一、在線光譜技術(shù)及其產(chǎn)品介紹
    光譜技術(shù)正在經(jīng)歷一場革命，從實驗室走向現(xiàn)場（生產(chǎn)線，實驗場和自然環(huán)境）。以往絕大部分光譜儀器都局限于實驗室內(nèi)，將采來的樣品經(jīng)過切割、粉碎、壓片、研磨、溶解、稀釋、萃取或化學(xué)反應(yīng)等處理手段后放在儀器的固定樣品室內(nèi)進(jìn)行測量分析。由于這些光譜儀器龐大笨重，很難到現(xiàn)場去工作。但是每個工業(yè)部門都面臨不斷改進(jìn)質(zhì)量的要求，這主要表現(xiàn)在以離線計量為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)質(zhì)量保證體系正在向以在線或現(xiàn)場傳感器為基礎(chǔ)的過程控制新質(zhì)量保證體系轉(zhuǎn)移。在流程工業(yè)的過程控制中，目前能在線測量與控制的變量僅限于溫度、壓力和流量等，而對過程中化學(xué)成分和許多物性變量仍不能進(jìn)行有效的連續(xù)測量，而這些特殊變量卻是表征生產(chǎn)狀況的重要甚至是決定性的指標(biāo)參數(shù)，因而嚴(yán)重影響了工業(yè)產(chǎn)品成品的產(chǎn)率和質(zhì)量的及時監(jiān)測；在環(huán)境監(jiān)測中，反映環(huán)境變化的關(guān)鍵性變量的連續(xù)測量也是很困難的。
    因此，在線光譜技術(shù)應(yīng)運而生，它正是在線或現(xiàn)場狀況下基于分子水平基礎(chǔ)上的微觀物理量和微觀化學(xué)量的光譜傳感技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于化工、制藥、輕工和半導(dǎo)體等工業(yè)部門的過程監(jiān)測，化學(xué)分析，色度和照度控制，環(huán)境保護(hù)，生物和醫(yī)學(xué)研究，農(nóng)業(yè)和林業(yè)，海洋和礦業(yè)，防偽和安全保證系統(tǒng)以及軍事部門等等。
    在線光譜技術(shù)是一項新興的技術(shù)。因為它的應(yīng)用對象和條件與傳統(tǒng)光譜技術(shù)不同，也就決定了它具有自己的技術(shù)特征：針對性、協(xié)調(diào)性和綜合性。針對不同的分析對象、條件和要求就需要選擇諸如吸收、反射、熒光、拉曼等光譜方法中適用的光譜手段、相應(yīng)的采樣方式和技術(shù)指標(biāo)適中的元件設(shè)備。在線光譜測量必須與生產(chǎn)流程相協(xié)調(diào)，不干擾生產(chǎn)流程正常進(jìn)行，實現(xiàn)生產(chǎn)、測量、控制與優(yōu)化相融合，形成一個有機的整體，即智能型生產(chǎn)，對于實驗場和自然環(huán)境也有類似的非破壞性測量的要求。由于現(xiàn)場條件的多樣性，測量對象的復(fù)雜性，過程的進(jìn)行性，這就需要綜合運用多項高新技術(shù)靈活解決各種實際問題。
    傳統(tǒng)光譜技術(shù)是以光譜儀為中心考慮問題、解決問題的技術(shù)。在線光譜技術(shù)則完全相反，是完全以被測樣品為中心考慮問題、解決問題的技術(shù)。由此，帶來了在線光譜儀器設(shè)備設(shè)計開發(fā)的革命性變化：
    1．采用柔性光纖采光技術(shù)，以適應(yīng)被測樣品的復(fù)雜形狀和位置；
    2．采用小型化全固定件光學(xué)設(shè)計，以適應(yīng)高震動、狹窄空間等復(fù)雜的工況環(huán)境檢測的需要；
    3．采用低能耗便攜技術(shù)，以適應(yīng)戶外（野外）環(huán)境檢測的需要；
    4．采用遙控光電傳感技術(shù)，以適應(yīng)腐蝕、污染、有毒等惡劣環(huán)境檢測的需要；
    5．采用新型的傳感器－多道電荷耦合光電器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的高速化。
    因此，在線光譜技術(shù)是一項綜合性高技術(shù)。
    在線光譜技術(shù)包括：系列在線光譜儀設(shè)計與制造技術(shù)，采樣與樣品預(yù)處理技術(shù)，光譜分析軟件和模型數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)。
    在線光譜儀主要技術(shù)指標(biāo)：
    ·波長范圍：200nm-1000nm（可擴展至3400nm）
