光譜技術(shù)正在經(jīng)歷一場革命，從實驗室走向現(xiàn)場(生產(chǎn)線，實驗場和自然環(huán)境)。以往絕大部分光譜儀器都局限于實驗室內(nèi)，將采來的樣品經(jīng)過切割、粉碎、壓片、研磨、溶解、稀釋、萃取或化學(xué)反應(yīng)等處理手段后放在儀器的固定樣品室內(nèi)進行測量分析。由于這些光譜儀器龐大笨重，很難到現(xiàn)場去工作。但是每個工業(yè)部門都面臨不斷改進質(zhì)量的要求，這主要表現(xiàn)在以離線計量為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)質(zhì)量保證體系正在向以在線或現(xiàn)場傳感器為基礎(chǔ)的過程控制新質(zhì)量保證體系轉(zhuǎn)移。在流程工業(yè)的過程控制中，目前能在線測量與控制的變量于溫度、壓力和流量等，而對過程中化學(xué)成分和許多物性變量仍不能進行有效的連續(xù)測量，而這些特殊變量卻是表征生產(chǎn)狀況的重要甚是決定性的指標參數(shù)，因而嚴重影響了工業(yè)產(chǎn)品成品的產(chǎn)率和質(zhì)量的及時監(jiān)測；在環(huán)境監(jiān)測中，反映環(huán)境變化的關(guān)鍵性變量的連續(xù)測量也是很困難的。
 

　　因此，在線光譜技術(shù)應(yīng)運而生，它正是在線或現(xiàn)場狀況下基于分子水平基礎(chǔ)上的微觀物理量和微觀化學(xué)量的光譜傳感技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于化工、制藥、輕工和半導(dǎo)體等工業(yè)部門的過程監(jiān)測，化學(xué)分析，色度和照度控制，環(huán)境保護，生物和醫(yī)學(xué)研究，農(nóng)業(yè)和林業(yè)，海洋和礦業(yè)，防偽和安全保證系統(tǒng)以及軍事部門等等。
 

　　原理介紹
 

　　在線光譜技術(shù)是一項新興的技術(shù)。因為它的應(yīng)用對象和條件與傳統(tǒng)光譜技術(shù)不同，也就決定了它具有自己的技術(shù)特征：針對性、協(xié)調(diào)性和綜合性。針對不同的分析對象、條件和要求就需要選擇諸如吸收、反射、熒光、拉曼等光譜方法中適用的光譜手段、相應(yīng)的采樣方式和技術(shù)指標適中的元件設(shè)備。在線光譜測量必須與生產(chǎn)流程相協(xié)調(diào)，不干擾生產(chǎn)流程正常進行，實現(xiàn)生產(chǎn)、測量、控制與優(yōu)化相融合，形成一個有機的整體，即智能型生產(chǎn)，對于實驗場和自然環(huán)境也有類似的非破壞性測量的要求。由于現(xiàn)場條件的多樣性，測量對象的復(fù)雜性，過程的進行性，這就需要綜合運用多項技術(shù)靈活解決各種實際問題。
 

　　傳統(tǒng)光譜技術(shù)是以光譜儀為中心考慮問題、解決問題的技術(shù)。在線光譜技術(shù)則*相反，是*以被測樣品為中心考慮問題、解決問題的技術(shù)。由此，帶來了在線光譜儀器設(shè)備設(shè)計開發(fā)的變化：
 

　　1.采用柔性光纖采光技術(shù)，以適應(yīng)被測樣品的復(fù)雜形狀和位置；
 

　　2.采用小型化全固定件光學(xué)設(shè)計，以適應(yīng)高震動、狹窄空間等復(fù)雜的工況環(huán)境檢測的需要；
 

　　3.采用低能耗便攜技術(shù)，以適應(yīng)戶外(野外)環(huán)境檢測的需要；
 

　　4.采用遙控光電傳感技術(shù)，以適應(yīng)腐蝕、污染、有毒等惡劣環(huán)境檢測的需要；
 

　　5.采用新型的傳感器-多道電荷耦合光電器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高速化。
 

　　因此，在線光譜技術(shù)是一項綜合性高技術(shù)。
 

　　在線光譜技術(shù)包括：系列在線光譜儀設(shè)計與制造技術(shù)，采樣與樣品預(yù)處理技術(shù)，光譜分析軟件和模型數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)。
 

　　在線光譜儀主要技術(shù)指標：
 

　　·波長范圍：200nm-1000nm(可擴展3400nm)(50000cm-1～10000cm-1)
 

