用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制（精选7篇）

篇1：用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

采用红外光谱(FT-IR)技术分析了以Sm2O3和ZrO2为原料,固相反应制备Sm2Zr2O7的形成机制.结果表明:Sm2O3中的Sm3+逐渐向ZrO2晶格中扩散并取代Zr4+的位置形成萤石结构的`ZrO2-Sm2O3固溶体,由于二者化合价的差别为保持晶格结构局部的电中性而引入了氧空位,氧空位的引入加快了ZrO2与Sm2O3固溶过程;随着温度的升高,已形成ZrO2-Sm2O3固溶体转变为焦绿石结构的Sm2Zr2O7,并在1500℃以后形成Sm2Zr2O7晶体,整个过程没有其它中间相出现.

作 者：胡仁喜 张红松 陈晓鸽 魏媛 HU Ren-xi ZHANG Hong-song CHEN Xiao-ge WEI Yuan 作者单位：胡仁喜,HU Ren-xi(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京,100081)

张红松,陈晓鸽,ZHANG Hong-song,CHEN Xiao-ge(河南纺织高等专科学校,机电工程系,河南郑州,450007)

魏媛,WEI Yuan(河南纺织高等专科学校,化学工程系,河南郑州,450007)

刊 名：机械工程材料 ISTIC PKU英文刊名：MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERING年，卷(期)：32(3)分类号：O655关键词：Sm2Zr2O7 红外光谱 固溶体 氧空位

篇2：用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

在燃气轮发动机中,由于发动机叶片直接接触高温的燃气,发动机叶片的防护一直都是一个十分重要的问题。自从1960年热障涂层用于保护发动机叶片以来,热障涂层技术在航空发动机的发展中一直占有十分重要的位置[1,2]。在现役的热障涂层中,其表面陶瓷层材料使用的几乎都是Y2O3部分稳定的ZrO2(简称YSZ),该类材料最主要的优点是较高的热膨胀系数和较低的热导率[3]。然而,随着发动机向高性能、高效率、低辐射方向的发展,发动机部件的表面将进一步升高(»1600℃[4])。在这样高的温度下,YSZ陶瓷由于高温下易烧结、相稳定性差、热导率偏高等问题而难以满足发动机进一步发展的需要[3]。目前解决该问题的最好办法就是在采用合适冷却技术和高温合金的基础上寻找一种新的陶瓷材料以替代现役的YSZ陶瓷[1]。在已经研究或正在研究的热障涂层陶瓷材料中,化学式为A2Zr2O7的稀土锆酸盐由于具有比YSZ还要低的热导率、较高的热膨胀系数和良好的高温相稳定性能,而被认为是最有可能代替YSZ用于新型热障涂层的陶瓷材料[1,2,3,4,5,6]。但目前研究的重点主要集中于该类材料的热物理性能,如Gd2Zr2O7、La2Zr2O7、Dy2Zr2O7、Nd2Zr2O7等稀土锆酸盐的热导率已有报道[6,7],但对A2Zr2O7稀土锆酸盐制备过程中的离子扩散研究甚少,本文以固相法制备Sm2Zr2O7为研究对象,用红外光谱和X射线衍射两种分析方法对固相反应制备Sm2Zr2O7陶瓷过程中阳离子的扩散先后顺序进行了研究。

1 实验材料与方法

按照摩尔比2∶1称取ZrO2粉末(纯度≥99.9%)和Sm2O3(纯度≥99.9%),放入聚四氟乙烯球磨罐中,以玛瑙球为球磨介质,无水乙醇为湿混剂,在BMP-1SP2行星式球磨机上湿混6小时,用旋转蒸发仪蒸干后放入烘箱中于120℃下干燥24小时,研磨并过200目筛子后备用。

采用干压成型法将ZrO2/Sm2O3粉末于100MPa压力下压制成Φ20mm×2mm的圆片,将圆片试样放入Nabertherm高温烧结炉中,在室温及800℃～1600℃的温度范围内每隔100℃保温2小时,然后随炉冷却。试样热处理后与石蜡油一起研磨后,在Nicolet MagnaIR 750傅立叶变换红外光谱仪上进行光谱分析,其中波数范围为650-50cm-1,分辨率为8cm-1,分束器为DTGS/Polyethylene,检测器为Solid Substrate。利用荷兰PANalytical公司生产的X’Pert PROMPD型X射线衍射仪分析ZrO2/Sm2O3混合粉末及热处理后圆形试样的相成分,试验条件为:Cu靶,Kα,Ni滤波片,管电压40Kv,管电流40mA,狭缝尺寸DS=0.957°,PSD=2.12,扫描速度为4°/min。