    ·光譜儀焦距長度：42，65，100，133，150，220，300mm任選
    ·光譜分辨率：0.5-5nm（因設(shè)計方案而異）
    ·光源：可提供各種用于吸收、反射、熒光和拉曼等光譜測量適用的光源
    ·探頭：備有適應(yīng)不同光譜方法的采樣頭，任選
    ·多模光纖：芯徑50，100，200，400μm，可互換（包括集束光纖），長度可大于100米
    ·CCD檢測器動態(tài)范圍：3000 : 1 — 20000 : 1任選
    ·CCD檢測器積分時間：10ms-100s
    ·輸出：輸出已數(shù)字化，可與各種協(xié)議總線掛接，或經(jīng)串口直接接入計算機
    ·譜儀控制：譜儀控制全部智能化，接口協(xié)議公開，提供開發(fā)軟件包，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。
    ·軟件：Windows 95平臺實時采樣、繪圖和分析軟件包（自有知識產(chǎn)權(quán)），還可另外提供非線性回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光譜數(shù)據(jù)處理軟件包（上圖為化學(xué)流程成份實時測試軟件界面）。
    二、產(chǎn)品及其市場應(yīng)用
    在線光譜儀系統(tǒng)（包括各種二次開發(fā)的檢測儀器）應(yīng)用廣泛，幾乎可以囊括全部的國民經(jīng)濟領(lǐng)域，下面分具體領(lǐng)域舉例介紹：
    1、石油勘探、石油化工：
    例一：某石油化工廠，應(yīng)用小型快速化學(xué)反應(yīng)光譜檢測儀現(xiàn)場檢測聚醚多元醇(高聚物)試驗流程（產(chǎn)品試制）中的化學(xué)成分變化情況，用以篩選最佳的控制參數(shù)，現(xiàn)已實現(xiàn)聚醚多元醇的伯仲羥基比值測定，提高了產(chǎn)品的成品率。
    例二：某油田地質(zhì)錄井公司在石油鉆井工程中需要快速原位（現(xiàn)場）監(jiān)測鉆井循環(huán)泥漿、巖屑的紫外受激熒光特點，以及時發(fā)現(xiàn)地下含油層或指導(dǎo)鉆井工作進(jìn)程，經(jīng)濟意義巨大。
    例三：油田采油作業(yè)區(qū)的井口采油集輸站需要在線監(jiān)測井下原油采出液的含水量、含油量、含氣量、多種離子含量等參數(shù)，用來判斷井下油層參數(shù)，以及時調(diào)整休井時間和井下注水量，如延誤監(jiān)測造成油井地質(zhì)報廢，經(jīng)濟損失難以估量（1個集輸站通常控制數(shù)十口油井，單口油井經(jīng)濟價值在數(shù)百萬至數(shù)億元）。
    例四：某天然氣化工企業(yè)從成份復(fù)雜的液化氣中提純特殊結(jié)構(gòu)的六碳烴以生產(chǎn)榨油（大豆油）工業(yè)所需的豆粕油，但是產(chǎn)品的純度監(jiān)測在生產(chǎn)流程中難以靠傳統(tǒng)的廠內(nèi)品管室用離線的取樣化驗方法完成，急需可靠的在線監(jiān)測方法。
    例五：汽油的辛烷值是表征汽油品質(zhì)的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)測試方法是用內(nèi)燃機進(jìn)行點火測試（馬達(dá)法），費時（數(shù)小時/樣品）費物（需要樣品較多），而利用在線光譜技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫后，測試工作瞬間完成，而且需要樣品很少（幾毫升），測試結(jié)果既經(jīng)濟又快速準(zhǔn)確。
    2、資源調(diào)查、礦業(yè)、冶金：
    例一：野外地質(zhì)隊在礦產(chǎn)勘察工作中發(fā)現(xiàn)了可能有價值的礦點時，目前只能采集礦物標(biāo)本回到基地后在進(jìn)行詳細(xì)精確的測定，野外標(biāo)本的重荷造成地質(zhì)隊員只能采集少量標(biāo)本，不能長途跋涉，影響全面的地質(zhì)考察評價，有了方便的礦物光譜鑒別儀器，問題就解決了。
    例二：礦砂、礦粉是礦產(chǎn)（特別是貴重礦產(chǎn)）交易中的常見商品，在交易現(xiàn)場隨機采樣進(jìn)行礦物品位檢驗是增強買方信心的有效手段。
    例三：地物光譜航拍照片是有別于傳統(tǒng)航拍照片（只有顏色和地形信息，無光譜信息）的新的國土資源調(diào)查新方法，它可以利用光譜信息直接顯示出地物的類別甚至判斷森林火情。
