反射红外范文（精选8篇）
反射红外 第1篇
隔热玻璃历经20年的发展, 目前全世界用量己达12000×104m2。隔热玻璃的研究、生产在我国尚处于起步阶段, 市场前景广阔。从隔热玻璃的结构来看, 目前主要以掺杂ITO、Sn O2为主要物质的单层膜吸附于玻璃表面达到隔热目的[1,2,3]。本文采用液相沉积法, 在液相中沉积出纳米二氧化锡, 并且直接吸附于聚丙烯酸酯薄膜上, 制备隔热有机膜。
1 实验部分
1.1 试剂
结晶四氯化锡, 分析纯, 国药集团化学试剂有限公司;盐酸, 试剂级, 北京化工厂;甲基丙烯酸甲酯, 分析纯, 天津光复精细化工研究所;丙烯酸丁酯, 分析纯, 天津福晨化学试剂厂;甲基丙烯酸, 分析纯, 天津福晨化学试剂厂;偶氮二异丁腈, 分析纯, 天津福晨化学试剂厂。
1.2 氧化锡沉积薄膜的制备及分析表征
合理选择单体配方注入摸具中制备薄膜;将薄膜放入四氯化锡和盐酸的混合溶液中, 控制反应温度及时间, 得到沉积有纳米氧化锡的有机薄膜。按照GB1034-2008测定有机膜吸水率;XRD测试:使用D/MAX-2500型X射线衍射仪 (XRD) 对Sn O2沉积物进行分析;具体测试条件为操作电压40KV、Cu靶-X射线源。IR分析:采用压片法及塑料薄膜法。
2 结果与讨论
2.1 有机薄膜的吸水率分析
按照表1, 设计不同Tg的聚丙烯酸有机膜, 之后作吸水率分析。
由于薄膜需要在较高温度的溶液 (如80℃) 的内析晶6~18小时, 有机薄膜吸水将对薄膜的透光率及尺寸稳定性有很大的影响, 所以有机薄膜的吸水率不能过高。图1为有机膜吸水率分析, 不难发现玻璃化温度低的吸水率高, 而且酸含量对吸水率有很大的影响, 酸的含量越高吸水率越高, 但吸水率小于4%, 对有机薄膜的透光率影响不是很大。
2.2 有机膜的红外光谱分析
有机薄膜中所含的羧酸是氧化锡异相沉积的关键, 所以我们要分析掺酸的有机薄膜上是否存在的羧基及羧基含量, 选取了玻璃化温度为60℃的酸含量为30%的有机薄膜作红外光谱分析, 如图2所示, 有机薄膜上有羧基存在。从图3可以看出样品在3400cm-1有个吸收峰, 这个峰是物理吸附水或结合水中的O-H反对称伸缩振动特征峰;500~750cm-1吸收峰是Sn-O的伸缩振动特征峰, 证明有机膜上存在大量Sn O2。
2.3 析晶后薄膜的XRD分析
将不同酸含量的薄膜在80℃的胶体溶液中析晶12h, 作XRD分析, 如图4。可知, 酸含量高的比酸含量低的薄膜容易析出氧化锡, 因为酸含量高的薄膜有更多的羧基去和氧化锡进行异相成核。
3 结论
红外分析及XRD分析表明, 氧化锡颗粒能够吸附在有机膜上, 尤其酸含量高对氧化锡的异相沉积有促进作用, 但酸含量过高, 将影响有机膜的吸水率。
参考文献
[1]韩丽华.纳米二氧化锡的分散及应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2006:1-54.
[2]郝喜红.喷雾热解法制备掺杂二氧化锡导电薄膜[D].西安:西安建筑科技大学, 2005:17-18.
窑炉红外反射节能涂料企业的聚宝盆 第2篇
（志盛 蒋工 010-51185868）
窑炉远红外反射节能涂料是一种用于高温窑炉、炉窑的高效节能环保新材料，可直接喷涂在各种高温窑炉、炉窑的耐火材料表面，或者蒸汽锅炉水冷壁管的表面，形成一层坚硬的陶瓷釉面硬壳涂层，起到保护炉体、延长炉龄、有效反射炉膛内红外热能的作用，或是加过管道的热量吸收。它显著提高炉膛内的热传递效果，减少黑油排放，降低排烟温度，节约燃料消耗15%以上，非常适合300℃以上的高温窑炉、炉窑节能使用。
窑炉远红外反射节能涂料，是由北京志盛威华化工有限公司历经多年研究开发的新型节能产品，独家研发生产销售，拥有独家的产品发明技术，型号是ZS-1061,产品科技含量高，节能显著等特点。涂料由陶瓷氧化物、碳化硅、纳米碳管、烧结剂和悬浮剂和志盛威华特制的高温溶液等精加工而成，耐温可以达到1800℃，硬度达到7H。新型高温远红外陶瓷节能涂料喷刷在高温炉窑内壁上，形成0.3～0.5mm的致密涂层，抗热震极佳，涂层不龟裂，不脱落，耐高温氧化腐蚀性好，不污染环境、存放期长、粘接性能好、使用寿命长，施工方便、操作简单，是一种全新型节能材料。它比一般的远红外涂料具有更高的使用温度和经济价值，可节约燃料，保护炉衬表面，延长炉子使用寿命，提高炉子热效率，缩短烘炉时间，提高被加热件的加热速度和炉子作业率，降低排烟温度。采用新型远红外陶瓷节能涂料的小型高温窑炉一般可获得节能15%左右，大型窑炉节能可以达到1%-2%。
窑炉热红外线是一种肉眼看不见的热光，在800℃以下波段较长，在800℃以上时有较短远红外线辐射。北京志盛威华化工有限公司针对以上高温炉体工作情况，在经过上千次试验和具体炉体使用证明，采用ZS-1061志盛威华耐高温远红外辐射涂料，通过涂料涂层红外辐射，改善炉内热交换、提高炉膛内温度场强及均匀性、使燃料燃烧更充分，达到增加热效率，大大提高耐火材料热效率，减少能耗、节约能源和延长炉体内衬使用年限。工业上的窑炉、炉膛、锅炉、高炉，通常燃烧工作温度在1000℃以上，志威盛新型远红外陶瓷节能涂料是一种高辐射率的耐热材料，用这种材料涂于火焰炉的内壁，可增大炉子内壁的辐射率，其作用是强化炉内热交换过程。
反射红外 第3篇
关键词：红外线；反射型；光电传感器件；电压值；测试电路；测试装置 文献标识码：A
中图分类号：O434 文章编号：1009-2374（2016）14-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.032
反射型红外光电传感器件的检测效果，受反射光的强弱影响，也与发射管工作电流、检测距离、反射面材料、环境光照等因素相关。参考文献[1]采用控制变量法，给出对于同一传感器件，以上几种因素变化与检测结果之间的相互影响关系。在此基础上，本文采用相同的实验方法，检测RPR220、RPR359、TCRT5000、ST188、ITR20001五种常用反射型红外光电传感器件，在白色、黑色与亚光铝箔表面的反射特性。
