便攜式紅外光譜儀：從實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)場(chǎng)的快速成分鑒別工具
更新時(shí)間：2026-01-26 點(diǎn)擊次數(shù)：69
一、從臺(tái)式到便攜：紅外光譜儀走向現(xiàn)場(chǎng)
傳統(tǒng)FTIR多在實(shí)驗(yàn)室中使用，對(duì)樣品制備和環(huán)境要求較高。隨著光學(xué)與電子技術(shù)進(jìn)步，便攜式/手持式紅外光譜儀逐步成熟，具備體積小、重量輕、電池供電、防震防塵等特點(diǎn)，可將實(shí)驗(yàn)室級(jí)光譜能力帶到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)、安檢卡口等復(fù)雜環(huán)境中。這些設(shè)備通常采用ATR附件（如金剛石、ZnSe晶體），只需將樣品輕壓在晶體表面即可測(cè)量，配合內(nèi)置譜庫(kù)和算法，實(shí)現(xiàn)幾秒鐘內(nèi)成分定性或定量分析。
二、典型結(jié)構(gòu)與工作原理
便攜式紅外光譜儀通常包含：
光源：小型紅外光源（如微型硅碳棒、陶瓷光源），功耗適中，壽命較長(zhǎng)。
干涉儀：緊湊型邁克爾遜干涉儀，采用小型化動(dòng)鏡和高精度位置反饋，保證干涉圖質(zhì)量。
ATR探頭：以金剛石或ZnSe晶體為核心的ATR模塊，可承受較大壓力和惡劣環(huán)境，適用于固體、液體和膏體直接測(cè)量。
檢測(cè)器：小型化熱釋電或DTGS檢測(cè)器，配合低噪聲放大電路，兼顧靈敏度與功耗。
數(shù)據(jù)處理與顯示：嵌入式處理器+觸摸屏，內(nèi)置操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)光譜采集、預(yù)處理、譜庫(kù)匹配和結(jié)果展示；支持無(wú)線傳輸、藍(lán)牙和云端存儲(chǔ)。
電源與防護(hù)：可更換鋰電池，支持?jǐn)?shù)小時(shí)連續(xù)工作；外殼達(dá)到工業(yè)級(jí)防塵防水（如IP54），適應(yīng)野外與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
三、主要性能指標(biāo)（常見(jiàn)范圍）
波數(shù)范圍：通常覆蓋中紅外4000–650 cm?¹，部分可擴(kuò)展至近紅外區(qū)域。
分辨率：通常4–8 cm?¹，滿足大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)定性鑒別需求。
信噪比：在短掃描時(shí)間（幾秒）內(nèi)即可獲得較高信噪比，適合快速篩查。
測(cè)量時(shí)間：?jiǎn)未螔呙枰话?–10秒，包含自動(dòng)平均處理。
譜庫(kù)容量：許多手持式紅外內(nèi)置數(shù)千至上萬(wàn)條譜庫(kù)，并可自建和更新。
四、應(yīng)用場(chǎng)景
安防與公共安全
部分便攜式紅外專(zhuān)為“毒理化”場(chǎng)景設(shè)計(jì)，內(nèi)置大量爆炸物、危險(xiǎn)化學(xué)品的紅外譜庫(kù)，可通過(guò)ATR探頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)殘留粉末、液體進(jìn)行快速鑒定，幾秒內(nèi)給出結(jié)果并支持聲光報(bào)警。與安檢人員手持擦拭取樣配合，可提升檢查效率，減少對(duì)公眾通行的影響。
工業(yè)與原料鑒別
在石化、化工、制藥等行業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)快速鑒別原料桶中的化學(xué)品、驗(yàn)證中間體和成品是否合規(guī)、檢查是否用錯(cuò)溶劑或輔料等；對(duì)于塑料回收行業(yè)，可快速識(shí)別塑料種類(lèi)（PE、PP、PVC、PET等），輔助分揀。
環(huán)境監(jiān)測(cè)與應(yīng)急
用于突發(fā)化學(xué)品泄漏事故的現(xiàn)場(chǎng)物質(zhì)鑒別，快速判斷未知液體或固體的化學(xué)類(lèi)別，指導(dǎo)應(yīng)急處置和防護(hù)措施選擇；也可在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)疑似油污樣品進(jìn)行初步篩查，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)室精確分析提供信息。
食品與農(nóng)產(chǎn)品
便攜式近紅外（NIR）光譜儀在快速檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品水分、蛋白、脂肪、糖分等方面已有大量應(yīng)用，而部分中紅外便攜設(shè)備可用于乳制品、油脂、蜂蜜等成分現(xiàn)場(chǎng)鑒別，快速發(fā)現(xiàn)摻假或品質(zhì)異常。
文物與藝術(shù)品
通過(guò)無(wú)損紅外光譜分析顏料、膠結(jié)材料、老化產(chǎn)物，為文物修復(fù)、保護(hù)和研究提供分子層面信息；便攜設(shè)備可直接在現(xiàn)場(chǎng)或庫(kù)房對(duì)大型文物進(jìn)行原位檢測(cè)。
五、優(yōu)勢(shì)與局限
優(yōu)勢(shì)：
現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)決策：無(wú)需將樣品送回實(shí)驗(yàn)室，數(shù)秒出結(jié)果，顯著提升響應(yīng)速度。
非破壞性測(cè)量：ATR測(cè)量對(duì)樣品基本無(wú)損，適合珍貴樣品和現(xiàn)場(chǎng)快速篩查。
操作簡(jiǎn)單：界面直觀，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)即可上手，部分設(shè)備支持“傻瓜式”一鍵測(cè)量。
數(shù)據(jù)可追溯：內(nèi)置存儲(chǔ)和導(dǎo)出功能，與LIMS或云端系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，便于形成電子記錄。
局限：
分辨率和信噪比通常不及實(shí)驗(yàn)室級(jí)臺(tái)式FTIR，對(duì)復(fù)雜混合物的精細(xì)解析能力有限。
ATR取樣深度有限（幾微米），對(duì)非均勻樣品需要多點(diǎn)測(cè)量或制樣。
受環(huán)境溫度和振動(dòng)影響較大，環(huán)境需配防護(hù)附件。
六、選型與使用建議
明確應(yīng)用場(chǎng)景：是以定性鑒別為主，還是需要一定定量能力；是否需要防爆、防水、防塵等特殊防護(hù)。
考察譜庫(kù)與算法：確認(rèn)是否覆蓋目標(biāo)物質(zhì)類(lèi)別，譜庫(kù)更新服務(wù)是否完善。
關(guān)注人機(jī)工程：重量、握持方式、屏幕可視性、電池續(xù)航和充電方式等，都會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)使用的體驗(yàn)。
評(píng)估校準(zhǔn)與維護(hù)：確認(rèn)儀器是否支持內(nèi)置波長(zhǎng)/強(qiáng)度校準(zhǔn)，是否易于更換ATR晶體和維護(hù)光路。
便攜式紅外光譜儀把實(shí)驗(yàn)室里的“分子指紋”能力帶到了現(xiàn)場(chǎng)和一線，是連接精密實(shí)驗(yàn)室分析與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的橋梁。隨著現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)需求的增加，這類(lèi)設(shè)備將在環(huán)境應(yīng)急、公共安全、工業(yè)質(zhì)控和文化遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。