    3、農(nóng)業(yè)：
    例一：農(nóng)作物的種籽質(zhì)量（蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、淀粉、糖分、灰份含量）是關(guān)系到農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的至關(guān)重要的關(guān)鍵，種籽培育、交易過程中的質(zhì)量鑒定是十分必要的。而在線光譜技術(shù)中的近紅外漫反射（漫透射）分光光度法是鑒別種籽質(zhì)量的極佳方法。
    例二：含水量是煙草工業(yè)、飼料工業(yè)、國家糧庫中品質(zhì)檢測的重要內(nèi)容。
    例三：國外已經(jīng)利用色度測試的方法定量測試水果的成熟程度。
    例四：廣西某企業(yè)采用近紅外技術(shù)分析甘蔗糖汁用于指導(dǎo)甘蔗的收購計價。
    例五：水稻硅質(zhì)化作用是影響稻谷（糧食）生產(chǎn)與稻草（飼料）營養(yǎng)品質(zhì)的主要因素之一，對水稻硅化特點的傳統(tǒng)化學(xué)分析費時、耗資、準(zhǔn)確度較低。利用近紅外反射光譜分析技術(shù)具有分析速度快、精度高、結(jié)果穩(wěn)定的優(yōu)點可以對采自不同種植地、不同季節(jié)、不同品種的稻草及稻葉、葉鞘、莖稈樣品進(jìn)行半纖維素、纖維素、木質(zhì)素、可溶及不可溶性硅化物成分的近紅外光譜分析。
    4、無機化工、印染、印刷、輕工 ：
    例一：金屬電鍍廠，電鍍槽內(nèi)的電鍍液的雜質(zhì)成份濃度是影響電鍍質(zhì)量的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)光譜方法沒有辦法及時檢測，而電化學(xué)儀器又不能很好的同時提供多種復(fù)雜成分的濃度。
    例二：某印刷企業(yè)，在大量套色印刷過程中，發(fā)現(xiàn)印刷顏色的漸變問題，但苦于沒有在線監(jiān)測設(shè)備，印刷物次品率高，成本居高不下。
    例三：某膠粘紙帶（卷煙過濾嘴包裝紙）生產(chǎn)企業(yè)，由于儲膠裝置的噴口經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，出現(xiàn)了紙帶上涂膠斷線而不能及時發(fā)現(xiàn)的情況，造成無謂返工，成了生產(chǎn)效率提高最大的障礙。
    例四：某居民小區(qū)供熱中心，為防止管道內(nèi)水垢結(jié)垢現(xiàn)象，需要在循環(huán)水中添加阻垢劑，但是阻垢劑濃度大小又會影響阻垢劑的化學(xué)效果，不同的水溫也對阻垢劑濃度有不同的要求，由于循環(huán)水有循環(huán)損失需要隨時補充并且不同時間的水質(zhì)對阻垢劑的濃度要求不同，阻垢劑的濃度監(jiān)測與控制成為順利供熱的難題。
    5、生物、醫(yī)療、制藥：
    例一：在線光譜技術(shù)可以用透皮光度法檢測人體的血糖濃度、皮膚病變等。
    例二：結(jié)合生物芯片或者生物修飾光探頭技術(shù)，在線光譜技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地進(jìn)行  微量病毒（細(xì)菌）樣本檢測。
    例三：某化妝品企業(yè)應(yīng)用在線光譜技術(shù)控制產(chǎn)品質(zhì)量。
    例四：某中藥制藥企業(yè)應(yīng)用在線光譜技術(shù)建立中藥指紋圖譜，研制中藥丸劑。
    6、釀造、食品：
    例一：醬油、食醋、啤酒、白酒、果酒的質(zhì)量與在釀造流程中各種工藝參數(shù)的精確控制是離不開的，它的色度、成份都是十分重要的質(zhì)量指標(biāo)，而最終的產(chǎn)品抽檢只是“馬后炮”工程，不能解決在釀造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，所以在線監(jiān)測的需要是十分迫切的。
    例二：某大型原料藥企業(yè)在青霉素的生產(chǎn)中，出現(xiàn)了釀造罐中產(chǎn)品成分隨機變化、不穩(wěn)定的情況，在得知這些參數(shù)后可以通過控制溫度、投料比等方法改善流程狀況，并可以完善工藝控制技術(shù)。
    例三：目前市場上存在某些食品類的商品之釀造和配制之爭，例如配制醬油中由于生產(chǎn)工藝的限制不可避免地存在苯丙醇（有劇毒性）成份，利用工業(yè)酒精配制的酒類含有超標(biāo)的甲醇（有劇毒性）成份，食品衛(wèi)生執(zhí)法機關(guān)需要有方便可靠的現(xiàn)場檢驗方法。