1 实验方法
图1为检测装置实物照片，游标卡尺用于测量传感器离反射面的距离，被测传感器件固定在游标卡尺的外测量爪上，可以更换；被测传感器件的检测窗口端面与量爪测量面齐平，是反射面、平口钳作为底座，夹住游标卡尺的另一个外测量爪，使尺身与平口钳的台面垂直，且固定不动。装置检测电路，R2取20kΩ。检测电路中的各连接线，宜编织成对绞线，可减少外界电磁信号的干扰。
检测实验在室内、晴天晚上进行，室温为20℃，桌面照度为120Lx（日光灯）。测试各传感器件在白色、黑色与亚光铝箔表面的反射特性时，对应传感器件发射管的工作电流均取10mA。
2 实验结果分析
图2是RPR220、RPR359测试特性曲线。黑色表面，RPR220检测距离为6mm时，最低电压值为3.95V，RPR359在检测距离4mm时，最小电压值为3.68V；白色表面，RPR220距离处于3～13mm时，输出电压不超过0.8V，RPR359的距离范围则为1～12mm；亚光铝箔表面，RPR220的低电平检测距离范围增加为2～22mm，RPR359的距离范围为1～26mm。
图3是TCRT5000测试特性曲线，黑色表面，在检测距离为4mm，输出电压最小值为2.5V；白色表面，检测距离范围为1～19mm，输出电压小于0.8V；亚光铝箔表面，输出电压小于0.8V的检测范围为1～25mm。
图4是ST188测试特性曲线，黑色表面，在检测距离为9mm，输出电压最小值为2.99V；白色表面，检测距离范围为4～30mm，输出电压小于0.8V；亚光铝箔表面，输出电压小于0.8V的检测范围为3～63mm。
图5是ITR20001测试特性曲线，黑色表面，在检测距离为8mm，输出电压最小值为3.98V；白色表面，检测距离范围为4～16mm，输出电压小于0.8V；亚光铝箔表面，输出电压小于0.8V的检测范围为2～51mm。
各器件在黑色表面，检测输出电压的最小值，均大于TTL逻辑高电平输入最小限值（2V），符合TTL逻辑高电平匹配要求。通过各器件的有效检测距离对比可以得到，ST188与ITR20001传感器件，亚光表面有效检测距离范围相对较大。ST188在白色表面，小于4mm的距离范围为其无效检测区域，RPR359与TCRT5000白色表面无效检测距离均小于1mm。表1是RPR220、RPR359、TCRT5000、ST188、ITR20001五种传感器件，在本实验条件下，测得黑色表面的最小输出电压，与白色、亚光铝箔表面的有效检测距离范围，为选用上述传感器件提供参考。
3 结语
以上测试结果表明，不同种类的红外反射型光电传感器件，其有效检测距离各不相同，其中RPR220与RPR359两种传感器件检测结果相比较，白色表面的测试特性曲线，在实验误差范围内基本重合，黑色与亚光铝箔表面测试特性曲线相似。从两者的测试特性曲线推断，RPR220与RPR359应是采用相同类型的红外检测器件，只是封装型式不同，使两者的检测范围有所差异，即同一类型的红外反射型光电传感器件，采用不同的封装形式，其有效检测范围亦不相同。
参考文献
[1] 吴天强，叶敏，朱剑，等.RPR220反射式光电传感器的性能测试与分析[J].科技与企业，2015，（7）.
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[3] 张文娜，叶湘滨.传感器接口电路的抗干扰技术及其应用[J].计算机自动测量与控制，2001，9（3）.
基金项目：本文为2015年浙江省教育厅一般科研项目，项目编号：Y201533061。
作者简介：吴天强（1977-），男，浙江天台人，台州科技职业学院讲师，硕士，研究方向：电子电路教学。
近红外反射式错位点衍射干涉仪 第4篇
关键词：光学测量,点衍射干涉仪,波前检测,瞬态,空间线性载频
0 引言
波前测试技术在天文光学、视光学、惯性约束核聚变(ICF)等领域都得到了广泛的运用[1]。越来越多的近红外光学系统和元件被使用在这些高新技术领域。目前的波前测试方法主要有夏克-哈特曼法[2]、剪切干涉法[3]、点衍射干涉法[4]这几大类。用夏克-哈特曼法检测波前,待测波前采样点受微透镜阵列工艺的制约,恢复波前的空间分辨率较低。剪切干涉法不需要参考波前,通过原始波面的横向错位或径向剪切来形成干涉,波前重构算法比较复杂。点衍射法作为一种共光路的干涉系统,具有抗振,结构简单等优点,但其移相困难,一般只能通过处理单幅干涉图以获取波前分布,算法的精度与自动化程度不高。Millerd等提出了一种偏振点衍射干涉仪[5],在CCD靶面上同时产生4 幅干涉图来实现空间移相,但其关键器件工艺难度较大,且牺牲了CCD的分辨率。北京理工大学刘克等提出了一种相移点衍射干涉仪[6,7,8],通过光栅移动来实现时间移相。浙江大学杨甬英等研究了一种偏振点衍射干涉仪[9,10],可以通过控制参考光和测试光的偏振态来调节干涉图的对比度,通过PZT来实现时间移相。这些基于时间移相的方法势必造成不能瞬态测量。
本文主要研究一种可用于近红外激光波前瞬态检测的反射式错位点衍射干涉仪(IR-RSPDI),通过在点衍射干涉图中引入线性载频,采用傅里叶变换算法,直接从干涉图中恢复波前分布,实现瞬态波面的自动测量。IR-RSPDI结构简单,分辨力高,还能实现干涉图对比度的调节。
1 IR-RSPDI原理
传统点衍射干涉仪的结构简单[4],待测波前会聚到点衍射板的针孔位置,一部分光通过小孔衍射产生的标准球面波形成参考光,另一部分直接透射形成待测光,参考光与待测光发生干涉形成干涉图。根据目视判读或采用条纹跟踪法处理干涉图,可以评价被测波前的质量,但是精度不高,也不能自动化测量。IR-RSPDI通过参考光与测试光的错位在点衍射干涉图引入了线性载频,处理单幅载频干涉图可以直接恢复待测波前。通过高速采集多个时刻的单幅干涉图,可以实现波前的动态检测。
