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区分“红外水分仪”与“近红外水分仪”
- 2020-12-09-

  区分“红外水分仪”与“近红外水分仪”


  红外水分仪是指利用红外光对被测介质进行加热,导致被测介质中的水分全部蒸发,通过失重法计算水分含量的,这种测水方法是直接法,也叫做失重法。


  近红外水分仪是根据近红外波长会被水分子吸收的原理,分析某特定波长的近红外能量变化,从而计算得出水分含量。这种测水方法属于间接法测量。


  近红外从哪里来?


  在空间传播着的交变电磁场,即电磁波。它在真空中的传播速度约为每秒30万公里。电磁波包括的范围很广,无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、r射线都是电磁波。为了对各种电磁波有个全面的了解,人们按照波长或频率、波数、能量的顺序把这些电磁波排列起来,这就是电磁波谱。


  近红外光(Near Infrared,NIR)是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波,按ASTM(美国试验和材料检测协会)定义是指波长在780~2526nm范围内的电磁波,习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780~1100nm)和近红外长波(1100~2526nm)两个区域。近红外区域是人们早发现的非可见光区域。


  近红外与水分子之间的联系


  近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱,主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的,具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X-H(X=C、N、O)振动的倍频和合频吸收,其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团,不同的基团有不同的能级,不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别,且吸收系数小,发热少,因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。


  近红外的特点


  与传统分析技术相比,近红外光谱分析技术具有诸多优点,它能在几分钟内,仅通过对被测物完成一次近红外光谱的采集测量,即可完成其多项性能指标的测定(多可达十余项指标)。光谱测量时不需要对分析样品进行前处理;分析过程中不消耗其它材料或破坏样品;分析重现性好、成本低。


  无前处理、无污染、方便快捷


  近红外光线具有很强的穿透能力,在检测样品时,不需要进行任何前处理,可以穿透玻璃和塑料


  包装进行直接检测,也不需要任何化学试剂。和常规分析方法相比,既不会对环境造成污染,又可以节约大量的试剂费用。近红外仪器的测定时间短,几分钟甚至几秒钟就可以完成测试,并打印出结果。


  无破坏性


  无破坏性是近红外技术一大优点,根据这一优点,近红外技术可以用于果蔬原料及成品的无损检测。可以利用无损检测技术在不破坏产品的前提下,对水果的内在品质进行更多数量的抽样检查。


  在线检测


  由于近红外技术能够及时快捷的对样品进行检测,在生产中,可以在生产流水线上配置近红外


  装置,对原料和成品及半成品进行连续再现检测,有利于及时地发现原料及产品品质的变化,便于及时调控,维持产品质量的稳定。光纤导管和光纤探头的开发应用使远距离检测成为现实。且远距离检测技术特别适用于污染严重、高压、高温等对人体和仪器有损害的环境应用,为近红外网络技术的发展奠定了基础。


  对水果的内在品质(可溶性固溶物含量、水果内部病变)进行检测,并且利用该指标将水果进行分级处理。筛选出高品质产品。


  多组分同时检测


  多组分同时测定,是近红外技术得以大力推广的主要原因。在同一模式下,可以同时测定多种组


  分,比如在测小麦的模式中,可以同时测定其蛋白质含量、水分含量、硬度、沉淀值、快速混合比等指标,这样大大简化了测定操作。不同的组分对测定结果都有一定的影响,因为在测定过程中,其它组分对近红外光线也有吸收。


  测定速度快


  近红外光谱的信息必须由计算机进行数据处理及统计分析一个样品取得光谱数据后可以立即得到定性或定量分析结果整个过程可以在不到2min内完成而且可以通过样品的一张光谱计算出样品的各种组成或性质数据。


  投资及操作费用低


  近红外光谱仪的光学材料为一般的石英或玻璃仪器价格低操作空间小样品大多数不需要预处理投资及操作费用较低而且仪器的高度自动化降低了操作者的技能要求。


  当然,近红外光谱分析也有其固有的缺点:首先,它的测试灵敏度比较低,相对误差比较大;其次,由于是一种间接测量手段,需要用参考方法(一般是化学分析方法)获取一定数量的样品数据,因此测量精度永远不能达到该参考方法的测量精度,建立模型也需要一定的化学计量学知识、费用以及时间;近红外光潜的测量范围,只适合对含氢基团的组分或与这些组分相关的属性进行测定,而且组分的含量一般应大于0.1%才能用近红外进行测定。对于经常的质量监控是十分经济且快速的,但对于偶然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适用。因为建立近红外光谱方法之前,必须投入一定的人力、物力和财力,才能得到一个准确的校正模型。


  近红水分仪的原理


  近红外水分仪是根据近红外波长会被水分子吸收的原理,分析某特定波长的近红外能量变化。


  水分子不是静止的:当遇到特定的能量带时,它们会振动。水分子中两个氢原子与氧原子的键会伸展、收缩、或以其它形态扭曲。需要外来的能量引起这些振动,需要的能量遍及整个电磁光谱的特定波段。在整个光谱的不同部位,有一些吸收波段十分强烈,有一些十分微弱。在光谱的近红外部位,该部分波段对于水分子特别强烈,同时仪器在发射、过滤和接收这能量方面更容易实现。使用介可视近红外光能量的特定波长,以提供适量的能量给被测产品中的水分。一般用以测量水分的波长保持在1至2.5微米范围。


  特定波长能量被吸收的多少,取决于近红外能量束所遇到的水分子多少和在该特定波长的吸收强度。能量束所遇到的水分子数量是与所测物质中水分成正比。同时因为水分仪是反射比的形式,测量的光束亦被受测物质的反射和吸收特性所影响。

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