-NIR 與 FT-NIR 分辨率之解析

1.光譜的分辨率是指儀器對(duì)于光譜相鄰的峰可以分辨的最小波長(zhǎng)間隔，表示儀器實(shí)際分辨兩相鄰光譜的能力。

2.分辨率指標(biāo)最大的作用在于對(duì)相似或相近的物質(zhì)能否有效的區(qū)分開(kāi)來(lái)，因?yàn)橄嗨?或相近的物質(zhì)的近紅外光譜也是非常接近。分辨率與定量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度并沒(méi)有必然的聯(lián) 系，并不是分辨率越高測(cè)量的準(zhǔn)確度越高，針對(duì)傅立葉變換的儀器來(lái)說(shuō)，太高的分辨率反而 有可能降低其測(cè)量的準(zhǔn)確度。這是由傅立葉變換儀器的原理所決定的。

3.

美國(guó)麻省理工大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 FT 儀器不同分辨率下測(cè)得的多元醇的光譜圖

從上面的實(shí)例可以看出，傅立葉變換的儀器在高分辨率的情況下，近紅外圖譜出現(xiàn)一種 現(xiàn)象，國(guó)外專(zhuān)家稱(chēng)其為“Gibb’s Ears”現(xiàn)象（圖中紅圈標(biāo)示部分），看上去象真的吸收， 實(shí)際上是一種轉(zhuǎn)換誤差。

這是因?yàn)楦盗⑷~變換儀器測(cè)得的是吸光度—時(shí)間光譜圖，并不是標(biāo)準(zhǔn)的近紅外光譜圖， 必須通過(guò)傅立葉變換將吸光度—時(shí)間光譜圖轉(zhuǎn)換為吸光度—波長(zhǎng)光譜圖才能夠進(jìn)行光譜解 析。該轉(zhuǎn)換冗長(zhǎng)且計(jì)算強(qiáng)度大，需要一定的時(shí)間，通常采用簡(jiǎn)易的“Cooley—Tukey”運(yùn)算 法則加速變換，在光譜中會(huì)產(chǎn)生周期性誤差，以每個(gè)吸收譜帶的中間最大峰位周?chē)耐黄鹦?式出現(xiàn)，形成“Gibb’s Ears”現(xiàn)象。從圖中可以看出，隨著分辨率從 2 個(gè)波數(shù)到 32 個(gè)波 數(shù)的增大，“Gibb’s Ears”現(xiàn)象形成的突起逐漸降低直至消除。因此，要減少或消除“Gibb’s Ears”，必須降低光譜的分辨率。FT-NIR 在高分辨率下會(huì)使測(cè)試的誤差變大，降低測(cè)量結(jié)果 的準(zhǔn)確性。

4. AOTF-NIR 采用 TeO2 單晶體材料作為分光器件，一體性固化設(shè)計(jì)，沒(méi)有任何可移動(dòng)部件，穩(wěn)定可靠，且 AOTF 得到的是標(biāo)準(zhǔn)的近紅外光譜，不需要任何轉(zhuǎn)換，因此不存在“Gibb’s Ears”現(xiàn)象。

5. AOTF 可以達(dá)到 0.125nm 的分辨率，但是專(zhuān)家們研究得出近紅外的分辨率在 1-10nm 是最 好應(yīng)用的，象二甲苯的同分異構(gòu)體（對(duì)二甲苯、間二甲苯、臨二甲苯）1nm 的分辨率足以分 辨開(kāi)來(lái)。因此，AOTF-NIR 將分辨率定到 1-10nm 范圍內(nèi)，以達(dá)到最好的應(yīng)用，而不是以高分 辨率作為有名無(wú)實(shí)的唬頭。

（二）、AOTF-NIR 與 FT-NIR 光斑大小之解析

?通常大家都會(huì)認(rèn)為光斑越大所獲取的信息越多，測(cè)試的準(zhǔn)確度越高；光斑越小所獲取 的信息越少，結(jié)果的誤差也越大。其實(shí)不然，近紅外測(cè)試的結(jié)果與光斑大小沒(méi)有必然的關(guān)系。

近紅外測(cè)試的結(jié)果取決于在漫反射、漫透射、透射過(guò)程中提取被測(cè)物質(zhì)信息量多少的 問(wèn)題而定。根據(jù)能量守衡定律，在光源能量一致的情況下，光斑越大，照射的面積越廣，不 僅增大了表面反射光的強(qiáng)度，其穿透物質(zhì)的深度越淺，而且?guī)?lái)的雜散信號(hào)也越多；而光斑 小，則單位面積上的光強(qiáng)增大，穿透深度加強(qiáng)，可以得到更多攜帶樣品內(nèi)部信息的反射光（有 效信息），從而提高了檢測(cè)的可信度。

AOTF-NIR 光源采用預(yù)準(zhǔn)直定位設(shè)計(jì)，保證了光路的精度，同時(shí)，AOTF 內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單， 使穿行于設(shè)備內(nèi)的光徑最短，光能量的損失減少到最低，保證最大的光學(xué)效能輸出，大大提 高了儀器的信噪比，因此穿透物質(zhì)的程度深，小光斑可以得到大量有效的信息。同時(shí)，由于 AOTF 的速度極快，相同時(shí)間內(nèi)可以對(duì)樣品進(jìn)行更多次的掃描—即意味著更多的光譜平均—-更高的代表性與可靠性。

FT-NIR 必須在全光譜范圍內(nèi)掃描，不能夠截取任何一個(gè)波長(zhǎng)范圍掃描，這樣，在沒(méi)有 被測(cè)物質(zhì)信號(hào)的波長(zhǎng)區(qū)域可能會(huì)引進(jìn)一些干擾的信息，不僅使得掃描時(shí)間長(zhǎng)，而且測(cè)試結(jié)果 的準(zhǔn)確性差。而 AOTF-NIR 可以選擇任何一個(gè)波長(zhǎng)范圍進(jìn)行連續(xù)或非連續(xù)掃描，可以根據(jù)被 測(cè)物質(zhì)的有效波段進(jìn)行選取掃描，不僅更合理，而且縮短掃描的時(shí)間，消除干擾信息，使測(cè) 量的結(jié)果更準(zhǔn)確。