IR-RSPDI的光路结构如图1 所示。标准点光源发出的球面波经过透镜形成会聚的待测波前,与反射式点衍射板成θ 角入射到其前表面的分光膜上,一部分光将被直接反射作为测试光,另一部分光透过分光膜后经后表面高反膜反射,再经前表面的针孔衍射,产生一个理想球面波,作为参考光。测试光和参考光这两个球面波产生了横向错位,从而引入高线性载频,最后通过透镜成像在CCD的靶面上,形成高线性载频干涉图。
经推导,参考光与测试光产生的横向错位量可表示为
其中:θ 为入射角, h为点衍射板的厚度, n为点衍射板基片的折射率。测试光的复振幅可以表示为
其中:WA为测试光中包含的波像差, A为测试光的振幅, k=2π/λ , λ 为测试光波长,rT表示测试光波前的总体曲率半径,利用泰勒级数可以近似表示为。参考光复振幅可表示为
其中: B为参考光的振幅,rR表示参考光波前的曲率半径, 利用泰勒级数可以近似表示为, Δz为轴向错位量。由此可推得测试光波前与参考光波前叠加形成的干涉图光强分布:
其中:
表示由于波面错位而产生的误差。F为测试光F数,C为常数项,(xn,yn)为归一化坐标,Δx/2F对应x方向倾斜系数,倾斜系数在干涉图中表现为载频,则载频数f可以表示为
载频数f与横向位移 Δx成正比关系,由式(1)可知,实验过程中,调整入射角可以实现载频数的可调节。对应的离焦系数由波面轴向错位引入,在干涉图处理过程中通过消离焦处理可以去除。干涉图的光强分布可以简化为
其中: f表示x方向的空间载频,a(x,y)是背景光强,b(x,y)是条纹可见度。对于式(7)中WA的求解,本文采用傅里叶变换的方法处理所得线性载频干涉图[11,12],经过FFT、滤波、消倾斜、消离焦等处理来恢复待测波前。
2 近红外波前检测实验
根据图1 的原理图搭建实验系统,工作波长为1 313 nm的近红外标准点光源发出标准球面波,经过口径为25.4 mm、焦距为100 mm的透镜,形成F/10的待测波前,波前会聚到反射式点衍射板上,经过IR-RSPDI分别形成了参考光和测试光,测试光与参考光发生干涉,形成的线性载频干涉图,经过成像透镜,最后被CCD采集(如图2)。标准点光源与透镜组成光学系统的出瞳经透镜成像在CCD靶面上,即实验所测量的是出瞳位置的波前,避免光波传播过程中引入的其他误差。由于针孔周围镀的遮光膜并不是完全不透光,有部分光透射出去,与参考光发生干涉,形成的圆载频条纹叠加在线性载频干涉图中,如图3 中圆环,在傅里叶变换频谱中属于低频信息,在干涉图处理的频域滤波过程中,可以有效地滤除其干扰,不会对最后的波前恢复结果造成影响。
将采集得到的干涉图用傅里叶变换的方法处理,以下为具体处理的步骤,处理结果如图3所示。
1)对干涉图进行傅里叶变换,得到光强的频谱图,如图3(a)所示;
图 3 载频干涉图的处理过程 (a) 傅里叶变换频谱和滤波; (b) 展开相位; (c) 待测波前相位; (d) Zernike 拟合波面结果 Fig.3 Processing of carrier interferogram (a) Fourier transform spectrum and filtering; (b) Unwrapped phase; (c) Phase of under test wavefront; (d) Fitting wavefront by Zernike
2) 选用高斯窗进行频域滤波,取出+1 级旁瓣,如图3(a)所示;
3)进行逆傅里叶变换得到包裹相位,展开包裹相位,如图3(b)所示;
4)进行消除倾斜和离焦处理,如图3(c)所示;
5) 用Zernike多项式做波面拟合,如图3(d)所示。
最后,得到恢复的待测波前,均方根(RMS)为0.410 λ ,主要含有的波像差为球差。
为了验证IR-RSPDI测试结果的有效性,在相同实验条件下,利用Imagine Optic公司生产的HASO76型Hartmann波前传感器对相同近红外光学系统的透射波前进行测量。图4 是测量结果,恢复波前的RMS为0.408 λ 。对比上述实验结果,从恢复波前的形状来看,都表现为球差,从数据上来看,两者RMS的误差为0.5%。通过两种测试结果的比对,验证了IR-RSPDI方案的有效性。
3 讨论
3.1 IR-RSPDI的快速对准方法
IR-RSPDI的反射式点衍射板上针孔直径为16 μm。如此小尺寸的针孔,在可见光波段针孔的对准过程也较为复杂。而IR-RSPDI实验在近红外波段进行,在人眼完全观察不到光传播过程的情况下,针孔的初步对准会变得十分困难。因此,点衍射板上针孔的对准是IR-RSPDI使用过程中的一大难题,为此提出了一种适用于近红外波段小尺寸针孔的快速对准方法——成像对准法。
搭建了如图5(a)的实验装置,基本结构与IR-RSPDI实验一致,但成像透镜与CCD位置发生了变化,放置在点衍射板的正前方,点衍射板的前表面经透镜成像在CCD的靶面上。因此,通过CCD可以知道光斑在反射式点衍射板上的位置。为了能更方便将光斑调整到理想位置,在反射式点衍射板上设计了对准线(如图5(b)),调整光斑到达对准线确定的位置,针孔出光,初步对准完成。图5(b)是成像对准的结果。成像对准法快捷、易操作,实现了近红外波段针孔的快速对准。
图 5 针孔对准实验 (a) 原理图；(b) 实验结果 Fig.5 Experiment of pinhole alignment (a) Schematics; (b) Experimental results
3.2 点衍射板参数的讨论
IR-RSPDI的光路结构简单,由反射式点衍射板、成像透镜、近红外CCD组成。系统误差源主要来源于点衍射板上针孔的误差。一方面,要使针孔衍射的球面波满足作为参考光的要求;另一方面,针孔直径又不能太小,避免给光路的对准带来困难。因此,选择合适大小的针孔十分重要。研究表明,点衍射板小孔直径小于光学系统衍射得到艾里斑直径的一半时,出射的球面波质量符合作为参考光的要求[13]。光学系统焦面上艾里斑直径计算式为
其中:D为艾里斑直径,λ 为光源波长,F为光学系统的F数。本实验中λ =1 315 nm,F =10,计算得到小孔的直径要小于16.0 μm。我们选择的小孔直径为16 μm,其衍射波前的误差很小,符合作为参考光的要求。