2 结果与讨论

图1是不同温度下试样的远红外图谱,20℃为Sm2O3和ZrO2机械混合粉末的红外图谱,其中183cm-1、306cm-1、414cm-1、500cm-1、530cm-1和580cm-1为ZrO2的特征波数[8,9],80cm-1、104cm-1、142cm-1、235cm-、270cm-1和352cm-1是Sm2O3的特征波数[10]。由图1可知,试样经过800℃和900℃热处理之后,其红外图谱与原始粉末相比并没有发生变化,说明900℃之前Sm2O3与ZrO2并没有发生反应,试样仍为Sm2O3与ZrO2的机械混合物。1000℃时,不但Sm2O3与ZrO2特征峰的强度与900℃降低,而且ZrO2306cm-1处的特征峰消失(图中“★”所指),306cm-1是Zr-O的非对称伸缩振动,该处振动波数的消失说明此处对应的Zr-O键发生的变化,也即ZrO2的晶体结构已发生了变化,表明Sm2O3与ZrO2已固溶。由于试样仅含有Sm2O3和ZrO2两种化合物,Zr-O非对称伸缩振动的消失必然是Sm2O3中的Sm3+先进入ZrO2的晶体结构引起的。1000℃以后随着温度的升高,Sm2O3的235cm-1、270cm-1和352cm-1处对应峰的强度逐渐降低,同时Zr O2414cm-1、501cm-1、530cm-1和580cm-1对应的峰强也逐渐降低,而ZrO2414cm-1左右两侧的曲线逐渐抬起,到1300℃时ZrO2414cm-1处的峰完全消失,说明在1000℃以后Sm2O3与ZrO2的固溶量逐渐增大。1200℃时在波数为430cm-1和530cm-1处出现两个宽化峰,其中波数530cm-1处的峰对应Zr-O键的伸缩振动,430cm-1处的峰对应Sm-O’键的伸缩振动,240cm-1处的峰对应O-Zr-O的弯曲振动[11,12]。430cm-1特征峰的出现说明固溶体中引入了氧空位O’,说明Sm2O3中的Sm3+进入ZrO2的晶格并取代了Zr4+的位置,二者由于化合价的差别且为满足晶格局部电中性的需要而产生了氧空位,氧空位的引入反过来又会使Sm3+的扩散,也即加速了Sm2O3与ZrO2的固溶过程。这是ZrO2基固溶体形成的主要机制[10,11,12],该固溶机制可以用式(1)表示如下:

为进一步证明红外光谱分析的结果,对不同温度下试样的相成分进行了XRD分析,图2是试样在不同温度下的XRD图谱。由图可知,800℃～900℃试样的相成分与20℃相比没有任何差别,说明900℃以前试样中Sm2O3和ZrO2并没有发生固溶。在1000℃时,比较1000℃与900℃时试样的XRD图谱可以看出,1000℃时在2θ≈30°处的衍射峰明显发生了变化(如图2中符号“▲”所指),这表明1000℃时试样中已有新相形成,也即是Sm2O3与ZrO2发生了固溶反应,不然试样的XRD图谱不会发生变化。而且随着温度的升高,新相的衍射峰逐渐增多(如图2中符号“↓”所指),说明Sm2O3与ZrO2的固溶反应程度加大,这与红外光谱分析的结果一致。为进一步分析Sm2O3与ZrO2固溶反应中金属阳离子的扩散的先后顺序,将图2中2θ在46°-52.5°之间的XRD图谱放大显示,结果如图3所示。之所以选择试样在46°-52.5°之间的XRD图谱主要是因为在图1中,试样在1100℃时在50°衍射角附近出现了ZrO2-Sm2O3固溶体的衍射峰,而且在50°附近的衍射峰也比较多,容易同时将ZrO2和Sm2O3的衍射峰包含在内,有利于进一步了解二者的固溶过程。

在图3所示的试样XRD图谱中,与ZrO2和Sm2O3的标准PDF卡片对比发现,原始试样在46°-52.5°之间的四个衍射峰中,除2θ=49.317°是ZrO2的衍射峰外,其余三个均为Sm2O3的衍射峰。由图3可以看出,从室温至900℃范围内,ZrO2与Sm2O3的衍射峰的位置没有发生变化,但在1000℃时2θ=49.317°处的ZrO2衍射峰明显向左发生偏移(如图3中符号“◆”所指),而Sm2O3的衍射峰位置则没有发生变化。由于1000℃时ZrO2与Sm2O3已经发生了固溶反应,而且原始试样仅包括ZrO2和Sm2O3两种氧化物,ZrO2衍射峰的偏移说明其晶格结构必然发生了变化,此时最可能的解释是Sm3+进入了ZrO2晶格,由于Sm3+的半径(1.08)大于Zr4+的半径(0.84),大半径离子的溶入必然增大ZrO2晶格的晶面间距,根据布拉格方程[13],晶面间距的增加必然使衍射角减小,从而使得ZrO2衍射峰向低角度方向偏移。Sm2O3衍射峰的位置没有发生变化,说明Zr4+尚未扩散,要不然Sm2O3衍射峰也必然发生偏移。因此,从试样的XRD分析可知,在以Sm2O3和ZrO2为原料,固相反应制备Sm2Zr2O7的过程中,Sm2O3中的Sm3+先于ZrO2中的Zr4+发生了扩散迁移,这与红外光谱分析结果完全一致。而且在图2中可以看出,从1300℃以后,试样中Sm2Zr2O7的衍射峰变得越来越明显,1500℃时试样已经完全由纯净的焦绿石结构的Sm2Zr2O7陶瓷组成。在焦绿石结构的A2Zr2O7型陶瓷的晶体结构中,处于8b位置的氧空位O’与四个A位离子相邻[14]。在Sm2Zr2O7晶体结构中即是存在Sm-O’键,其原因同样是Sm2O3中的Sm3+进入ZrO2晶格并占据Zr4+位置,二者由于化合价的差别,为满足晶格局部电中性的要求而在Sm3+的临近位置引入氧空位。

3 结论

在固相法制备Sm2Zr2O7的过程中,在900℃～1000℃之间,Sm2O3与ZrO2发生固溶反应,Sm3+率先进入ZrO2晶格并取代Zr4+的位置,二者由于化合价的差别,为满足晶格局部电中性要求而引入了氧空位,红外光谱分析与XRD实验结果一致。

摘要：采用红外光谱技术(IR)和X射线分析(XRD)两种方法研究了固相反应法制备Sm2Zr2O7陶瓷材料过程中的阳离子扩散先后顺序。结果表明:在900℃～1000℃之间,Sm2O3与ZrO2开始发生固溶反应,Sm3+首先进入ZrO2晶格并取代Zr4+的位置,二者由于化合价存在差别,为满足晶格局部电中性的要求而引入了氧空位,两种方法分析结果完全一致。

篇3：用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

近红外光谱分析技术

内涵。近红外光谱形成的检测光是处于可见光与中红外线光间的一种电磁波。其波长范围通常情况下处于七百五十毫米到两千六百毫米间。在有机物区域范围之内，近红外光谱通常吸收的都是含有氢的基团倍频和合频，举例来说，包括NH、OH、SH以及CH等。含氢的基团是全部有机物中不可获取的，所以，在近红外光谱之中均可以发现有关的信号，同时谱图显示十分的稳定，也较易获得光谱。

近红外光谱可以定性、定量分析食品样品。通过对红外光谱与有机化合物的官能团或者是其结构之间的关系可以定性分析有机化合物。同时以郎伯-比尔定律作为分析前提，近红外光谱的特征波长有诸多，所以，可以利用近红外光谱对液体、气体、固体进行定量分析。

特点。（1）样品制作工序简便。只需要将样品加以粉碎即可。不需要提前利用化学试剂处理样品。亦或是样品制备工序也可省略。由此就降低了对样品的伤害，在完成检测之后，样品还能够用于其他工作中。其一方面减少了检测费用的支出，另一方面也在一定程度上防止破坏环境。（2）传输性能优良。在光导纤维中，近红外光的传输性能较为优良，所以其可以满足在线检测生产工艺流程的关键质量控制点。（3）无损检测方法。由上述可知，近红外光谱分析技术不会损害样品，所以其也称之为无损检测技术，特别是在检测一些活体的时候，其具有显著的优越性。（4）分析速度较快。近红外光谱分析技术不需预习处理样品，通常在一分钟以内即可完成样品测量工作。所以近红外光谱分析技术分析速度较快，分析效率较高，特别是可以在同一时间内检测样品的多个组分性质。（5）分析成本比较低廉。近红外光谱分析技术在对样品分析的时候只需要数10W电能，能量耗费较小，维护保养成本低廉。（6）有助于保护环境。在使用该技术的过程中，不会污染、破坏环境，所以其可以说是一种绿色环保的检测手段。

近红外光谱分析技术在食品中的应用

在果蔬中的分析应用。在果蔬中通常都含有大量的Vc和可溶性较高的固形物。这些物质均可以利用近红外光谱加以检测分析。评价水果营养标准的重要指标之一就是Vc，水果种植方式及类型都会影响到Vc的含量。在运输和储存果蔬的时候，很容易导致其Vc含量被破坏，因此，在检测果蔬的过程中，利用近红外光谱技术对其进行检测，其选择的波长通常处于七百毫米到一千二百毫米间，经过对其的三次检测，分析其存在的误差，之后选择误差最小的检测结果。而在检测果蔬中的可溶性固形物时，其选择的波长通常处于八百五十毫米到一千一百毫米之间，分析其标准差、相关系数等指标。

在肉制品中的分析应用。在肉制品中，近红外光谱分析技术通常是检测并评价鱼肉制品、羊肉、牛肉以及猪肉的质量与安全。王锡昌等人通过建立PLS校正模型，对鱼肉中的蛋白质与水分进行了预测，其R值分别是0.96及0.98。孙淑敏等人利用主成分分析结合线性判别对五大地区的羊肉进行了检测与区分，其综合正确率达到百分之九十以上。在分析禽蛋等食品中，吴建虎等人通过应用近红外光谱分析技术，对鸡蛋中的蛋白质含量进行了预测与分析，其R值为0.89。

在牛奶、牛奶制品中的应用。在奶制品方面，近红外

光谱技术的应用包含两大类：其一是在线检测，即在牛奶、

奶制品生产线上利用光纤探头检测奶制品样品。其二是离

线监测，通常是利用红外反射仪，全反射檢测样品杯中的

样品和试管样品。

通过有效结合光纤技术与近红外光谱分析技术，可以在线检测培育类型不同、饲养区域不同的奶牛牛奶中的乳糖、蛋白质、固形物以及脂肪的含量。王彩云等人通过借助PLS校正模型及近红外透射技术预测了牛奶中的氯霉素残留含，其R值高达0.9893。王右军等人，对掺入了植脂末、乳清粉及水解植物蛋白的牛奶进行了检测，其中预测掺入水解植物蛋白的牛奶的R值为0.969。袁石林等人，利用最小二乘法一支持向量方法及PLS创建了模型，对液体奶中的三聚氰胺的具体含量进行了预测，其R2值为0.9109。王运丽等人通过PLS创建了模型，对红茶中的四类邻苯二甲酸酯的具体含量进行了预测，其R2值是0.9879、0.9895、0.9842及0.9927。陈美丽等人有效结合了化学计量法及近红外光谱分析技术，检测了包括酸酯类、咖啡碱、茶多酚、儿茶素、氨基酸在内的13种品质成分，其R值均为0.7以上。

在酿造食品的具体应用。一般来讲，酿造食品主要有酱油、醋、酒等。这些食品中的还原糖、氮和乙醇等物质均可以利用近红外光谱分析技术加以检测。在常规检测方法中，要在样品中添加少量的化学试剂才能检测。而利用近红外光谱分析技术可以不使用化学试剂进行检测，其可以直接检测酱油中的总氮、总酸；酒中的乙醇含量；醋中的总酸含量与还原糖含量等。

在其它食品检测中的应用。（1）饮料检测。该技术通常是用来检测饮料中的有机酸、酸度、咖啡因、果糖等，同时还可以用来判别真伪。（2）咖啡。通常是检测其中的产地、水分、咖啡因等，同时还包括咖啡的品质。（3）茶叶。利用该技术检测茶叶中的茶多酚、总氮、水分、咖啡碱等含量。（4）面包和饼干。对饼干、面包中的水分、蛋白质、面筋值、脂肪进行检测。（5）食用油。对食用油中的酒精、碘值、葡萄糖、盐、黏度、乳酸、黄色素、酸值等进行检测。（6）转基因食品。对转基因食品中的DNA变化、蛋白质含量等进行检测。

随着科技的发展，我国近红外光谱技术也得到了迅速的发展，由于其无损、便捷、低廉的优点其在食品检测中的应用范围也在不断扩大。通过有效结合近红外光谱分析技术与化学计量技术，其可以对食品的组分含量、真伪、产品类型进行检测。当然，该技术还是有一定局限性与缺陷的，相信随着科技的提高，该技术也将不断的完善，并广泛应用在食品品质检测中。本文重点分析了近红外光谱分析技术在食品检测中的实际应用，以供参考。

篇4：用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

在可见光区与微波区之间, 夹杂着一种波长在0.75-1000μm的电磁波, 这种电磁波便属于红外光。红外光谱在物质的化学组成与结构分析中有着极为广泛的应用, 主要是由于红外光谱在通过物质分子时, 其中某个基团的振动或转动频率与红外光的频率一致, 分子就可以将能量吸收然后迁跃至较高的振动能级, 如果物质分子吸收红外光后发生振动与迁跃, 这一部分波长的光就会被吸收, 就能够较为准确的确定物质的化学组成与结构。在油品分析中, 红外光谱也得到了极为广泛的应用, 其中以中红外光谱技术与近红外光谱技术为最。

一、红外光谱仪实验

1. 仪器基本结构

红外光谱仪主要有迈克尔逊干涉仪、激光管、样品室球面反射镜、样品架、椭圆凹面反射镜、检测器构成, 具体如图1所示。

2. 实验准备

首先需要将电源接通, 然后打开红外光谱仪开关, 使仪器稳定运转30min左右, 再进行实验操作。打开电脑, 在电脑中设置仪器相关参数。

3. 红外光谱图的测试

将盐片红外灯下放入少量滑石粉后滴入微量无水乙醇进行磨光处理, 然后使用无水乙醇将盐片进行清洗, 烘干后备用。在盐片上滴定1滴油液样品, 然后将另外一张盐片平压, 组装成为液池, 保证其中不存在气泡。最后进行扫描。

4. 红外光谱扫描

首先使用近红外光谱技术对油样进行检测, 然后使用中红外光谱技术对油样进行检测。

5. 实验结果

润滑油第一次分析所得图谱与峰数据见表2.润滑油第二次分析所得图谱与峰数据见表3.

6. 结论

公式l=n/ (2* (δ1δ2) ) , 从图2中我们可以发现干涉图中波峰数目n=33, 那么扫描波数范围及其大小为δ1=2000cm-1, δ2=600cm-1, 计算得出l=0.117857mm。

将图2-3中的数据记录, 通过公式CA%=10.32*A1610/l+0.23;CP%=6.9*A720/l+28.38;CN%=100- (CA%+CN%) , 最终得出数据, 见表1.

