紅外光譜分析和德國DIAS紅外陣列探測器的應用

德國DIAS紅外陣列探測器用于紅外光譜分析

紅外光譜分析儀使用什么型號的DIAS紅外探測器呢？

德國DIAS紅外公司生產的PYROSENS中的紅外陣列探測器Array，可以廣泛用于紅外光譜分析。

紅外光譜分析的原理

物體由于分子振動的特性，大多數氣體、液體、粉末或固體在中波波長的紅外上都表現出典型的吸收行為；紅外輻射的能量激發分子鍵與物質形成典型的振動模式，形成的“指紋”。使用紅外探測器、采用中波波長的紅外，就可以檢測到物體中的紅外輻射，這樣就可以從測量樣品中獲得或測定、檢測到物體的成分、雜質和濃度等物體的相關信息，從而可以精確分析測量樣品或物體。這就是所謂的紅外光譜分析。

為什么紅外光譜儀要使用德國DIAS的紅外陣列探測器來進行紅外光譜分析？

德國DIAS紅外公司每年都生產大量的基于鉭酸鋰的熱釋電探測器PYROSENS array。PYROSENS array的信噪比功能，位于制冷型碲鎘汞(MCT)探測器及不靈敏、低速度的熱電堆探測器和測輻射熱計之間。相比帶陶瓷薄膜( 比如壓電陶瓷PZT) 的熱釋電探測器來說， PYROSENS array的比探測率要高得多。

PYROSENS系列紅外陣列探測器具有128、256或510個像素。它們與色散光學組件和/或線性漸變濾光片(LVF)一起更適用于更寬波長范圍內的高分辨率檢測。線性漸變濾光片目前可以適用于超過11μm，對紅外光譜儀來說，可以分成范圍1.3~2.6μm及5.5~11μm。

目前使用德國DIAS紅外陣列探測器的光譜儀的三種操作原理

• NDIR透射儀

NDIR透射儀主要由紅外源、斬波輪、采樣臺、線性漸變濾光片LVF及紅外陣列探測器等組成。由于使用了線性漸變濾光片，所以不僅可以分析單種物質，而且可以分析混合性物質(參見下圖)。

NDIR透射儀操作原理圖

高效緊湊的NDIR透射儀演示器

這個演示儀的核心組件就是德國DIAS的評估包。這個評估包可適合德國DIAS紅外公司的所有PYROSENS紅外陣列探測器。

• ATR spectrometer ATR光譜儀 衰減全反射光譜儀

衰減全發射(ATR)光譜分析采用帶線性漸變濾光片LVF的紅外陣列探測器、ATR晶體(波導)及紅外輻射源。紅外輻射以全反射方式進入波導管，因此在波導管表面測量的液體或固體樣品在光譜上影響其反射行為。這種測量方法易于實現緊湊、精密、快速和通用的系統，也可以用于便攜式或移動式產品。下圖顯示了使用帶線性漸變濾波器LVF的紅外線性傳感器的ATR光譜儀的工作原理。

ATR光譜儀的工作原理

• Grating spectrometer光柵光譜儀

光柵光譜儀中，紅外輻射進入一個狹縫或纖維，然后打在一個球面鏡上。這平行于輻射，然后在光柵上衍射和反射，這導致不同的波長指向不同的方向。第二個反射鏡現在將輻射聚焦到紅外陣列探測器上，其像素現在檢測不同波長的輻射。可在整個紅外陣列探測器的長度上測量該波長范圍，這由特定的光學布置來確定。

使用案例

德國DIAS紅外公司的PYROSENS紅外陣列探測器具有128、256或510個像素，目前常用于相對比較小、移動式或價格低的ATR光譜儀或光柵光譜儀中。使用PYROSENS紅外陣列探測器的ATR光譜儀為美國Wilks Enterprise公司的第二代ATR光譜儀：

一、美國Wilks Enterprise公司采用了PYROSENS紅外陣列探測器的第二代ATR光譜儀

設備開發多使用德國DIAS紅外公司改進的PYROSENS紅外探測器，其熱像素分立更優化、其吸收特性改進更顯著。

典型應用有：

• 食品安全及質量：主要集中檢測微量化學元素及不可接受的添加劑，例如乳制品行業、食用油、酒類、飲料等行業的食品控制。

• 監測石油及潤滑油的質量：從燃油樣品生產和分析過程中的表征到發動機使用時的狀態監測。

• 爆炸性檢測安全技術：液體或粉末的微量分析

• 環境分析技術：空氣質量監控及水質分析

二、激光光柵光譜儀(美國Angstrom及德國Highfinesse公司)

美國Angstrom及德國Highfinesse公司，其便攜式中波紅外激光光譜儀及波長計中，采用了PYROSENS的510像素的紅外陣列探測器，波長2-11μm。

美國Angstrom激光光譜儀

德國Highfinesse公司激光光譜儀

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