    7、建材：
    例一：某大型玻化石瓷磚生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品燒結(jié)面（瓷磚正面）的色度、光澤度分級工作一直是靠人工（有多年經(jīng)驗的工人）肉眼鑒別完成的，由于存在著人工的主觀不確定性和受連續(xù)工作勞累判斷力下降以及不同工人的判斷標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一的情況，在某形象工程中出現(xiàn)了工作失誤被建筑商索賠數(shù)十萬元的事故，故決心在全部生產(chǎn)線上采用在線檢測儀器。
    例二：某彩鋼板生產(chǎn)企業(yè)，需要在線檢測烤漆顏色的儀器設(shè)備，以防止?fàn)t溫過高出現(xiàn)殘次品并可以有效節(jié)省燃料費用。
    例三：某鈦白粉（生產(chǎn)油漆的重要原材料）生產(chǎn)企業(yè)，采用在線喇曼光譜技術(shù)在線監(jiān)測金紅石（TiO2,俗稱鈦白粉）晶體的同分異構(gòu)現(xiàn)象，控制生產(chǎn)質(zhì)量。
    8、環(huán)境監(jiān)測：
    例一：海洋、河流、湖泊等水體經(jīng)常受到突發(fā)的污染事故，對國民經(jīng)濟生活產(chǎn)生了負(fù)面影響，在線光譜技術(shù)可以全天候地監(jiān)測水體質(zhì)量，及時鑒別和控制污染源，將負(fù)面影響減小到最小程度。
    例二：汽車尾氣、工業(yè)廢氣成為城市大氣污染的最大來源，成為市民某些城市病的頭號致病因素，定期公布的城市空氣質(zhì)量指標(biāo)也成為影響城市旅游經(jīng)濟的指揮棒，在線光譜技術(shù)的應(yīng)用可以為城市建設(shè)決策機構(gòu)提供隨時的數(shù)據(jù)旁證。
    例三：土地鹽堿化和酸化是國土資源狀況惡化的重要表現(xiàn)，它分別與過量地使用化肥以及不合理垃圾填埋有關(guān)，對板結(jié)的土地進(jìn)行成分檢測是治理土地鹽堿化和制訂合理的垃圾處理方法所需要的。
    9、軍事、安全、防偽：
    例一：偽裝材料的應(yīng)用在軍事設(shè)施建設(shè)中的重要性日益突出，它的主要特點主要是利用了可見區(qū)色差、光反射率差，利用
    例二：海關(guān)、稅務(wù)管理機關(guān)在檢查各種票據(jù)時，對于發(fā)生涂改、篡寫的現(xiàn)象用肉眼難以分辨，而用在線光譜技術(shù)可以準(zhǔn)確顯示筆跡成分的不同。
    10、光電子產(chǎn)業(yè)
    例一：某玻璃鍍膜企業(yè)需要在線監(jiān)測膜厚度，而傳統(tǒng)的光譜儀不可能移到生產(chǎn)線上來對原樣產(chǎn)品進(jìn)行檢測工作。
    例二：某新型光源顯示器件企業(yè)在生產(chǎn)中需要對LED大屏幕的各種光電參數(shù)進(jìn)行品質(zhì)檢測，以確定產(chǎn)品的品質(zhì)等級率，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整生產(chǎn)工藝。
    例三：某閃光燈生產(chǎn)企業(yè)采用在線光譜技術(shù)監(jiān)測閃光管的光電特性、時間特性，有效提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
    11、科學(xué)研究（共同特點：被測物不可能被進(jìn)行加工成傳統(tǒng)樣品）
    例一：某大學(xué)應(yīng)用在線光譜技術(shù)進(jìn)行等離子體發(fā)光光譜特征研究。
    例二：某大學(xué)應(yīng)用在線光譜技術(shù)進(jìn)行流動注射化學(xué)分析研究。
    例三：某海洋研究所應(yīng)用在線光譜技術(shù)進(jìn)行海洋有機污染航空巡測研究。
    例四：某農(nóng)研院應(yīng)用在線光譜技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物在最佳光合作用情況下受光的光譜特性研究。
    例五：某考古單位應(yīng)用在線光譜技術(shù)對出土文物進(jìn)行光譜方法研究。
    例六：某冶金研究所應(yīng)用在線光譜技術(shù)監(jiān)測金屬焊點成分結(jié)構(gòu)。