二、中红外光谱与近红外光谱的本质区别

1. 近红外光谱技术油品分析原理

一般来说, 近红外光谱波长范围在700-2500nm左右, 仅能够测定工艺较为稳定的中控分析, 在油源较为复杂的油样分析方面存在一定的难度。就图谱分析而言, 由于基团的差异性使相同区域内波谱的峰值、峰形与峰位都存在较大的差异。油样主要是由烃类化合物构成, 通过近红外光谱时会出现明显的特征吸收情况。近红外光谱的精确度与灵敏度都较差, 如果油样颜色较深, 透光较为困难, 会加大检测的难度。在分析油样化学组分以及结构的时候, 往往都是通过重叠的吸收峰计算, 根据计算结果推算其相关性数据。近红外光谱硬件设备再现性误差极大, 尤其是在相同机型中, 在数学模型的复制与转移过程中最为严重。究其根本, 还是在于硬件设备上的微小差异经过一系列复杂的计算之后被无限放大, 最终形成较大的误差。在日常工作中, 需要对于每一台设备监理单独的模型样品标定, 才能够实现较为准确的分析。如果采用这样的方式, 就会加大光谱分析工作的难度, 而且无法实现资源信息的共享, 对于系统化的管理与工作效率的提高会造成较大的负面影响。

2. 中红外光谱技术油品分析原理

如果除开样品称量等方面的误差, 可以根据吸光度极限误差值±1%进行考虑。在定性分析方面, 中红外光谱不仅能够鉴定已知物与未知物, 还可以对新化合物的结构进行分析。值得一提的是, 在新化合物结构分析方面, 中红外光谱技术需要与质谱、紫外光谱、核磁共振等多种技术共同分析, 才能够准确的测定新化合物的分子结构, 其中, 中红外光谱扮演着不可或缺的重要角色。红外光谱定量分析是通过吸收峰强度进行, 仅仅需要从物质组分中发现不受到其他干扰影响的吸收峰即可。中红外光谱定量分析的方法主要有两种, 一种为测定光谱带强度, 另一种为测定光谱带面积。除此之外, 还可以采用一种光谱带一阶导数与二阶导数的计算方式, 采用这种计算方式能够准确的测定中红外光谱中出现重叠的光谱带, 还可以测定强峰斜坡上的肩峰, 属于一种极为精确的定量分析方式。

三、中红外光谱技术与近红外光谱技术的性能比较

中红外光谱技术在适用性方面明显强于近红外光谱技术, 近红外光谱技术在油样分析时存在较大的局限性, 只能够检测油源稳定的物质, 针对油源复杂、混合物的分析与检测存在极大的难度。中红外光谱技术不仅能够对油源较为复杂的样品进行分析, 还可以对加油站中混合的油样进行定性的分析, 具有极强的适用性。在误差方面, 近红外光谱技术如果出现了微小的硬件误差, 经过无数次复杂的运算后, 误差将会被无限扩大, 影响了近红外光谱技术的准确性。中红外光谱技术在油样的分析与检测中, 出现误差的概率非常低, 而且还可以适用于多种模型, 具有极高的应用价值。就两种光谱的信息量承载方面来看, 近红外光谱的信息量承载较少, 仅为中红外光谱技术信息量承载的千分之一, 主要是因为大量的信息在倍频的过程中发生了不同程度的衰减与遗失。

结束语

近年来, 红外光谱以其快速、准确、样品需求量少的优势, 在油品分析领域得到了极为广泛的应用。中红外光谱能够在图谱中寻找到物质明显的特征吸收峰, 能够满足油源复杂的油样或混合样品的检测需求, 而近红外光谱仅能够应用于工艺较为稳定的中控分析, 存在一定的局限性。本文就中红外光谱与近红外光谱在油品分析中进行比较, 并做出总结, 以供广大研究人员分析与借鉴。

参考文献

[1]刘多强, 关绍春, 孙建章, 等.中红外光谱和近红外光谱在油品分析中的技术比较[J].石油化工应用, 2010, 06 (25) .

[2]赵升红, 黄毅, 刘多强.中红外光谱技术在油品分析中的应用[J].石油化工应用, 2009, 10 (25) .

[3]李敬岩, 褚小立, 田松柏.红外光谱方法在原油及油品分析中的应用[A].科学仪器服务民生学术大会论文集, 2011, 08 (31) .

篇5：用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

关键词：近红外 近红外光谱分析技术 食品 应用

中图分类号：TS207 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）04-0024-02

1 引言

随着社会和科技的发展进步，人们相比食品的外观对健康的意识越来越强，越来越讲究科学养生，更注重食品带来的营养以及食品的安全性。而食品是否安全的最重要确定手段就是进行检测。在20世纪80年代后期快速发展起来的各领域都有广泛应用的红外光谱分析技术（简称NIRS）。相较传统分析技术近红外光谱分析的优点在于可用少量被测样品，并且不破坏被测样品即可得出可靠的结论，同时具有：没有污染，效率高、速度快、成本低和绿色环保等。现阶段国内外学者们正将利用NIRS的优点应用于食品的无损检测与鉴别做为研究热点。

2 近红外光谱分析技术概述

波长范围介于可见光与中红外区之间的电磁波称之为近红外光（简称 NIR），波长范围为 780～2526 nm，波数范围 12820～3959 cm-1。有机物以及部分无机的中化学键结合的各种植基因的伸缩、振动和弯曲等运动都有固定的振动频率。近红外光谱定性分析和定量分析的基础依据就是利用每种成分都有特定的光能量吸收特征得到的复杂的图谱就为。

