3. 微小型光纖光譜儀在過(guò)程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

　　隨微小型光纖光譜儀的出現(xiàn)，光譜技術(shù)也經(jīng)歷著一場(chǎng)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的革命，已轉(zhuǎn)化為一種完全以被測(cè)樣品為中心而設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)儀器的實(shí)用技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，出現(xiàn)了紫外、可見光、近紅外、拉曼散射和熒光分析等多個(gè)平臺(tái)的在線測(cè)量系統(tǒng)。

　　3.1 紫外-可見光測(cè)量的在線應(yīng)用

　　可用于傳導(dǎo)紫外光的高質(zhì)量光纖，陣列型檢測(cè)器和化學(xué)計(jì)量學(xué)算法的引入，使經(jīng)典的紫外-可見光分析技術(shù)跨過(guò)了在線測(cè)量的門檻，在工業(yè)在線監(jiān)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。

　　3.1.1 紫外-可見吸收光譜的測(cè)量

　　基于比爾-瑯勃定律，溶液或氣體中的化學(xué)成分對(duì)光的定量吸收，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法對(duì)紫外光譜法數(shù)據(jù)信息的挖掘，可對(duì)多組分混合物實(shí)現(xiàn)“數(shù)學(xué)分離”測(cè)定。如：Valerie Feigenbrugel等人［11］利用基于CCD陣列探測(cè)器紫外光譜技術(shù)，建立檢測(cè)丙酮、甲氨基酚、二嗪農(nóng)和敵敵畏等多種殺蟲劑的摩爾吸收系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法。Remo Bucci等人［12］將紫外-可見光譜分析用于變性酒精的檢測(cè)，非常適合于工業(yè)生產(chǎn)中大量樣品的檢測(cè)。這些方法代替了傳統(tǒng)化學(xué)分離測(cè)定的繁瑣過(guò)程，作為在線測(cè)量系統(tǒng)的“軟件”部分，適應(yīng)于在線快速檢測(cè)的要求。

　　3.1.2 薄膜厚度的測(cè)量

　　應(yīng)用光的干涉測(cè)量原理，微小型光纖光譜儀可測(cè)的薄膜厚度達(dá)到25 µm，分辨率（FWHM）為1.5nm。將光纖光譜儀與光纖探頭在生產(chǎn)線上構(gòu)建實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，可為高精度工件加工的線上質(zhì)量監(jiān)測(cè)和工業(yè)鍍膜過(guò)程提供了一種靈活方便的測(cè)量手段。

　　3.1.3 顏色測(cè)量

　　顏色測(cè)量是基于物質(zhì)生色基團(tuán)在可見光范圍內(nèi)（380-780nm）的基頻吸收原理，將測(cè)量光譜轉(zhuǎn)化為CIE規(guī)定的顏色空間L*， a* 和b*值表示。結(jié)合光纖光譜儀測(cè)量系統(tǒng)的浸入式透射探頭、反射式探頭或積分球采樣附件，可方便完成對(duì)溶液、酒類產(chǎn)品、紡織品和紙張等系列產(chǎn)品。生產(chǎn)過(guò)程的顏色質(zhì)量控制。

　　3.1.4 LED的分析測(cè)量

　　結(jié)合積分球的使用，光纖光譜儀可方便快捷地測(cè)量出LED的絕對(duì)輻射量和顏色等參數(shù)，在LED生產(chǎn)的質(zhì)量控制中有重要的應(yīng)用。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　此外，由可見光譜衍生出的應(yīng)用也越來(lái)越多，程志海等人［13］利用CCD光纖光譜儀和K原子特征譜線的相對(duì)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤粉火焰溫度的在線測(cè)量，該方法具有簡(jiǎn)單，可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　3.2 近紅外光譜分析的在線應(yīng)用

　　近紅外光譜法是20世紀(jì)90年代以來(lái)發(fā)展最快，最引人注目的光譜分析技術(shù)。因其儀器簡(jiǎn)單，分析速度快，非破壞性和樣品制備量小，不需對(duì)樣品預(yù)處理，可直接進(jìn)行測(cè)定，幾乎適合各類樣品（液體、涂層、粉末或固體），在在線分析儀器中表現(xiàn)突出。并且近紅外光在光纖中幾乎無(wú)損傳輸，結(jié)合光纖技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，適合構(gòu)建遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是其它方法難以比擬的。

　　隨新型近紅外光纖光譜儀的出現(xiàn)和軟件的升級(jí)，近紅外光譜的應(yīng)用和研究出現(xiàn)了新局面，近紅外光譜在線測(cè)量分析技術(shù)在煙草［14］，制藥［15-17］，石化［18］，造紙［19］和食品輕工［20］等領(lǐng)域的應(yīng)用最為活躍。

　　3.3 拉曼散射光譜的在線應(yīng)用

　　拉曼光譜分析技術(shù)以檢測(cè)速度快，并能實(shí)時(shí)獲取詳細(xì)的化學(xué)信息等特點(diǎn)，越來(lái)越多地被用于連續(xù)或間歇反應(yīng)過(guò)程控制。光纖技術(shù)的引入，使測(cè)試人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)工作現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離取樣分析。

　　Dao等的實(shí)驗(yàn)室展示了拉曼光纖探針方法用于遠(yuǎn)程、在位多成分檢測(cè)多可能性［21］。Lee等人利用拉曼光譜儀在生化反應(yīng)器中同時(shí)測(cè)定了葡萄糖、醋酸纖維素、甲酸鹽和苯基丙氨酸等多組分濃度［22］。Bauer等人運(yùn)用FT-Raman光譜和非接觸式光纖探針結(jié)合的測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)定了苯乙烯單體在乳液聚合反應(yīng)中的濃度變化情況［23］。Wenz研究了用拉曼光譜分析技術(shù)監(jiān)測(cè)ABS生產(chǎn)的接枝共聚過(guò)程，確定了恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)終點(diǎn)［24］。McCaffery討論了低分辨率拉曼光譜儀直接在小批量生產(chǎn)的間歇乳液聚合反應(yīng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［25］。食品行業(yè)中，拉曼光譜在糖類、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和色素等生產(chǎn)的在線快速檢測(cè)和質(zhì)量控制方面發(fā)揮著重要的作用［26］。

　　另外，表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）效應(yīng)極大推動(dòng)了拉曼光譜技術(shù)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。隨激光技術(shù)的發(fā)展和檢測(cè)裝置的改進(jìn)，用于在線監(jiān)測(cè)的拉曼光譜分析技術(shù)將在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3.4 激光測(cè)量

　　3.4.1 激光波長(zhǎng)測(cè)量

　　隨激光在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，激光器的波長(zhǎng)測(cè)量也正成為迫切需求。采用微小型光纖光譜儀對(duì)其可進(jìn)行精確，快速的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，直接獲取的數(shù)據(jù)信息比通常使用的波長(zhǎng)計(jì)和掃描F-P腔的方法完整，即同時(shí)得出激光的絕對(duì)波長(zhǎng)和激光光譜的形狀，而且儀器體積小巧，可方便地集成到系統(tǒng)中操作。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　3.4.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）

　　LIBS技術(shù)是用高能量激光光源，在分析樣品表面形成高強(qiáng)度激光光斑（等離子體），使樣品激發(fā)發(fā)光，光隨后通過(guò)光纖引入光譜儀的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。這種技術(shù)對(duì)材料中的絕大部分無(wú)機(jī)元素非常靈敏，測(cè)量精度達(dá)ppm級(jí)的含量，而且樣品可以是固態(tài)，液態(tài)或氣態(tài)。

　　3.5 熒光分析

　　熒光測(cè)量要求靈敏度較高的檢測(cè)器和有效的濾光器，能區(qū)分開激發(fā)光源的光合樣品發(fā)出的相對(duì)微弱的熒光。光纖光譜儀可在360-1000nm范圍內(nèi)檢測(cè)溶液和粉末的表面熒光，應(yīng)用熒光分析技術(shù)還可測(cè)量樣品中氧的絕對(duì)含量，可將LED激發(fā)光源和帶有光纖熒光探頭的微小型光譜儀組成氧濃度傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)熒光的淬滅程度與氧濃度相關(guān)的原理進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.展望

　　光纖光譜儀以系統(tǒng)模塊化和靈活性，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，小巧，內(nèi)部無(wú)可移動(dòng)部件，波長(zhǎng)覆蓋范圍廣（190-2500nm），測(cè)量速度快（小于0.1秒）等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)在線監(jiān)測(cè)，而且光譜儀選用低成本的通用探測(cè)器，大幅降低使用的價(jià)格門檻。近幾年，化學(xué)計(jì)量學(xué)、光纖和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為以光纖光譜儀為核心的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)十分廣闊的應(yīng)用空間。