论文摘要
随着近红外光谱分析技术的快速发展,特别是微型化近红外光谱仪显现的独特优势,使微型化近红外光谱仪成为近年来世界各国研究的又一个热点。本论文针对食品有效成份定量、无损、快速、现场在线检测的需求,在重庆市科技攻关项目的资助下,进行微型近红外光谱仪系统的研究,应用背景迫切,具有重要的科学意义和实际应用价值。论文在本中心前期研究紫外—可见微型光谱仪成果的基础上,根据攻关项目要求,进行了微型近红外光谱仪光学系统的理论分析与模拟,提出了基于平场全息凹面光栅为核心的微型近红外光谱仪方案;进行了微型近红外光谱仪系统的设计、加工、装调、标定和一体化集成等关键技术研究,成功地研制出接近实用要求的微型近红外光谱仪样机;通过了重庆市计量质量检测研究院的测试,波长范围为850-1700nm、分辨率小于10nm,性能接近国外同类产品水平;同时,完成了对食品有效成份定量分析应用实验。论文主要研究工作是:①在分析近红外光谱仪国内外研究现状的基础上,针对具体应用方向,结合本中心前期研究紫外—可见微型光谱仪成果,制定了微型近红外光谱仪研究的总体方案;②研究了光学系统结构微型化的相关理论与方法,提出了基于平场全息凹面光栅为核心的分光光学系统;采用光学设计软件CODE V设计出了用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅,实现了光学系统的微型化、高效率、小像差,并解决了宽光谱、窄谱面展宽的矛盾;③研究了系统一体化集成和装调等关键技术,完成了微型近红外光谱仪集成化结构设计和专用装调夹具的设计,解决了微型近红外光谱仪的系统装调、标定、检测等关键技术问题,讨论了光谱仪稳定性、可靠性、重复性等问题。④研制出了微型近红外光谱仪样机,并通过了重庆市计量质量检测研究院的第三方测试,结果表明:研制的样机波长范围为850-1700nm,分辨率小于10nm,性能接近国外同类产品水平。⑤研究了基于微型近红外光谱仪系统的定量分析技术,进行了葡萄糖水溶液和乙醇水溶液定量分析实验,建立了相应的定量分析模型,模型的相关系数高达0.98以上,并在此模型基础上成功进行了浓度预测。