近红外光谱分析方法是一种间接分析方法，它集合光谱测量技术、化学计量学技术和基础测量技术，并利用这三大主要技术进行分析总结，进而门辨定食品质量。其分析过程主要分为以下四个步骤：

（1）选择有代表性的样品，并测量其光谱；（2）是采用参考方法测定所关心的组分或性质数据；（3）是利用测量的光谱和基础数据，用适当的化学计量方法建立校正模型；（4）是未知样品组分或性质的测定。

3 近红外定性分析方法概述

近红外光谱技术分为定性分析和定量分析。所谓其定性分析通常指只需要确定是什么性质的，知道样品的类别或质量等级，并不需要知道样品中的组分数和含量的分析问题。而其定量分析则是需要准确的知道某特物质的相关信息，如成分含量等。并通过利用近红外光谱与化学计量学方法建立定量模型。

4 近红外光谱分析技术在食品品质鉴别检测中的应用现状

人类的身体不可缺少能量，而人类的能量来源是食品，与人类健康息息相关的是食品，但是近年来世界共同关注的食品问题却遭到了各种考验与破坏：食品原料污染、基因工程技术的应用、人为不法分子为了个人利益蓄意掺假等。中国加入WTO后，除经济快速与国际接轨外，食品也与国际食品快速接轨，因此寻求一种理想的准确、方便、经济、安全的快速检测方法也是与发达国家快速接轨的必行之路。用于食品鉴别的近红外技术虽然应用时间较短，但其分析速度快、成本低、操作方便宜，使其有着广阔的应用前景。

4.1 食品种类、产地鉴别

鉴别食品种类、产地等是现附年国内外学者们的研究热点。利用主成分分析来自不同动物的来源肉，准确度可达到80%；利用NIR结合红性判别分析和PLS区分来自不同苹果品种的果汁，高达100%。等国内、外实验证明，鉴别食品种类与产地利用近经外光谱技术可达到高标准鉴别结果。

4.2 食品真伪、掺假鉴别

除了蜂密、奶粉、橄榄油可以利用近红外光谱分析是否掺假外，还包括：鉴别酒精饮料、硬质小麦粉是否掺杂普通的面包小麦粉、碧螺春茶真假、苦荞和芝麻油的鉴别、酱油的真伪、牛肉汉堡是否掺假等，鉴别率都达到84%以上，而且有些项目其掺假量越我，判断结果越准确。

4.3 食品质量评估与分级

食品的质量监控除了对成品食品的质量评估外还需要对正在加工或处理的食品过程中的成分变化进行监控。而NIR技术，也可以很好的恰当的应用到这一过程中来。

利用红外线光纤探针可以加热过程中测量猪肉水分的变化；可实现对纯牛奶中还原奶的鉴别昨原料奶新鲜度的判别，并且在样品中掺入小比例的成分鉴别正确率约为90%以上，对加大掺入量的样品可以实现100%判别。并且利用定性判别的方法可以识别掺碱牛奶，正确率在95%以上；对牛肉嫩度也可以进行检测，正确率可达84.21%；对黄酒品质和酒龄鉴别的准确率可接近100%。

5 结论与展望

在食品工业上近红外光谱分析技术已经经取得了巨大的进展。它不优于传统试验方法的地方有操作简便，所需时间短，完全满足了生产需要的弊端。而且在线近红外光谱分析技术除进行最终产品的定性、定量质量鉴定外，还可以对生产线上的物料、物料质量进行实时监控，随时掌握食品的质量问题。

总结本文对近红外光谱分析技术定性分析方法，以及应用进行了简单的介绍。对今后近红外在食品种作中的应用研究进行一下展望，将主要集中于以下几个方面：

（1）联合其它技术应用，还可以扩大食品成分鉴定以外的应用领域；（2）使近红外光谱分析技术行业化。硬件：对仪器进行改进，使其安装、调试更便洁，适应行业生产的特点对生产条件、不同食品的适应性更强。软件：编制专用软件。使定标工作模式化。易于掌握。（3）建立分析模型，并实现模型共享和校正模型的可移植转换；（4）发展在线检测技术。在线的检测技术是针对解决产生中质量问题并对之进行监控的最有效途径，同时也是企业最需要最有望全面应用的技术。

总之，近红外分析技术作为热点，将为我国食品工作的发展、改革与进步起着功不可没的作用，为我国创造巨大经济效益和社会效益提供有力的技术支持。

参考文献

[1]陆婉珍，袁洪福，徐广通.现代近红外光谱分析技术[M].北京：中国石化出版社，2006.

[2]严衍禄，赵龙莲，韩东海，杨曙明.近红外光谱分析基础与应用[M].北京：中国轻工业出版社，2005.