　　·光譜儀焦距長度：42，65，100，133，150，220，300mm任選
 

　　·光譜分辨率：0.5-5nm(因設(shè)計方案而異)
 

　　·光源：可提供各種用于吸收、反射、熒光和拉曼等光譜測量適用的光源
 

　　·探頭：備有適應(yīng)不同光譜方法的采樣頭，任選
 

　　·多模光纖：芯徑50，100，200，400μm，可互換(包括集束光纖)，長度可大于100米
 

　　·CCD檢測器動態(tài)范圍：3000 : 1 — 20000 : 1任選
 

　　·CCD檢測器積分時間：10ms-100s
 

　　·輸出：輸出已數(shù)字化，可與各種協(xié)議總線掛接，或經(jīng)串口直接接入計算機
 

　　·譜儀控制：譜儀控制全部智能化，接口協(xié)議公開，提供開發(fā)軟件包，方便用戶進行二次開發(fā)。
 

　　·軟件：Windows 95平臺實時采樣、繪圖和分析軟件包(自有知識產(chǎn)權(quán))，還可另外提供非線性回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光譜數(shù)據(jù)處理軟件包(上圖為化學(xué)流程成份實時測試軟件界面)。
 

　　應(yīng)用
 

　　在線光譜儀系統(tǒng)(包括各種二次開發(fā)的檢測儀器)應(yīng)用廣泛，幾乎可以囊括全部的國民經(jīng)濟領(lǐng)域，下面分具體領(lǐng)域舉例介紹：
 

　　1、石油勘探、石油化工：
 

　　例一：某石油化工廠，應(yīng)用小型快速化學(xué)反應(yīng)光譜檢測儀現(xiàn)場檢測聚醚多元醇(高聚物)試驗流程(產(chǎn)品試制)中的化學(xué)成分變化情況，用以篩選控制參數(shù)，現(xiàn)已實現(xiàn)聚醚多元醇的伯仲羥基比值測定，提高了產(chǎn)品的成品率。
 

　　例二：某油田地質(zhì)錄井公司在石油鉆井工程中需要快速原位(現(xiàn)場)監(jiān)測鉆井循環(huán)泥漿、巖屑的紫外受激熒光特點，以及時發(fā)現(xiàn)地下含油層或指導(dǎo)鉆井工作進程，經(jīng)濟意義巨大。
 

　　例三：油田采油作業(yè)區(qū)的井口采油集輸站需要在線監(jiān)測井下原油采出液的含水量、含油量、含氣量、多種離子含量等參數(shù)，用來判斷井下油層參數(shù)，以及時調(diào)整休井時間和井下注水量，如延誤監(jiān)測造成油井地質(zhì)報廢，經(jīng)濟損失難以估量(1個集輸站通?？刂茢?shù)十口油井，單口油井經(jīng)濟價值在數(shù)百萬數(shù)億元)。
 

　　例四：某天然氣化工企業(yè)從成份復(fù)雜的液化氣中提純特殊結(jié)構(gòu)的六碳烴以生產(chǎn)榨油(大豆油)工業(yè)所需的豆粕油，但是產(chǎn)品的純度監(jiān)測在生產(chǎn)流程中難以靠傳統(tǒng)的廠內(nèi)品管室用離線的取樣化驗方法完成，急需可靠的在線監(jiān)測方法。
 

　　例五：汽油的辛烷值是表征汽油品質(zhì)的重要指標。傳統(tǒng)測試方法是用內(nèi)燃機進行點火測試(馬達法)，費時(數(shù)小時/樣品)費物(需要樣品較多)，而利用在線光譜技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫后，測試工作瞬間完成，而且需要樣品很少(幾毫升)，測試結(jié)果既經(jīng)濟又快速準確。
 

　　2、資源調(diào)查、礦業(yè)、冶金：
 

　　例一：野外地質(zhì)隊在礦產(chǎn)勘察工作中發(fā)現(xiàn)了可能有價值的礦點時，目前只能采集礦物標本回到基地后在進行詳細的測定，野外標本的重荷造成地質(zhì)隊員只能采集少量標本，不能長途跋涉，影響全面的地質(zhì)考察評價，有了方便的礦物光譜鑒別儀器，問題就解決了。
 

　　例二：礦砂、礦粉是礦產(chǎn)(特別是貴重礦產(chǎn))交易中的常見商品，在交易現(xiàn)場隨機采樣進行礦物品位檢驗是增強買方信心的有效手段。
 

　　例三：地物光譜航拍照片是有別于傳統(tǒng)航拍照片(只有顏色和地形信息，無光譜信息)的新的國土資源調(diào)查新方法，它可以利用光譜信息直接顯示出地物的類別甚判斷森林火情。
 