参考光的波前质量不仅与针孔直径大小有关,还跟针孔的圆度相关。IR-RSPDI中,针孔设计为椭圆形, 长轴与短轴之比为。在反射式点衍射板与光轴成45°放置的情况下,针孔投影在与光轴垂直的平面内形状为圆形,进一步保证了参考光的波前质量。
3.3 干涉图对比度
一般的点衍射干涉仪采集干涉图的条纹对比度都是固定的,不能很好的调节,但IR-RSPDI不同。根据式(4),干涉图的条纹对比度可以表示为,由此可知,当A =B时,干涉条纹对比度最佳,即K=1 。IR-RSPDI在斜入射条件下,根据菲涅耳理论,不同偏振方向的光经分光膜的反射率不同,因此,加入半波片改变待测光的偏振态可以调节A的大小,而B的值由针孔的直径决定。通过调节A的大小改变K值,实现了干涉图的条纹对比度的可调节。
4 结论
反射红外 第5篇
传统的鉴别合成革成分的主要方法,为以感官为基础的燃烧法及显微镜切片观察法[1,2],但随着合成革涂层中添加物的日益复杂,这些感官法难以确保结果的可靠性,因此有必要建立一种能与传统的感官法相结合的鉴别方法,更好地满足市场的要求。
近年来,全反射红外光谱法(FTIR-ATR)因过程简单、无复杂的样品处理,在合成革成分的鉴别方面得到应用[3,4]。该方法过程基于样品的特征峰判断涂层成分中的化学成分,使鉴定结果的可靠性进一步提高。在已有文献研究的基础上,基于FTIR-ATR技术,同时结合感官法,对市场上不同厂家的合成革产品进行鉴别,以建立一种鉴别合成革成分的快速、简便可靠的方法。
1 试验部分
1.1 仪器及材料
全反射红外光谱仪(FTIR-ATR):Nicolet IS10,ATR晶体材料为金刚石。
PU标准品:由聚氨酯溶液烘干成膜后得到,无其它添加物;
PVC标准品:白色粉末,纯度99%以上。
PU及PVC合成革/人造革产品来自浙江省内31家合成革企业。
1.2 样品的测试过程
FTIR-ATR的分析过程是基于样品表面信号的反射所获得样品表层中物质结构的信息而进行,不同结构的物质具有不同的红外光谱图。由于产品的表面通常会被污染,因此测试前,产品表面的涂层需要去除。该过程采用刀片进行处理,取出样品的中间层,然后置于ATR晶体上,得到其红外光谱图。
仪器检测条件:动镜速度0.4747cm·s-1,光谱分辨率4cm-1,检测器DTGS KBr,波数范围400~4 000cm-1,扫描信号累加16次。
2 试验结果
2.1 PVC标准物及PVC革样品的FTIR-ATR图谱
(1)PVC标准品;(2)PVC革样品
试验中,对PVC标准品和PVC革样品进行了FTIR-ATR测试,结果见图1。分析图谱可知,PVC标准品中,1 093cm-1为C—C伸缩振动吸收[5],1329cm-1的峰为次甲基—CH的面内弯曲振动与—CH2摇摆振动的叠加吸收,684cm-1为C—Cl的伸缩振动吸收[6];PVC革样品中,1 064~1099cm-1区域为C—C的伸缩振动吸收[7],1 599、1 580、1 124、1 074、1 040和743cm-1为增塑剂(主要为邻苯二甲酸酯)的吸收,876cm-1及711cm-1为填料碳酸钙的吸收。该结果表明,PVC经过加工处理成PVC产品后,1426和959cm-1处的特征峰仍然保留。
2.2 PU标准物及PU革样品的标准物质及成品的FTIR-ATR图谱
(1)PU标准物;(2)PU革样品
图2中给出了PU标准物和PU革样品的FTIR-ATR图谱。分析图谱可知,PU标准物和PU革样品中,均在1 598、1 530及1 050~1 250cm-1之间出现共同吸收。其中1 598cm-1处的峰是N—H的弯曲振动特征吸收峰,1 530cm-1的吸收峰为氨基甲酸酯结构中N—H弯曲振动和C—N伸缩振动的组合吸收峰,1 050~1 250cm-1(一般为1 220、1 162cm-1)之间为C—O的中等强度的宽吸收,为PU革特征吸收谱带。同时,PU革样品中,873、711cm-1为填料碳酸钙的吸收。
2.3 PVC及PU的红外光谱带汇总
通过上述分析,归纳出PVC、PU标准物及革样品的红外光谱带,见表1。分析比较吸收谱带的结果可知:PVC革的特征峰为1 426cm-1和959cm-1,PU革的特征峰为1 598、1530和1 050~1 250cm-1之间的宽吸峰。同时,PU革中因不添加增塑剂,则增塑剂的吸收波数1 599、1580cm-1同样也可作为PVC的特征峰,用于与PU革样品的区别。
2.4 实际样品的测定
试验中,基于已经确定的PVC及PU的特征红外光谱带,对来自31家企业的98批人造革/合成革样品的成分,进行FTIR-ATR定性测定。结果表明:96批样品的成分测定结果与企业标称的一致,而2批样品的测定结果与企业的标称不同,该2批的样品标称为PU革,但其FTIR-ATR测定结果应为PVC。试验中进一步分离出涂层,通过燃烧法对涂层测试,结果表明:涂层离火即灭、烟味刺鼻,证实该2批产品的涂层材质确实为PVC,与FTIR-ATR的结果一致。
3 结论
傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(FTIR-ATR),可用于PVC、PU以及“半PU”合成革样品的鉴别。PVC革样品的FTIR-ATR特征峰为1599、1 580、1 425和959cm-1,PU革样品的FTIR-ATR特征峰为1 726、1598、1 530和1 050~1 250cm-1。“半PU”合成革中间层为聚氯乙烯(PVC)涂层与聚氨酯树脂(PU)涂层,通过逐层红外测试,对比PVC及PU革的红外特征峰,同样可以鉴别“半PU”合成革。该方法简便、快速、样品消耗量少,可为PU、PVC及“半PU”合成革样品的鉴定方法标准的建立提供技术支撑。
摘要：采用全反射傅里叶变换红外光谱仪(FTIR-ATR),测定PU、PVC革标准物质及表面去涂层膜后成品的红外光谱。归纳并比较了PU及PVC标准物质与及PU及PVC革成品的特征吸收谱带,结果表明:FTIR-ATR分析技术是一种鉴别PU、PVC以及“半PU”革的简单、有效方法。
关键词：红外光谱,PU,PVC,鉴别