篇6：红外光谱成像目标识别技术综述

关键词： 红外成像；光谱识别；光谱成像；

中图分类号：o434 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

1 引言

目标识别技术主要用于對目标的搜索、识别和跟踪，目标识别技术有着非常重要的作用，也成为各国发展的重点。目前广泛使用的手段和技术有：可见光电视识别、红外点源识别、红外成像识别、毫米波识别和复合识别等。目前研究的重点都在试图改善目标识别的抗干扰能力，同时寻求新的方法和技术。随着红外探测器技术的快速发展，红外成像由于具有高灵敏度、高帧频、抗干扰性好、可全天时工作等特点，在目标识别中已得到广泛应用。

红外光谱目标识别技术是通过红外光谱测量，揭示物质组成成分，利用光谱谱型来区分真假目标，尤其红外光谱成像既可测量红外光谱又可观测红外图像，具有红外成像识别和红外光谱识别的复合识别效果[1-3]。很多目标由于所使用动力的燃料和表面涂覆材料不同，通过红外光谱测量，确定其燃料和表面涂覆材料的物质组成成分，进行有效目标识别。红外光谱及成像为识别技术提供了一种新的手段和方法。

2 红外光谱成像目标识别技术

红外光谱成像技术是上个世纪80年代初，在多光谱扫描技术的基础上发展起来的先进的新一代技术。它把映射目标辐射属性的光谱特性与映射目标空间和几何关系的图像结合在一起，非常适合人们根据图像进行目标特性探测。光谱成像测量技术为当代遥感发展的前沿技术，在很多领域得到了广泛和重要的应用，如在地质勘探、大气遥感、真假目标及干扰物的揭示等。目前，发达国家都将光谱成像技术列为重点发展技术。

通过光谱成像测量对区分真假目标和识别技术得到广泛的关注。据报道，应用红外超光谱成像技术，建立目标的红外光谱特征数据库，根据目标的光谱特征来自动探测和识别目标。超光谱成像可得到大量的反映目标物质成分的光谱数据，通过对数据的处理、分析和比对，探测和识别真假目标。红外光谱成像能够全天时、全天候的实时探测、跟踪和识别目标，大幅度提高其效能。

光谱成像常用技术方式主要有滤光片分光型，色散分光型和傅立叶干涉型等。傅里叶变换成像光谱技术是利用红外探测器每个像素的干涉图与目标光谱图之间的对应关系，通过测量离散干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换计算，反演得到光谱图，从而获取二维空间目标的光谱信息。傅里叶变换成像光谱仪器在空间目标探测中具有：多频道、高通量、高信噪比、高光谱分辨率，探测灵敏度高，微弱信号探测能 力强，根据不同目标可实时调整光谱分辨率的优势，特别适合红外弱辐射光谱的探测。通过图像数据和光谱数据的融合，揭示各种目标的光谱特征及物质成份，区分同类目标的细微差异，对目标识别和分类具有重要意义，极大提高对目标的识别能力。

利用高光谱或超光谱遥感进行目标探测的特点主要表现在对目标探测识别的能力有较大提升，可以区分出相近类目标的微小差别，有效解决“异物同谱”和“同谱异物”现象，为目标精确光谱探测提供了数据量保障，使目标光谱探测由定性分析变成定量测量，为目标识别奠定了技术基础。研究一种采用高帧频、多波段红外焦平面的红外多光谱成像识别。采用多帧处理的超分辨率处理，实现较高分辨率，甚至超过物理分辨率，通过多帧频叠加处理方法来提高探测灵敏度 ，实现远距离分辨小间隔目标，同时完成目标光谱特征提取。

发达国家在光谱成像技术方面进行了大量研究， 在光学系统、分光器件、焦平面探测传器、数据融合技术、目标跟踪和识别算法等方面做了非常多的建设性的工作。一些研究成果已经得到了很好的应用。红外光谱成像技术在目标识别方面具有一定的优势和非常好的应用前景。可对低对比度目标进行探测且具有较高背景抑制能力；光谱加成像即光谱成像复合识别方式，使目标识别成功率有较大提高，尤其抗干扰效果非常好，使干扰难度增加甚至无法进行干扰。光谱成像识别方式缺点是光学系统较为复杂，数据量偏大，硬件成本高，实时性略差。有的系统对数据处理实时性要求较高和系统空间较小，因此红外光谱成像目标识别技术的应用还需进一步完善和提高。

3 结束语

红外光谱成像具有光谱和图像合二为一的特点，把目标红外几何图像和光谱识别技术有机的结合，在目标识别技术方面具有非常好的应用前景，能达到复合识别效果。

参考文献：

[1] 曾宪林. 红外成像导引头及其成像制导武器述评[J]. 航天电子对抗，2004，（5） ：45-48.

[2] 耿凡. 光谱识别技术在红外制导方面的应用展望与分析[J]. 红外与激光工程，2007，36（5）：602-606.

[3] 黄士科，张天序，李丽娟. 空空导弹多光谱红外成像制导技术研究[J]. 红外与激光工程，2006，36（1）：16-20.

[4] MAYERRR，SCRIBNERD，FLEETE，eta1.Spectral optimization studies and simulations of two-，three-，and four-bnad staring LWIR sensors inmissilede fensescenarios[C]. Proceedings of SPIE，Imaging Spectrometry X，2004，5546：84-95.