　　3、農(nóng)業(yè)：
 

　　例一：農(nóng)作物的種籽質(zhì)量(蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、淀粉、糖分、灰份含量)是關(guān)系到農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)重要的關(guān)鍵，種籽培育、交易過程中的質(zhì)量鑒定是十分必要的。而在線光譜技術(shù)中的近紅外漫反射(漫透射)分光光度法是鑒別種籽質(zhì)量的方法。
 

　　例二：含水量是煙草工業(yè)、飼料工業(yè)、國家糧庫中品質(zhì)檢測的重要內(nèi)容。
 

　　例三：國外已經(jīng)利用色度測試的方法定量測試水果的成熟程度。
 

　　例四：廣西某企業(yè)采用近紅外技術(shù)分析甘蔗糖汁用于指導(dǎo)甘蔗的收購計價。
 

　　例五：水稻硅質(zhì)化作用是影響稻谷(糧食)生產(chǎn)與稻草(飼料)營養(yǎng)品質(zhì)的主要因素，對水稻硅化特點的傳統(tǒng)化學(xué)分析費時、耗資、準確度較低。利用近紅外反射光譜分析技術(shù)具有分析速度快、精度高、結(jié)果穩(wěn)定的優(yōu)點可以對采自不同種植地、不同季節(jié)、不同品種的稻草及稻葉、葉鞘、莖稈樣品進行半纖維素、纖維素、木質(zhì)素、可溶及不可溶性硅化物成分的近紅外光譜分析。
 

　　4、無機化工、印染、印刷、輕工 ：
 

　　例一：金屬電鍍廠，電鍍槽內(nèi)的電鍍液的雜質(zhì)成份濃度是影響電鍍質(zhì)量的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)光譜方法沒有辦法及時檢測，而電化學(xué)儀器又不能很好的同時提供多種復(fù)雜成分的濃度。
 

　　例二：某印刷企業(yè)，在大量套色印刷過程中，發(fā)現(xiàn)印刷顏色的漸變問題，但苦于沒有在線監(jiān)測設(shè)備，印刷物次品率高，成本居高不下。
 

　　例三：某膠粘紙帶(卷煙過濾嘴包裝紙)生產(chǎn)企業(yè)，由于儲膠裝置的噴口經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，出現(xiàn)了紙帶上涂膠斷線而不能及時發(fā)現(xiàn)的情況，造成無謂返工，成了生產(chǎn)效率提高大的障礙。
 

　　例四：某居民小區(qū)供熱中心，為防止管道內(nèi)水垢結(jié)垢現(xiàn)象，需要在循環(huán)水中添加阻垢劑，但是阻垢劑濃度大小又會影響阻垢劑的化學(xué)效果，不同的水溫也對阻垢劑濃度有不同的要求，由于循環(huán)水有循環(huán)損失需要隨時補充并且不同時間的水質(zhì)對阻垢劑的濃度要求不同，阻垢劑的濃度監(jiān)測與控制成為順利供熱的難題。
 

　　5、生物、醫(yī)療、制藥：
 

　　例一：在線光譜技術(shù)可以用透皮光度法檢測人體的血糖濃度、皮膚病變等。
 

　　例二：結(jié)合生物芯片或者生物修飾光探頭技術(shù)，在線光譜技術(shù)可以快速準確地進行微量病毒(細菌)樣本檢測。
 

　　例三：某化妝品企業(yè)應(yīng)用在線光譜技術(shù)控制產(chǎn)品質(zhì)量。
 

　　例四：某中藥制藥企業(yè)應(yīng)用在線光譜技術(shù)建立中藥指紋圖譜，研制中藥丸劑。
 

　　6、釀造、食品：
 

　　例一：醬油、食醋、啤酒、白酒、果酒的質(zhì)量與在釀造流程中各種工藝參數(shù)的控制是離不開的，它的色度、成份都是十分重要的質(zhì)量指標，而終的產(chǎn)品抽檢只是“馬后炮”工程，不能解決在釀造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，所以在線監(jiān)測的需要是十分迫切的。
 

　　例二：某大型原料藥企業(yè)在青霉素的生產(chǎn)中，出現(xiàn)了釀造罐中產(chǎn)品成分隨機變化、不穩(wěn)定的情況，在得知這些參數(shù)后可以通過控制溫度、投料比等方法改善流程狀況，并可以完善工藝控制技術(shù)。
 

