關(guān)于近紅外光譜儀器的主要性能指標(biāo)

一、波長范圍：

　　儀器的波長范圍是指近紅外光譜儀所能記錄的光譜范圍。對任何一臺特定的近紅外光譜儀器，都會有其特定的光譜范圍，光譜范圍主要取決于儀器的光路設(shè)計、分光種類、檢測器的類型以及光源。通用型近紅外光譜儀器往往覆蓋了整個近紅外的光譜范圍12000-4000cm-1（800-2500nm）。

　　二、分辨率（Resolution）：

　　近紅外光譜儀的分辨率是指儀器對于緊密相鄰的峰可以分辨的zui小波長間隔，表示儀器實(shí)際分開相鄰峰的能力，即ν/△ν或（λ/△λ）,ν為兩峰中任一峰的波數(shù)，△ν為兩峰波數(shù)之差。它是zui主要的儀器指標(biāo)之一，也是儀器質(zhì)量的綜合反映。

　　儀器的分辨率主要取決于儀器分光系統(tǒng)的性能。對于色散型儀器而言，其分辨率取決于分光后狹縫截取的波段精度，狹縫越小截取的波段越窄，分辨率越高。但隨之而來的是能量急劇下降，靈敏度不斷降低，為了兼顧檢出靈敏度，就不能讓狹縫無限制地縮小來提高分辨率，因此，要想讓色散型的儀器分辨率達(dá)到0.1cm-1，又能得到一張質(zhì)量良好的譜圖是很困難的事。而對于傅里葉型的近紅外光譜儀，由于有多路通過的特點(diǎn)，無狹縫的限制，因此儀器的分辨率僅取決于干涉采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的多少，即取決于動鏡移動的距離，由于動鏡的移動由激光控制，因此可以很輕松地得到一張高質(zhì)量、高分辨率的譜圖。

　　三、準(zhǔn)確性（Accuracy）：

　　近紅外光譜儀的準(zhǔn)確性包括波長準(zhǔn)確性和光度準(zhǔn)確性兩部分。

　　波長準(zhǔn)確度指測定時儀器顯示的波長值和分光系統(tǒng)實(shí)際輸出的單色光的波長值之間的符合程度。波長準(zhǔn)確度一般用波長誤差，即上述兩值之差來表示。由于近紅外分析是用已知樣品所建立的模型來分析未知樣品的，如果儀器的波長準(zhǔn)確度不能保證，則不同測定光譜就會因儀器波長的移動（即X軸發(fā)生了平移），而使整組光譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏移，進(jìn)而造成分析結(jié)果的誤差。因此保證波長準(zhǔn)確度不僅是近紅外光譜儀能夠準(zhǔn)確測試樣品的前提，也是保證分析結(jié)果準(zhǔn)確的前提，更是保證模型能夠準(zhǔn)確傳遞的前提。儀器的波長準(zhǔn)確度主要取決于其光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，此外還會受到環(huán)境溫度的影響。濾光片型近紅外光譜儀和色散型近紅外光譜儀受其關(guān)心光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，其波長準(zhǔn)確度較低，使用中需要經(jīng)常用已知波長且性質(zhì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對儀器進(jìn)行校正。相比之下，傅里葉近紅外光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，干涉儀單色性能*的氦-氖干涉系統(tǒng)作為采樣標(biāo)尺，且內(nèi)部一般還裝有波長校準(zhǔn)系統(tǒng)，因此儀器的波長準(zhǔn)確度一般都非常高。

　　光度準(zhǔn)確性指儀器對某物質(zhì)進(jìn)行測量時，測得的光度值與該物質(zhì)真實(shí)值之差。儀器ideas光度準(zhǔn)確性主要由檢測器、放大器、信號處理電路的非線性引起，在光譜圖中表現(xiàn)為Y軸的誤差，通常直接影響近紅外定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　四、精密度（Precision）：

　　精密度反映不同次實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)程度，但不一定是正確值。近紅外光譜儀的波長精密性是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的zui重要指標(biāo)。波長精密度又被稱為波長重復(fù)性，是表征對同一樣品進(jìn)行多次掃描測定時，樣品光譜峰位置的差異或重復(fù)性。通常用規(guī)定的測試條件下，對某一樣品多次測量所得到的譜峰波長的標(biāo)準(zhǔn)差來表示。波長精密度主要取決于儀器光學(xué)系統(tǒng)的可動部件越少，儀器的波長精密度越高。

