光譜技術正在經歷一場革命，從實驗室走向現場(生產線，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，將采來的樣品經過切割、粉碎、壓片、研磨、溶解、稀釋、萃取或化學反應等處理手段后放在儀器的固定樣品室內進行測量分析。由于這些光譜儀器龐大笨重，很難到現場去工作。但是每個工業(yè)部門都面臨不斷改進質量的要求，這主要表現在以離線計量為基礎的傳統(tǒng)質量保證體系正在向以在線或現場傳感器為基礎的過程控制新質量保證體系轉移。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狀況的重要甚是決定性的指標參數，因而嚴重影響了工業(yè)產品成品的產率和質量的及時監(jiān)測；在環(huán)境監(jiān)測中，反映環(huán)境變化的關鍵性變量的連續(xù)測量也是很困難的。
 

　　因此，在線光譜技術應運而生，它正是在線或現場狀況下基于分子水平基礎上的微觀物理量和微觀化學量的光譜傳感技術，可廣泛應用于化工、制藥、輕工和半導體等工業(yè)部門的過程監(jiān)測，化學分析，色度和照度控制，環(huán)境保護，生物和醫(yī)學研究，農業(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
 

　　在線光譜技術是一項新興的技術。因為它的應用對象和條件與傳統(tǒng)光譜技術不同，也就決定了它具有自己的技術特征：針對性、協(xié)調性和綜合性。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、相應的采樣方式和技術指標適中的元件設備。在線光譜測量必須與生產流程相協(xié)調，不干擾生產流程正常進行，實現生產、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，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。由于現場條件的多樣性，測量對象的復雜性，過程的進行性，這就需要綜合運用多項技術靈活解決各種實際問題。
 

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

　　1.采用柔性光纖采光技術，以適應被測樣品的復雜形狀和位置；
 

　　2.采用小型化全固定件光學設計，以適應高震動、狹窄空間等復雜的工況環(huán)境檢測的需要；
 

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

　　4.采用遙控光電傳感技術，以適應腐蝕、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，實現數據采集的高速化。
 

　　因此，在線光譜技術是一項綜合性高技術。
 

　　在線光譜技術包括：系列在線光譜儀設計與制造技術，采樣與樣品預處理技術，光譜分析軟件和模型數據庫技術以及現場總線技術。
 

　　在線光譜儀主要技術指標：
 

　　·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：輸出已數字化，可與各種協(xié)議總線掛接，或經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(自有知識產權)，還可另外提供非線性回歸和人工神經網絡光譜數據處理軟件包(上圖為化學流程成份實時測試軟件界面)。
 

　　應用
 

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

　　1、石油勘探、石油化工：
 

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

　　例二：某油田地質錄井公司在石油鉆井工程中需要快速原位(現場)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)現地下含油層或指導鉆井工作進程，經濟意義巨大。
 

　　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，用來判斷井下油層參數，以及時調整休井時間和井下注水量，如延誤監(jiān)測造成油井地質報廢，經濟損失難以估量(1個集輸站通?？刂茢凳谟途瑔慰谟途洕鷥r值在數百萬數億元)。
 

　　例四：某天然氣化工企業(yè)從成份復雜的液化氣中提純特殊結構的六碳烴以生產榨油(大豆油)工業(yè)所需的豆粕油，但是產品的純度監(jiān)測在生產流程中難以靠傳統(tǒng)的廠內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的重要指標。傳統(tǒng)測試方法是用內燃機進行點火測試(馬達法)，費時(數小時/樣品)費物(需要樣品較多)，而利用在線光譜技術建立數據庫后，測試工作瞬間完成，而且需要樣品很少(幾毫升)，測試結果既經濟又快速準確。
 

　　2、資源調查、礦業(yè)、冶金：
 

　　例一：野外地質隊在礦產勘察工作中發(fā)現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隊員只能采集少量標本，不能長途跋涉，影響全面的地質考察評價，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(特別是貴重礦產)交易中的常見商品，在交易現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、農業(yè)：
 

