便携式矿物近红外光谱仪器的研制

　　1　引　　言

　　近红外光谱NIRS(Near Infrared Spectra)属于分子振动光谱,是基频分子振动的倍频与合频,包含丰富的氢基团(C-H、O-H、S-H、N-H等)特征信息。当分子受到近红外光线照射时,被激发产生共振,从而吸收光的一部分能量。测量其吸收光,可得到反映被测物质特征的图谱,即吸收光谱。许多物质在近红外区域有丰富的吸收光谱,而且每种成分都有其吸收特征,因此可根　　据物质的近红外光谱分析物质的成分和含量。

　　20世纪80年代后,随着计算机技术的迅速发展,以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果,数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合标志着现代近红外光谱技术的形成。近年来近红外光谱的应用技术获得了巨大发展,在许多领域得到了应用,对推进生产和科研领域的技术进步发挥了巨大作用[1～6]。

　　我国近几年近红外光谱仪器研制、开发及应用已受到很多专家的关注。1995年以来国内许多科研院所和大专院校开始积极研究和开发适合国内需要的近红外光谱分析技术,并已开发研制出一批适应国内分析对象的仪器及应用软件[6～8]。

　　依据矿物中部分分子官能团对近红外光的吸收特性,获得其物质成分及含量的信息,是近红外光谱技术的又一应用领域[9～17]。

　　传统的矿物分析需要在实验室环境下工作。野外地质工作者无法现场测定岩石矿物组成,只能从野外采样、回到实验室进行分析鉴定,严重地制约了野外地质工作。采用便携式近红外光谱仪将实验室仪器带到野外进行现场原位检测,实现了地质工作者多年的梦想,它具有:不破坏样品,不用试剂,不污染环境;可直接对目标进行测定;测量精度高,测量速度快;投资及操作费用低的特点。国外的产品如澳大利亚IntegratedSpectronics Pty Ltd的PIMA (Portable InfraredMineral Analyzer)是典型的便携式野外岩石矿物NIRS分析仪器。PIMA系光栅扫描型,光谱范围1300～2500nm,仪器重2.5kg,野外电池供电,外接笔记本电脑。2002年在中国地质调查局支持下,中国地质调查局发展研究中心引进两台并在新疆土屋铜矿进行了示范性应用。

　　我国市场还没有用于野外现场矿物分析的便携式近红外光谱仪器产品,相应的研究也未见报道。因此研制便携式野外矿物近红外光谱仪不仅可为国家节省大量外汇,而且对提升国产科学仪器的国际竞争力,增强科研自我装备能力具有十分重要的意义,并将带来巨大的经济效益和社会效益。

　　2　便携式近红外光谱矿物分析仪设计

　　参考国外同类仪器,确定便携式红外光谱矿物分析仪主要技术参数如下: