3. 微小型光纖光譜儀(yi) 在過程監測中的應用

　　隨微小型光纖光譜儀(yi) 的出現，光譜技術也經曆著一場從(cong) 實驗室走向生產(chan) 現場的革命，已轉化為(wei) 一種完全以被測樣品為(wei) 中心而設計現場儀(yi) 器的實用技術。在實際生產(chan) 應用中，出現了紫外、可見光、近紅外、拉曼散射和熒光分析等多個(ge) 平台的在線測量係統。

　　3.1 紫外-可見光測量的在線應用

　　可用於(yu) 傳(chuan) 導紫外光的高質量光纖，陣列型檢測器和化學計量學算法的引入，使經典的紫外-可見光分析技術跨過了在線測量的門檻，在工業(ye) 在線監測中有著廣泛的應用。

　　3.1.1 紫外-可見吸收光譜的測量

　　基於(yu) 比爾-琅勃定律，溶液或氣體(ti) 中的化學成分對光的定量吸收，結合化學計量學算法對紫外光譜法數據信息的挖掘，可對多組分混合物實現“數學分離”測定。如：Valerie Feigenbrugel等人［11］利用基於(yu) CCD陣列探測器紫外光譜技術，建立檢測丙酮、甲氨基酚、二嗪農(nong) 和敵敵畏等多種殺蟲劑的摩爾吸收係數的實驗方法。Remo Bucci等人［12］將紫外-可見光譜分析用於(yu) 變性酒精的檢測，非常適合於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 中大量樣品的檢測。這些方法代替了傳(chuan) 統化學分離測定的繁瑣過程，作為(wei) 在線測量係統的“軟件”部分，適應於(yu) 在線快速檢測的要求。

　　3.1.2 薄膜厚度的測量

　　應用光的幹涉測量原理，微小型光纖光譜儀(yi) 可測的薄膜厚度達到25 µm，分辨率（FWHM）為(wei) 1.5nm。將光纖光譜儀(yi) 與(yu) 光纖探頭在生產(chan) 線上構建實時測量係統，可為(wei) 高精度工件加工的線上質量監測和工業(ye) 鍍膜過程提供了一種靈活方便的測量手段。

　　3.1.3 顏色測量

　　顏色測量是基於(yu) 物質生色基團在可見光範圍內(nei) （380-780nm）的基頻吸收原理，將測量光譜轉化為(wei) CIE規定的顏色空間L*， a* 和b*值表示。結合光纖光譜儀(yi) 測量係統的浸入式透射探頭、反射式探頭或積分球采樣附件，可方便完成對溶液、酒類產(chan) 品、紡織品和紙張等係列產(chan) 品。生產(chan) 過程的顏色質量控製。

　　3.1.4 LED的分析測量

　　結合積分球的使用，光纖光譜儀(yi) 可方便快捷地測量出LED的絕對輻射量和顏色等參數，在LED生產(chan) 的質量控製中有重要的應用。#p#分頁標題#e#

　　此外，由可見光譜衍生出的應用也越來越多，程誌海等人［13］利用CCD光纖光譜儀(yi) 和K原子特征譜線的相對強度，實現了對煤粉火焰溫度的在線測量，該方法具有簡單，可靠等優(you) 點。

　　3.2 近紅外光譜分析的在線應用

　　近紅外光譜法是20世紀90年代以來發展最快，最引人注目的光譜分析技術。因其儀(yi) 器簡單，分析速度快，非破壞性和樣品製備量小，不需對樣品預處理，可直接進行測定，幾乎適合各類樣品（液體(ti) 、塗層、粉末或固體(ti) ），在在線分析儀(yi) 器中表現突出。並且近紅外光在光纖中幾乎無損傳(chuan) 輸，結合光纖技術容易實現遠距離多點同時測量，適合構建遠離現場的在線監測係統，是其它方法難以比擬的。

　　隨新型近紅外光纖光譜儀(yi) 的出現和軟件的升級，近紅外光譜的應用和研究出現了新局麵，近紅外光譜在線測量分析技術在煙草［14］，製藥［15-17］，石化［18］，造紙［19］和食品輕工［20］等領域的應用最為(wei) 活躍。

　　3.3 拉曼散射光譜的在線應用

　　拉曼光譜分析技術以檢測速度快，並能實時獲取詳細的化學信息等特點，越來越多地被用於(yu) 連續或間歇反應過程控製。光纖技術的引入，使測試人員遠離危險工作現場，實現遠距離取樣分析。

　　Dao等的實驗室展示了拉曼光纖探針方法用於(yu) 遠程、在位多成分檢測多可能性［21］。Lee等人利用拉曼光譜儀(yi) 在生化反應器中同時測定了葡萄糖、醋酸纖維素、甲酸鹽和苯基丙氨酸等多組分濃度［22］。Bauer等人運用FT-Raman光譜和非接觸式光纖探針結合的測量係統，測定了苯乙烯單體(ti) 在乳液聚合反應中的濃度變化情況［23］。Wenz研究了用拉曼光譜分析技術監測ABS生產(chan) 的接枝共聚過程，確定了恰當的反應終點［24］。McCaffery討論了低分辨率拉曼光譜儀(yi) 直接在小批量生產(chan) 的間歇乳液聚合反應監測中的應用［25］。食品行業(ye) 中，拉曼光譜在糖類、蛋白質、脂肪、維生素和色素等生產(chan) 的在線快速檢測和質量控製方麵發揮著重要的作用［26］。

　　另外，表麵增強拉曼散射（SERS）效應極大推動了拉曼光譜技術在眾(zhong) 多領域的應用。隨激光技術的發展和檢測裝置的改進，用於(yu) 在線監測的拉曼光譜分析技術將在現代工業(ye) 生產(chan) 中得到越來越廣泛的應用。

3.4 激光測量

　　3.4.1 激光波長測量

　　隨激光在工業(ye) 領域的廣泛應用，激光器的波長測量也正成為(wei) 迫切需求。采用微小型光纖光譜儀(yi) 對其可進行精確，快速的實時監測，直接獲取的數據信息比通常使用的波長計和掃描F-P腔的方法完整，即同時得出激光的絕對波長和激光光譜的形狀，而且儀(yi) 器體(ti) 積小巧，可方便地集成到係統中操作。#p#分頁標題#e#

　　3.4.1 激光誘導擊穿光譜（LIBS）

　　LIBS技術是用高能量激光光源，在分析樣品表麵形成高強度激光光斑（等離子體(ti) ），使樣品激發發光，光隨後通過光纖引入光譜儀(yi) 的檢測係統進行分析。這種技術對材料中的絕大部分無機元素非常靈敏，測量精度達ppm級的含量，而且樣品可以是固態，液態或氣態。

　　3.5 熒光分析

　　熒光測量要求靈敏度較高的檢測器和有效的濾光器，能區分開激發光源的光合樣品發出的相對微弱的熒光。光纖光譜儀(yi) 可在360-1000nm範圍內(nei) 檢測溶液和粉末的表麵熒光，應用熒光分析技術還可測量樣品中氧的絕對含量，可將LED激發光源和帶有光纖熒光探頭的微小型光譜儀(yi) 組成氧濃度傳(chuan) 感器的測量係統，根據熒光的淬滅程度與(yu) 氧濃度相關(guan) 的原理進行實時監測。

4.展望

　　光纖光譜儀(yi) 以係統模塊化和靈活性，儀(yi) 器結構緊湊，小巧，內(nei) 部無可移動部件，波長覆蓋範圍廣（190-2500nm），測量速度快（小於(yu) 0.1秒）等優(you) 點，適合於(yu) 工業(ye) 在線監測，而且光譜儀(yi) 選用低成本的通用探測器，大幅降低使用的價(jia) 格門檻。近幾年，化學計量學、光纖和計算機技術的發展，為(wei) 以光纖光譜儀(yi) 為(wei) 核心的在線監測係統提供了一個(ge) 十分廣闊的應用空間。