参考文献
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反射红外 第6篇
1传感器的选择
天车是桥式起重机的简称, 也是工业生产过程中运送物料和产品的主要设备, 在工业生产和物资储存过程中起到了重要的作用。目前天车的传感器种类的选择具有多样性, 其一般根据视觉功能需要和接近觉功能需要被分为很多种。其中可以利用CCD摄像头来进行图像的识别, 但这种摄像头仅能够满足大体积的设备, 对于小体积系统的适应性较差。接近传感器则可以采用电容式设备, 这种设备能够有效对识别目标表面所附带的电容变化进行识别, 这样当两台及多台天车相接近时, 就能够互相进行识别, 保证天车之间不会出现相撞的情况。另外还可以采用超声波传感器对天车的运动进行识别, 这种传感器主要是利用设备所发出的光波作为识别对象, 通过接受和分析来判断物体与自身接近的距离。并且在此基础上研究出了红外反射式光电传感器, 这一系统包括红外线二极管光源、接收器和光敏接收器三个部分组成, 可以在实际应用过程中利用物体所散发出的红外线强弱来感知物体的接近距离, 并在系统当中设置分档, 借此判断是否停止运行。一般在一台天车上分别安装四个传感器, 其中两个对前方的物体进行识别, 另外两个则对后方的物体进行感知。在实际应用时, 对传感器的选择需要结合其工作内容和环境的不同进行选择, 如果其工作环境简单, 工作距离较短, 为了节省设备的制造和维护成本, 就可以选择价格最低的普通红外二极管, 而如果在工作环境极为恶劣的条件下, 为了进一步保证设备工作的稳定性, 最大程度避免天车相撞, 则应该选择价格最贵, 但性能最优的激光二极管。但在一般情况下, 红外反射二极管的应用范围较广, 并且价格适中, 能够满足绝大多数工厂生产的需求, 降低成本。
2红外反射式光电传感器特性与工作原理
目前应用的反射式光电传感器的种类较多, 但其中应用最为广泛的就是接收红外光的, 其根据接收红外光源设备的不同可以分为红外发光二极管、普通发光二极管和激光二极管三个种类, 其中激光二极管在工作过程中所发出的光束频率较为集中, 是以激光的形式发射, 而接收器就是接收和识别这一频率范围较窄的光束, 不容易被外界的光波所干扰, 而另外两种设备则容易受到外界红外光波的干扰, 但激光二极管的造价较贵, 成本较高。
从理论角度出发, 传感器本身只要处于能够接收到光源的位置就能够对其进行检测, 但是在实际应用的过程中, 由于光线本身具有着较为分散的特性, 并且容易被不同物体所折射或反射, 进而使得其颜色、形状以及频率等受到影响, 如果在设备性能测试过程中直接通过发射光束的方式则会对实验结果造成极大的影响。而采用对反射光进行检测的模式能够有效提升对光波频率测试的准确性, 红外反射式光电传感器的工作原理就是利用反射光的识别来判断物体的距离, 通过调制红外线的反射光源, 并将其送入红外光进行发射, 再由另外一台设备进行接收, 进而提高设备判断的准确性。
在实际运行过程中, 两台天车相遇, 其各自向对方发出红外线光波, 二者在同时接收到光波后即会借由系统对光波的频率进行分析, 并进一步判断二者之间的距离, 在此过程中, 光波的发射处于不间断的情况下, 因此系统就能够对另外一台天车的位置进行实时掌控。当二者到达控制范围内时, 系统即作出停止运行的指令, 防止两台天车发生碰撞, 保证设备的安全性。
3红外反射式光电传感器的设计和实现
在红外反射式光电传感器应用的过程中, 根据其应用的场所不同就需要选择不同的设备类型, 其传感器的识别范围可以从毫米级到米级不等。在传统的天车设备早期识别装置研究中, 其对于障碍物或其它天车的识别主要依靠的是超声波识别, 这种识别方式是基于声波反射的原理, 但天车所处的工作环境极为复杂, 所发出的超声波容易受到外界声波的影响, 极易失灵, 因此难以适应现代工业生产的需求。同时, 采用激光二极管生产的传感器本身成本较高, 而普通的传感器的识别范围有限, 无法满足米级的识别范围, 因此根据研究显示, 符合目前天车工作性能要求的传感器应为大功率长波段双光束的反射式红外光电传感器。
目前研制的红外线传感器所发生的红外线频率为38, 在接收器接受这一红外线后, 利用放大设备将光线的频率进行放大, 并由系统进行进一步的处理, 并将其转换成相应的电信号。在测量两台天车距离时, 其对信号的判别主要是基于四个信号点的输出, 借此来调节探测的距离。由于该系统主要采用的是低功耗的数字变频处理系统, 因此在结构上可以增加高敏电路和抗干扰设备, 并且还可以增加强光过滤设备, 这样就能够使该系统对外界环境当中所发出的强光进行过滤, 避免强光线对红外光线的影响。这一系统的感光度可以达到99%以上, 能够在较多恶劣的条件下进行工作, 工厂或车间当中由于生产的产品品种和性能的差异, 其工厂内环境也会有较大的差异, 并且大多数工厂内部需要保证阳光的照射, 这样在白天市场过程中可以减少对电能的消耗, 而自然光谱当中就包含了大量的红外线, 对传感器就会造成影响, 同时由于工行内部生产设备需要长时间运转, 会产生巨大的热量, 而这种热量对于红外光谱的影响也非常大, 扰乱红外光谱的频率, 利用普通红外二极管难以对这种恶劣条件下的光线频率进行识别。同时, 为了更加方便和准确地识别各天车之间的距离, 同样也必须对厂房内各灯光所发出的光波频率进行分析, 并将其对设备造成的影响数值进行计算, 在系统设计过程中将误差数值代入其中, 这样可以进一步提升设备识别的准确性。
在对天车防撞器进行设计时, 应对主程序的稳定性和抗干扰性进行提高, 因为在设备接受和发射红外光线的过程中, 其本身对于系统也会造成一定的影响, 价值周围环境当中电磁波的影响, 就会降低程序运行的稳定性, 降低识别能力。并且, 在传感其内设置抗感染装置本身也会对系统的识别能力造成影响, 在实际应用过程中传感器的收码、解调或运算步骤都需要整个设备的通力合作, 其中一个环节受到影响就会影响整体识别效果, 导致误差的产生, 影响设备的使用情况。
4结语