　　例三：目前上存在某些食品類的商品之釀造和配制之爭，例如配制醬油中由于生產(chǎn)工藝的限制不可避免地存在苯丙醇(有劇du性)成份，利用工業(yè)酒精配制的酒類含有超標的甲醇(有劇du性)成份，食品衛(wèi)生執(zhí)法機關(guān)需要有方便可靠的現(xiàn)場檢驗方法。
 

　　7、建材：
 

　　例一：某大型玻化石瓷磚生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品燒結(jié)面(瓷磚正面)的色度、光澤度分級工作一直是靠人工(有多年經(jīng)驗的工人)眼鏡鑒別完成的，由于存在著人工的主觀不確定性和受連續(xù)工作勞累判斷力下降以及不同工人的判斷標準難以統(tǒng)一的情況，在某形象工程中出現(xiàn)了工作失誤被建筑商索賠數(shù)十萬元的事故，故決心在全部生產(chǎn)線上采用在線檢測儀器。
 

　　例二：某彩鋼板生產(chǎn)企業(yè)，需要在線檢測烤漆顏色的儀器設(shè)備，以防止爐溫過高出現(xiàn)殘次品并可以有效節(jié)省燃料費用。
 

　　例三：某鈦白粉(生產(chǎn)油漆的重要原材料)生產(chǎn)企業(yè)，采用在線喇曼光譜技術(shù)在線監(jiān)測金紅石(TiO2,俗稱鈦白粉)晶體的同分異構(gòu)現(xiàn)象，控制生產(chǎn)質(zhì)量。
 

　　8、環(huán)境監(jiān)測：
 

　　例一：海洋、河流、湖泊等水體經(jīng)常受到突發(fā)的污染事故，對國民經(jīng)濟生活產(chǎn)生了負面影響，在線光譜技術(shù)可以全天候地監(jiān)測水體質(zhì)量，及時鑒別和控制污染源，將負面影響減小到小程度。
 

　　例二：汽車尾氣、工業(yè)廢氣成為城市大氣污染的大來源，成為市民某些城市病的*致病因素，定期公布的城市空氣質(zhì)量指標也成為影響城市旅游經(jīng)濟的指揮棒，在線光譜技術(shù)的應(yīng)用可以為城市建設(shè)決策機構(gòu)提供隨時的數(shù)據(jù)旁證。
 

　　例三：土地鹽堿化和酸化是國土資源狀況惡化的重要表現(xiàn)，它分別與過量地使用化肥以及不合理垃圾填埋有關(guān)，對板結(jié)的土地進行成分檢測是治理土地鹽堿化和制訂合理的垃圾處理方法所需要的。
 

　　9、軍事、安全、防偽：
 

　　例一：偽裝材料的應(yīng)用在軍事設(shè)施建設(shè)中的重要性日益突出，它的主要特點主要是利用了可見區(qū)色差、光反射率差，利用
 

　　例二：海關(guān)、稅務(wù)管理機關(guān)在檢查各種票據(jù)時，對于發(fā)生涂改、篡寫的現(xiàn)象用肉眼難以分辨，而用在線光譜技術(shù)可以準確顯示筆跡成分的不同。
 

　　10、光電子產(chǎn)業(yè)
 

　　例一：某玻璃鍍膜企業(yè)需要在線監(jiān)測膜厚度，而傳統(tǒng)的光譜儀不可能移到生產(chǎn)線上來對原樣產(chǎn)品進行檢測工作。
 

　　例二：某新型光源顯示器件企業(yè)在生產(chǎn)中需要對LED大屏幕的各種光電參數(shù)進行品質(zhì)檢測，以確定產(chǎn)品的品質(zhì)等級率，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整生產(chǎn)工藝。
 

　　例三：某閃光燈生產(chǎn)企業(yè)采用在線光譜技術(shù)監(jiān)測閃光管的光電特性、時間特性，有效提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
 

　　11、科學(xué)研究(共同特點：被測物不可能被進行加工成傳統(tǒng)樣品)
 

　　例一：某大學(xué)應(yīng)用在線光譜技術(shù)進行等離子體發(fā)光光譜特征研究。
 

　　例二：某大學(xué)應(yīng)用在線光譜技術(shù)進行流動注射化學(xué)分析研究。
 

　　例三：某海洋研究所應(yīng)用在線光譜技術(shù)進行海洋有機污染航空巡測研究。
 

　　例四：某農(nóng)研院應(yīng)用在線光譜技術(shù)進行農(nóng)作物在光合作用情況下受光的光譜特性研究。
 

　　例五：某考古單位應(yīng)用在線光譜技術(shù)對出土文物進行光譜方法研究。
 

　　例六：某冶金研究所應(yīng)用在線光譜技術(shù)監(jiān)測金屬焊點成分結(jié)構(gòu)