短波紅外光譜儀，與其他光譜儀器一樣，通過測(cè)量光譜數(shù)據(jù)，獲得有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)或化學(xué)基團(tuán)的信息，并且對(duì)其解釋、研究和應(yīng)用。

短波紅外光譜儀的發(fā)展

　　光譜學(xué)是研究從紫外到紅外光譜波段的光譜測(cè)量的一門科學(xué)，對(duì)很多學(xué)科的發(fā)展具有重要意義光譜儀器已廣泛應(yīng)用于航天遙感、能源工程、醫(yī)藥研究、食品安全、空間工程、資源開發(fā)、國(guó)防、文觀測(cè)和環(huán)境保護(hù)等很多領(lǐng)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(hào)光的光譜信息，特別適合對(duì)微弱光信號(hào)的探測(cè)，但幀頻相對(duì)較低。分光型光譜儀是基于棱鏡或光柵分光原理，將待測(cè)光按波長(zhǎng)分開，對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，獲得信號(hào)光的光譜特征。分光型的光譜儀測(cè)量速度主要取決于探測(cè)器性能。

　　隨著固態(tài)陣列探測(cè)器的出現(xiàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了由陣列探測(cè)器、計(jì)算機(jī)技術(shù)和平像場(chǎng)光譜儀相結(jié)合的瞬態(tài)光譜儀。許多研究領(lǐng)域?qū)庾V儀器提出了小型化和高速瞬態(tài)光譜測(cè)量，而短波紅外光譜儀正成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

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(dāng)一束紅外單色光或復(fù)合光照射樣品時(shí)，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(chǎn)生吸收光譜。分子吸收了光子以后會(huì)改變自身的振動(dòng)能態(tài)。通常，分子基頻振動(dòng)產(chǎn)生的吸收譜帶位于中紅外區(qū)，而在短波紅外波段，主要對(duì)應(yīng)于分子基頻振動(dòng)的倍頻和組合頻。

　　短波紅外光譜儀譜帶的產(chǎn)生和屬性(頻率，強(qiáng)度)取決于非諧性。非諧性Zgao的化學(xué)鍵是那些含有Z輕原子，即氫原子的化學(xué)鍵。這些鍵在高能處發(fā)生振動(dòng)，伸縮振動(dòng)具有大的振幅，因而具有Z強(qiáng)的強(qiáng)度。所以，與X-H(X=C、N、O、S)官能團(tuán)相關(guān)的吸收譜帶在短波紅外光譜區(qū)域中占主導(dǎo)地位，其中包含了大多數(shù)有機(jī)化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)的信息。

　　由于不同的有機(jī)物含有不同的基團(tuán)，不同的基團(tuán)有不同的能級(jí)，不同基團(tuán)和同—基團(tuán)在不同物理化學(xué)環(huán)境中對(duì)短波紅外光譜的吸收波長(zhǎng)都有明顯差別，且吸收系數(shù)小，發(fā)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(yīng)范圍很廣，主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括：農(nóng)業(yè)、食品、化工、石汕、化妝品、造紙、醫(yī)藥等等。

　　由于短波紅外光譜是分子基頻振動(dòng)的倍頻與合頻，吸收光譜特征不明顯、譜帶重疊嚴(yán)重。因此，化學(xué)計(jì)量算法中的多元校正技術(shù)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(shù)椐與物質(zhì)組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)的測(cè)景，釆合適的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立校正模型，然后再通過建立的校正模型和測(cè)定的未知樣品的光譜數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)定性或定量分析。

短波紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)

　　短波紅外光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)由準(zhǔn)直物鏡、色散元件、成像物鏡3個(gè)部分組成。聚光系統(tǒng)把被測(cè)物質(zhì)的光會(huì)聚到短波紅外光譜儀的入射狹縫上，狹縫發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直物鏡后變成平行光投向色散元件，色散元件將入射的復(fù)合光分解成單色光。成像物鏡將空間上色散開的各波長(zhǎng)的光會(huì)聚在成像物鏡的焦平面上，形成按波長(zhǎng)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(cè)量被測(cè)物質(zhì)光譜的強(qiáng)度和波長(zhǎng)位置，進(jìn)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(diǎn)是對(duì)整個(gè)光譜范圍可提供線性光譜色散，存在光譜級(jí)次重疊，光柵效率與波長(zhǎng)有很大關(guān)系;棱鏡分光的特點(diǎn)是不存在光譜級(jí)相互重疊的問題，光通量較高，色散有很大的非線性。根據(jù)實(shí)際要求，所設(shè)計(jì)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(jí)，減弱零級(jí)和其余各級(jí)光譜。