在天车防撞设备当中应用红外反射式光电传感器的成功说明了光学传感器应用的可行性, 在较短的距离内 (小于20米) , 这一系统能够起到较好的识别作用, 并且其自身的抗干扰能力较强, 其主要特点就在于设备为非接触型识别设备, 并且灵敏度极高, 分辨时间较短, 对于空间位置的识别能力极强, 能够对设备的位置进行全方位的测试。但目前我国所应用的各类传感器本身仍具有一定的局限性, 其智能性发展程度较低, 能够识别的信息数量极为有限。但是在未来的发展过程中, 随着智能系统的不断完善, 传感器的技术必然会进一步提升。
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反射红外 第7篇
金属薄膜具有截止带宽、中性好以及偏振效应小等优点,特别是金属膜在红外波段具有很高的反射率,被广泛应用于光学膜系设计。金属钼因具有良好的导电性、热稳定性和高红外反射率,制备的钼膜被应用于太阳能选择性吸收涂层[1]、液晶显示器中的薄膜晶体管型的电极、布线材料或阻挡层材料[2]、太阳能电池的被接触层[3]等领域。
目前Mo膜的制备方法一般有以下两种:化学方法(光化学气相沉积[4]、等离子体增强化学气相沉积[5,6]等)和物理气相沉积法(电子束蒸发[5]、脉冲激光沉积[7]、离子束沉积[8]和磁控溅射沉积[1、3]等)。本文采用磁控溅射制备了金属Mo膜,研究了溅射功率和溅射气压等工艺参数对薄膜微观结构及晶体参数的影响,讨论了工艺参数和结构参数的变化对薄膜红外反射谱的影响规律。
1 试验
1.1 样品制备
磁控溅射在沈阳真空仪器厂生产的Ⅰ型超高真空多靶磁控溅射仪上进行,使用直流靶位,利用直流磁控溅射方法制备Mo薄膜。所用靶材为Mo靶,直径60mm,厚度4mm,纯度为99.99%。基片使用经抛光处理的不锈钢,尺寸为25mm×25mm×1mm,溅射前分别用丙酮和去离子水超声波清洗各15min。在进行沉积前将真空预抽至4×10-3Pa,然后通入Ar气体做为溅射气体,调节真空室的压强至所需要的溅射气压后开始溅射。为清除靶表面的污染,在对基片溅射镀膜之前进行了预溅射。溅射距离为100mm,Ar气通入量为50sccm。通过调节直流溅射电压和电流调整不同溅射功率,通过调节抽气速率调整溅射气压,实验制备不同溅射功率和溅射气压条件下的金属Mo膜。
1.2 薄膜表征
对薄膜微结构的测试在日本理学2200型X射线衍射仪(CuKα射线源,管压30kV,管流20mA,扫描速度4b/min)上进行,薄膜厚度用DektakⅡA型台阶仪测量,使用日立电子JSM-6700E型FE-SEM对薄膜表面形貌和结构特征进行了观察,利用Nicolet公司AVATAR-360型傅立叶红外光谱吸收仪对样品在2.5μm~25μm之间的红外反射谱进行了测量。
基于衍射峰形,利用谢乐公式[9]计算薄膜颗粒的平均尺寸,如公式(1):
其中D是颗粒的平均尺寸,λ为X射线衍射所使用的波长,β为衍射峰的半高宽,θ为布拉格衍射角。
2结果与分析
2.1溅射功率的影响
固定溅射气压为0.7 Pa,分别在溅射功率为26W、52W、67W和80W的条件下,制备了金属Mo膜。对不同功率下薄膜结构进行了XRD测试,结果如图1所示。
从衍射谱可以看出,所制备的Mo膜有较强的结晶取向,沿(110)晶面择优取向生长明显。同时,当溅射功率较低时,衍射峰相对较宽,同时衍射峰强度也较低,表明薄膜的结晶程度较差,随着溅射功率的升高,衍射峰强度增加,薄膜的结晶状态有明显的改善。Mo膜的晶面间距d(110)、衍射峰半高宽β以及晶粒尺寸D值等结构参数均列入表1,结果表明,Mo膜的结构参数受溅射功率的影响较为明显,且随着溅射功率的增大各参数的变化趋势一致。
分析认为,薄膜结晶状态和结构参数的变化,可以用薄膜在衬底表表面结晶的过程中溅射粒子的迁移率、形核与长大速率的变化来解释。溅射粒子的迁移率、形核与长大速率决定粒子在衬底上的结晶程度和晶粒大小,溅射功率越高,沉积原子在薄膜表面扩散移动的能量越大,迁移率较高,薄膜中原子排列的无序度变小,这有助于由非晶向晶体和多晶转变。在26W较低的溅射功率下,粒子能量低,迁移能量小,晶核不易聚集长大,从而晶粒尺寸较小,为87.33 A&;随着溅射功率增大到52W,粒子能量增大,同时溅射速率相对还比较低,有利于晶核的聚集长大,因而晶粒尺寸增大到133.0 A&;溅射功率继续增大到67 W时,溅射速率相对较高,形核率增加,虽然粒子能量增大,迁移率较高,但由于迁移时间短,聚集和生长优势并不显著,导致形成多晶粒且致密的表面,晶粒尺寸较小为78.60 A&;当功率继续增大到80 W时,晶粒尺寸又由于粒子能量和迁移率的显著增加而增大到131.0 A&。
对薄膜表面形貌进行的SEM观测结果同样验证了上述规律。图2为溅射功率分别为52W、67W和80W条件下薄膜的表面形貌。在溅射功率较低时,薄膜表面粗糙,颗粒较大;随着功率的增大,薄膜表面的粗糙度降低,颗粒均匀细小。当功率继续增大时,颗粒变粗,表面粗糙度又有所升高。
本文试验研究结果表明,溅射功率为67 W时获得的薄膜晶粒尺寸最小,表面致密度最高。
对相同气压、不同溅射功率下Mo膜的红外反射谱进行了测试,结果如图3所示。可以看出,随着功率从26 W增大到67 W,Mo膜的红外反射率逐渐升高,在溅射功率为67 W条件下,所制备薄膜的红外反射率最高,这与该工艺条件下薄膜的颗粒度小而均匀,表面粗糙度小密切相关。当功率继续增加到80W时,Mo膜的红外反射率反而下降,这种变化规律与对晶体结构及表面形貌的分析结果是一致的。
分析认为,在溅射镀膜过程中,在低溅射功率下,溅射速率相应较低,金属原子在基片上有较长的迁移时间,倾向形成粗大晶粒,使得薄膜结构粗糙不致密,因此反射率也较低,随着溅射功率的增加,沉积速率增加,晶粒度逐渐减小,致密度相应增加,使得薄膜红外反射率呈现上升趋势,但当溅射功率过大时,由于沉积速率太快,造成膜层的致密度反而降低,颗粒粗大,使红外反射率显著下降。因此,适当的溅射功率,有助于形成较细的晶粒和较高的致密度,同时表面粗糙度降低,使薄膜获得较高的红外反射率。