　　五、信噪比（Signal to noise ratio）：

　　信噪比是指樣品吸光度與儀器吸光度噪聲的比值。儀器吸光度噪聲可通過在一定的測試條件下，在確定的波長范圍內(nèi)對空白相應(yīng)變化的分析獲得，用其zui大噪聲峰值或該波長范圍內(nèi)所有噪聲峰值的均方根值（RMS）表征，通常采用峰值表征更為直觀。當(dāng)在確定的波長范圍內(nèi)對同一樣品進(jìn)行多次測量時，儀器吸光度噪聲表現(xiàn)為測得的樣品吸光度的標(biāo)準(zhǔn)差。儀器的噪聲主要取決于儀器光源的穩(wěn)定性、電子系統(tǒng)的噪聲、檢測器產(chǎn)生的噪聲以及環(huán)境影響所產(chǎn)生的噪聲，如電子系統(tǒng)設(shè)計不良、儀器接地不良、外界電磁干擾等因素都會使儀器的噪聲增大。近紅外光譜分析是一門弱信號分析技術(shù)，即從一個很強(qiáng)的背景信號中提取出相對較弱的有用信息，得到分析結(jié)果，因此信噪比是近紅外光譜儀器非常重要的指標(biāo)之一，直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和度。

　　六、雜散光（Stray radiation）

　　雜散光是指達(dá)到檢測器的除去所需波長的分析光以外的其他波長的光。通常以沒有吸收樣品時達(dá)到檢測器的總能量或總功率的百分率來表示。雜散光主要是由于光學(xué)器件表面的缺陷、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計不良以及機(jī)械零件表面處理不佳等因素引起，尤其在色散型近紅外光譜儀器的設(shè)計中，對雜散光的控制非常關(guān)鍵，其往往是導(dǎo)致儀器測量出現(xiàn)非線性的主要原因。雜散光的存在，使測出的吸光值比真實(shí)值低。在強(qiáng)吸收譜帶處，雜散光造成的影響是嚴(yán)重的，甚至導(dǎo)致錯誤的結(jié)論，但其對高透過率的弱譜帶的影響較小。由于光源長波部分的輻射能量小，因而光源輻射能量大的短波部分的散射光會在長波區(qū)造成較大的影響。抗雜散光能力越強(qiáng)，儀器的靈敏度越高。傅里葉型近紅外光譜檢測器上檢測到的信號，不是光的實(shí)際信號，而是按照f=2vν（其中f—調(diào)制頻率；v—動鏡移動速度；ν—波數(shù)）調(diào)制的聲頻信號，故外界的高雜散光不會干擾檢測，可當(dāng)作直流分量處理。一般情況下，傅里葉型儀器的雜散光信號可以忽略不計，只有在考察光柵型儀器時才需要考慮這個指標(biāo)。

　　七、軟件功能以及數(shù)據(jù)處理能力：

　　軟件是現(xiàn)代近紅外光譜儀器的重要組成部分，軟件一般由光譜采集軟件和化學(xué)計量學(xué)處理軟件兩部分組成。光譜采集軟件通常由儀器的設(shè)計所決定，而化學(xué)計量學(xué)軟件和使用者的日常工作關(guān)系密切。光譜化學(xué)計量學(xué)軟件一般由譜圖的預(yù)處理、建立定性或定量校正模型和未知樣品的預(yù)測三大部分組成。不同公司的儀器裝載的化學(xué)計量學(xué)軟件差異較大。有些軟件的智能化程度較高，可以推薦*主成分維數(shù)等指標(biāo)，適合初學(xué)者和從事科研的科學(xué)工作者使用；有些軟件的智能化程度則差些，僅僅適合經(jīng)驗(yàn)豐富的使用者。

在近紅外光譜儀的使用過程中，如何對其各項(xiàng)性能進(jìn)行客觀的評價是分析工作者要考慮的問題，在對一臺近紅外光譜儀進(jìn)行客觀評價時，要注意下列的性能指標(biāo)。