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

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

　　例三：國外已經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)采用近紅外技術分析甘蔗糖汁用于指導甘蔗的收購計價。
 

　　例五：水稻硅質化作用是影響稻谷(糧食)生產與稻草(飼料)營養(yǎng)品質的主要因素，對水稻硅化特點的傳統(tǒng)化學分析費時、耗資、準確度較低。利用近紅外反射光譜分析技術具有分析速度快、精度高、結果穩(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，電鍍槽內的電鍍液的雜質成份濃度是影響電鍍質量的關鍵因素，傳統(tǒng)光譜方法沒有辦法及時檢測，而電化學儀器又不能很好的同時提供多種復雜成分的濃度。
 

　　例二：某印刷企業(yè)，在大量套色印刷過程中，發(fā)現印刷顏色的漸變問題，但苦于沒有在線監(jiān)測設備，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)生產企業(yè)，由于儲膠裝置的噴口經常出現堵塞現象，出現了紙帶上涂膠斷線而不能及時發(fā)現的情況，造成無謂返工，成了生產效率提高大的障礙。
 

　　例四：某居民小區(qū)供熱中心，為防止管道內水垢結垢現象，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：結合生物芯片或者生物修飾光探頭技術，在線光譜技術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)應用在線光譜技術控制產品質量。
 

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

　　6、釀造、食品：
 

　　例一：醬油、食醋、啤酒、白酒、果酒的質量與在釀造流程中各種工藝參數的控制是離不開的，它的色度、成份都是十分重要的質量指標，而終的產品抽檢只是“馬后炮”工程，不能解決在釀造過程中出現的質量問題，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)在青霉素的生產中，出現了釀造罐中產品成分隨機變化、不穩(wěn)定的情況，在得知這些參數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。
 

　　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)法機關需要有方便可靠的現場檢驗方法。
 

　　7、建材：
 

　　例一：某大型?；纱u生產企業(yè)，產品燒結面(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了工作失誤被建筑商索賠數十萬元的事故，故決心在全部生產線上采用在線檢測儀器。
 

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

　　例三：某鈦白粉(生產油漆的重要原材料)生產企業(yè)，采用在線喇曼光譜技術在線監(jiān)測金紅石(TiO2,俗稱鈦白粉)晶體的同分異構現象，控制生產質量。
 

　　8、環(huán)境監(jiān)測：
 

　　例一：海洋、河流、湖泊等水體經常受到突發(fā)的污染事故，對國民經濟生活產生了負面影響，在線光譜技術可以全天候地監(jiān)測水體質量，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量指標也成為影響城市旅游經濟的指揮棒，在線光譜技術的應用可以為城市建設決策機構提供隨時的數據旁證。
 

　　例三：土地鹽堿化和酸化是國土資源狀況惡化的重要表現，它分別與過量地使用化肥以及不合理垃圾填埋有關，對板結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：偽裝材料的應用在軍事設施建設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、稅務管理機關在檢查各種票據時，對于發(fā)生涂改、篡寫的現象用肉眼難以分辨，而用在線光譜技術可以準確顯示筆跡成分的不同。
 

　　10、光電子產業(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線上來對原樣產品進行檢測工作。
 

　　例二：某新型光源顯示器件企業(yè)在生產中需要對LED大屏幕的各種光電參數進行品質檢測，以確定產品的品質等級率，并根據檢測結果調整生產工藝。
 

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

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

　　例一：某大學應用在線光譜技術進行等離子體發(fā)光光譜特征研究。
 

　　例二：某大學應用在線光譜技術進行流動注射化學分析研究。
 

　　例三：某海洋研究所應用在線光譜技術進行海洋有機污染航空巡測研究。
 

　　例四：某農研院應用在線光譜技術進行農作物在光合作用情況下受光的光譜特性研究。
 

　　例五：某考古單位應用在線光譜技術對出土文物進行光譜方法研究。
 

　　例六：某冶金研究所應用在線光譜技術監(jiān)測金屬焊點成分結構