2.2 溅射气压的影响
在溅射功率为67W条件下,分别在0.2Pa、0.7Pa和1.5Pa不同溅射气压下,制备了金属Mo膜。对薄膜结构进行了XRD分析,如图4所示,结果表明,所制备薄膜均有较强的结晶取向,沿(110)晶面择优生长。
表2列出了不同溅射气压下Mo膜的晶面间距d(110)、衍射峰半高宽β以及晶粒尺寸D值等晶体结构参数。可以看出,在0.7Pa条件下所得到的Mo膜晶粒尺寸最小,而在溅射气压较低的0.2Pa和较高的1.5Pa条件下所制备的Mo膜晶粒尺寸都相对较大。
图5给出了溅射气压分别为0.7Pa和1.5Pa时Mo膜的SEM表面形貌。由图中可以看出,在溅射气压为0.7Pa时,薄膜表面致密、均匀,而溅射气压增至1.5Pa时,颗粒明显粗大,表面起伏明显,粗糙度较大。
不同溅射气压下所制备Mo膜的红外反射谱如图6所示。可以看出,在0.7 Pa溅射气压下制备的Mo膜具有最高的红外反射率,增加或减小溅射气压薄膜的红外反射率都不同程度地降低,这一结果与对薄膜结构和表面形貌观测结果的分析一致。
分析认为,过低的溅射气压,会导致溅射气体被电离的粒子数过少,轰击靶面的Ar离子浓度低,使得靶表面被溅射出的粒子数较少,导致薄膜的沉积速率低,形核少,沉积粒子迁移、聚集和生长几率相对增加,最终形成较大的颗粒和粗糙的表面。保持适当的较低溅射气压,真空室中气体分子密度较小,被溅射出来的Mo原子与等离子体中的Ar原子或Ar离子的碰撞几率小,平均自由程大,从而使溅射原子有较长的时间获得电场的加速,可以以较高速度垂直沉积在基材表面,形成截面细小且致密的柱状晶和平滑的膜表面。逐步提高溅射气压,溅射粒子的平均自由程变小,到达衬底的几率减小,但是由于真空室中被电离的气体粒子数目增多,轰击靶表面的气体离子密度增大,使靶表面溅射率大大增加,薄膜的沉积速率随之增大,形核率提高,而粒子迁移和长大效应相对减弱,使得颗粒度细化,致密度和表面光洁度升高,因而对红外光谱的反射能力增加。但在过高的溅射气压下,沉积速率会随着平均自由程的急剧降低,碰撞几率的显著增加,飞行速度和能量的损失而明显降低,甚至Mo原子不能以垂直的角度沉积,而是以倾斜于基体表面方向入射,初始沉积原子在形成半球形小丘状晶粒后,产生对倾斜入射原子的拦截,使入射原子通量减小,同时小丘不断长大,形成横截面大、孔洞多的柱状晶粒,即薄膜致密度下降,颗粒度和表面粗糙度增加,因而对光的散射增大,反射率下降。
因此本实验中,薄膜颗粒度、表面粗糙度和红外反射率均在溅射气压为0.7Pa的中间数值时获得最优。
2.3 不同厚度Mo膜对光学性质的影响
在溅射功率为67W,溅射气压为0.7Pa的工艺条件下,制备了100nm、160nm、200nm和260nm不同厚度的Mo膜并测试了其红外反射谱,如图7所示,结果显示,不同厚度Mo膜均具有较高的红外反射率,总体来看,厚度增加薄膜反射率略有增加,有利于反射率的提高。
本文实验结果显示,200nm厚的金属Mo膜红外反射率最高。分析认为,Mo膜的红外反射率与其表面光洁度有直接的关系,随着薄膜厚度的增加,表面由最初的具有圆形顶部小丘的微小晶体逐渐向小丘顶部加宽而形成的致密光滑表面过度,达到一定厚度后,其光学反射性能达到稳定状态。厚度继续增加,由于柱状晶之间的遮蔽作用,以及小丘的最大生长方向在自身轴向,带来小丘之间形成较深的沟槽,甚至在小丘之间和顶部,“架空”的溅射原子堆积形成新的交错的小丘和柱状晶,甚至往往会出现柱状孔洞,引起表面粗糙度增大,这种微观结构会导致薄膜的反射率下降。
3结论
1)在不同溅射工艺条件下所制备Mo膜均为面心立方结构,且呈现很强的(110)结晶取向;
2)溅射功率和溅射气压都存在一个最佳值,使颗粒度细化、表面粗糙度下降以及红外反射率达到最高。随着溅射功率的增大,晶面间距和半高宽增大,晶粒尺寸逐渐减小,晶粒细密,过大的溅射功率会导致上述结构参数向相反方向变化,薄膜的红外反射率呈现同样的变化规律;薄膜表面光洁度和红外反射率随着溅射气压的由低到高也呈现出逐渐增大后降低的规律。本实验最佳工艺条件为溅射气压0.7Pa,溅射功率67W;
3)不同厚度Mo膜均具有较高的红外反射能力,总体来看,厚度的适当增加对提高反射率是有利的,在最佳溅射工艺条件下,200nm厚Mo膜的红外反射率达到最高。
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反射红外 第8篇
1 仪器与试剂
1.1 仪器
Antaris傅里叶变换NIR光谱仪 (Thermo Nicolet Corporation, USA) , 仪器配有Result 3.0B光谱采集软件;Agilent 1100型高效液相色谱仪 (美国Agilent公司) ;MILLIPORE超纯水器 (美国Millipore公司) ;METTLER AE240电子天平 (梅特勒-托利多上海有限公司) ;FL-027高速台式离心机 (德国Eppendorf公司) , 数据处理采用TQ Analyst 8.0和Matlab数据处理软件。
1.2 试剂及样品
实验用甲醇、乙腈、甲酸均为色谱纯, 实验用水为超纯水。黄芩苷 (110715-200514) 、汉黄芩苷 (080612) 购自中国药品生物制品检定所。
实验所用的黄芩样品中30批由上海凯宝药业有限公司提供, 5批购于杭州市各大药房。以上35批黄芩药材由于产地不同, 其成分含量不均匀, 为使样本中各成分含量分布范围更加均匀, 将35批黄芩药材按照不同比例进行混合, 得到47批实验室自制黄芩药材粉末, 共82批黄芩粉末样品。
2 方法与结果
2.1 样品预处理
将黄芩药材粉碎, 过60目筛, 过筛后的粉末置于烘箱中, 60℃下干燥10h, 将干燥后的黄芩粉末密封保存于干燥器中。
2.2 HPLC分析
色谱条件:色谱柱:Agilent Zorbax SB-C18 (250 mm×4.6 mm, 5μm) ;流动相:A相:0.2%甲酸-水, B相:0.2%甲酸-乙腈, 梯度洗脱程序为:0~10min, A相85%~70%;10~18min, A相70%~65%;18~24min, A相65%~65%;24~30min, A相65%~40%;30~31min, A相40%~1%;31~36min, A相1%~1%;流速:1m L/min;柱温:40℃;检测波长:276nm;进样量:5μL。
精密称取黄芩药材粉末10mg于5m L量瓶中, 加提取溶剂 (甲醇∶水∶甲酸=70∶29∶1) 超声提取45min后, 定容至刻度, 摇匀, 12000r/min离心10min, 取上清液作为供试品溶液, 进行HPLC分析。
2.3 近红外光谱扫描条件
光谱采集条件:采用积分球漫反射法采集黄芩药材粉末的近红外光谱图。光谱采集波长范围:4000~10000cm-1, 分辨率:4.0cm-1, 增益:2x, 衰减:Empty, 扫描次数:64次。见图1。
2.4 运用PLS法建立多元校正模型
选择合适的建模波段, 并对光谱进行适当的预处理, 采用偏最小二乘回归 (PLS) 建立黄芩药材粉末近红外光谱与黄芩苷、汉黄芩苷HPLC含量测定值之间的多元校正模型。以交叉验证误差均方根 (RMSECV) 为指标, 采用留一法交叉验证确定建模最佳主成分数。模型对校正集样本和验证集样本的预测误差分别用校正集预测误差均方根 (RMSEC) 和验证集预测误差均方根 (RMSEP) 来考核。
3 讨论
3.1 样本异常点的剔除及分类
在近红外光谱扫描过程中, 由于光谱仪系统误差、样品性质差异较大等因素, 可能出现异常光谱, 这些异常光谱加入模型会影响模型的预测精度。本研究通过计算每个样品近红外光谱与平均光谱的马氏距离, 经过Chauvenet检验, 发现有2个异常光谱, 将这两个样品剔除, 剩余的80份样品用来建模。为了使校正集样本更具有代表性, 同时在一定程度上避免校正集样本分布不均匀, 本研究采用Kennard–Stone (KS) 分类法对样本进行分类, 将80份黄芩样品分成2类, 校正集样本60个, 验证集样本20个。
3.2 黄芩样品含量测定结果 (%)
将黄芩药材粉末按照2.2项下样品预处理方法进行处理, 并进行HPLC分析, 分别得到校正集和验证集样品中黄芩苷和汉黄芩苷的含量分布范围, 见表1。
3.3 不同的光谱采集方式对模型性能的影响
本研究比较了两种不同的光谱采集方式对模型预测性能的影响。分别采用积分球漫反射法和光纤探针漫反射法采集全部黄芩样品的近红外光谱图, 运用相同的建模波段和光谱预处理方法进行建模, 分别得到黄芩苷和汉黄芩苷含量测定的校正模型, 并对验证集中20份样品进行含量预测, 比较两种不同的光谱采集方式所得模型的性能参数, 结果见表2, 由结果可知, 采用积分球漫反射法所得的模型性能参数均优于光纤探针漫反射法, 对验证集样品的预测准确率较高, 这可能是由于采用积分球漫反射法采集光谱时, 样品填充的松紧程度比较均一, 减小了粒径不均对光程的影响, 且采集过程中样品杯的匀速转动可以采集到不同位置样品的光谱信息, 得到的光谱信息更加准确可靠。
*RS:原始光谱;MSC:多元散射校正;SNV:标准正则变换;1d:一阶导数;2d:二阶导数;S-G:Savitzky-Golay平滑;cross validation:交叉验证
3.4 建模波段的选择
运用PLS方法建模时, 建模前对光谱波段进行筛选, 可以更好地提取光谱中的有效信息, 改善模型性能, 提高计算速度。本研究采用相关系数法和方差图谱来筛选建模波段。相关系数法是将校正集光谱的每个波长点对应的吸收值与浓度值进行相关性计算, 得到波长与相关系数之间的相关图, 相关系数越大的波段, 包含的样品信息越多。图2显示了每个波长点的相关系数图, 可以看出在4000~6200cm-1范围的相关系数值较大, 基本在0.50以上。方差图谱是指所有样品在每个波长点吸收值的方差图, 它反映了样品在每个波长点吸收值的变化情况, 方差大的波长点包含的信息较丰富, 更能体现样品之间的差别。图3显示的是所有样品在每个波长点的吸收方差值, 可以看出在4500~5500cm-1、6900~7500cm-1波段的方差值较大。综合以上分析, 本研究选用4500~7500cm-1区间作为建模波段。
3.5 光谱预处理方法的选择
在近红外光谱扫描过程中, 环境温度、湿度的变化, 填充不均匀等因素可能引起光谱基线的飘移、噪声和光散射等干扰, 对光谱进行适当的预处理可以减少干扰, 充分提取光谱中的有效信息, 提高校正模型的预测精度。本研究比较了各种光谱预处理方法对黄芩苷和汉黄芩苷校正模型的R (交叉验证) 和RMSECV的影响, 结果见表3。可见, 对于黄芩苷模型, 采用SNV, 一阶导数, Savitzky-Golay卷积平滑法的建模效果较好, 而对于汉黄芩苷, 采用原始光谱的建模效果较好。
3.6 校正模型的建立及预测结果
选择合适的建模波段, 并对光谱进行适当的预处理, 采用留一法交叉验证确定建模最佳主成分数, 采用偏最小二乘回归 (PLS) 建立黄芩药材粉末近红外光谱与黄芩苷、汉黄芩苷HPLC含量测定值之间的多元校正模型, 见图4。黄芩苷和汉黄芩苷校正模型的相关系数分别为0.995、0.969, 验证集预测误差均方根RMSEP分别为0.602、0.221, 验证集黄芩苷和汉黄芩苷的相对预测误差分别为-1.45%和0.62%, 结果准确, 模型的预测性能良好。可见, 采用所建立的近红外光谱校正模型可以快速准确地对黄芩药材进行分析。
(a) 黄芩苷 (b) 汉黄芩苷
3.7 小结
本研究提出了一种应用近红外光谱技术快速分析黄芩药材的方法, 在比较了不同的光谱采集方式, 筛选合适的建模波段和适当的光谱预处理方式的基础上, 采用偏最小二乘回归法建立了黄芩苷和汉黄芩苷的近红外光谱定量校正模型, 模型成功建立后, 在短时间内就可以完成光谱采集, 并计算出比较准确的含量, 提供准确可靠的质量控制数据, 尤其适用于中药生产中大批量药材的快速分析。本法快速简便, 准确可靠, 可进一步推广用于其他中药材的质量控制。
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