一定保留：

作者简介：孟庆华（1963-），男，吉林长春人，工学硕士，研究员，主要从事光谱仪器和光电经纬仪设计

篇7：用红外光谱技术分析Sm2Zr2O7的形成机制

关键词：数码相机；红外线滤光镜；红外照相；文件检验

红外线在电磁波谱中居于红光外端，是一种看不见的电磁辐射波。红外光谱较宽，波长范围在770nm-106nm。利用红外相机技术在文件痕迹检验中的应用，能够获取较好的优质检材。物质本身高于绝对零度（-273℃）时都会辐射红外线，而温度越低其辐射的波长越长，相反则波长越短。特别是红外线的穿透能力较强，即使是在有烟雾的条件下，也能很容易穿透纸张、油墨等介质，从而获得较好的取景图像。

一、红外数码相机的工作原理概述

对于普通红外数码相机来说，在实现光学成像原理时，必须依据传感器CCD或CMOS，将红外线亮度信号转换为模拟信号，并经过A/D（模数转换）生成可以识别的数字信号，并在微处理器（MPU）作用下实现对数字影像的存储和处理。从科学实验分析，太阳光的辐射能量中约有52%的红外线，而能够进行红外线照相的仅有1/3。在人造光源中，钨丝灯的光辐射波长范围与近红外线相匹配，峰值范围在800nm-1200nm之间，具有较好的红外线光源特征；对于激光红外线光源来说，其纯度更高，尤其是多波段光源能够实现对拍摄环境的特殊要求；汞灯、碳弧灯、闪光灯等也具有大量的红外线，也是十分理想的红外线光源。红外滤光镜是普通红外数码相机的必要部件，特别是对于特定波长的过滤。如公安部2所生产的680nm、750nm波长滤光镜，以及其他公司如Kodak公司生产的760nm、860nm、940nm等特定波长滤光镜。

普通数码相机的工作原理主要是借助于光学成像系统，由取景器、光圈、快门、传感器、调焦器、存储系统及输出接口等部件组成。对于红外功能的实现，主要取决于光学系统中的镜头和传感器。在镜头的凸凹透镜的复式组合中，可对350-2800nm之间的90%的光谱实现捕获，对于红外线的折射成像也是完全可以实现的。从当前影像传感器的感光范围来看，红外线也具有较好的接受能力。多数数码相机是以可见光为拍摄设计的，为了有效阻止红外线对正常成像的干扰，影像传感器前往往加装了红外截止滤光镜ICF。而有些满足夜间拍摄的数码相机，如索尼DSC-F717，在夜景模式下可以打开ICF。因此，在实际文检工作中，对于满足红外摄影的相机来说，可以对普通相机的ICF进行拆除，从而改装成专用的红外摄影相机。

二、红外数码相机在文检痕迹检验中的应用1.实验器材及样本

本研究选用佳能EOS600D作为红外数码相机，并拆除其ICF滤光器。选用100mm微距镜头，分别配备780nn、850nm、950nm红外滤光镜各一块。100w钨丝灯红外线光源。尼康D90数码相机及图像处理软件系统。在实验样本中选择某中性笔字迹，变造涂改文书，印章下的字迹及真伪钞票。

2.实验方法

利用佳能EOS600D更换为100mm微距镜头，并将其固定在翻拍架上。在钨丝灯下对不同的实验样本，选用780nm/850nm/ 950nm的红外滤光镜进行拍照。相机设置为光圈优先，同时利用尼康D90进行可见光对比影像拍摄。将所有红外影像及可见光下的图像导人到Photoshop CS5中进行图像优化处理，并保持为*.bmp文件格式进行对比分析。

3.结果分析

从字迹的拍摄效果来看，尼康 D90在可见光下，F5.6，A模式，ISO为100。佳能EOS600D在钨丝灯下焦距F5.6，A模式，IS0200，选用950nm红外线滤光镜。其结果差异较大，尼康拍摄的照片肉眼很难辨识，字迹墨水渗透至纸张中，而对于红外线拍摄来说具有较强的反射作用，能够得出较为清晰的显影效果。

选用印章下的字迹作为检材。在尼康相机的拍摄参数相同条件下，佳能相机的设置参数为室内自然光、F5.6，A模式，IS0200，选用780nm的红外线滤光镜进行拍摄。其拍摄结果对比来看，对于文书上的大多数印章来说，其油墨都能被红外线滤光镜穿透，而文书上的书写笔迹、打印机的墨粉等往往吸收红外线，由此得出的红外照片可以滤除掉印章印迹，从而获得对印章下文检字迹的清晰照片，提高文检鉴定的有效性。对于涂改变造的文书检材来说，从尼康相机的拍摄参数同上，佳能相机在室内自然光下，F5.6，A模式，选用780nm和850nm红外滤光镜进行分别拍摄，其结果显示，对于不同书写工具，因其墨水的差异性，在不同红外线穿透下，对红外线的吸收、反射性能也不一致。因此，可以从不同红外线滤光镜下的拍摄效果上对比出文字的涂改现象，从而为文检结论提供有力凭证。

针对真假人民币的对比效果。从尼康相机的拍摄参数选择上，光源选择室外，F4，A模式，ISO为100；佳能相机的拍摄参数选择室外自然光下，F5.6.A模式，对ISO选择为200，选用850nm的红外滤光镜。其拍摄效果对比分析可知，对于假币来说，因其制作工艺、印染材料等方面与真币存在差异，特别是在对防伪标志的识别上，因其不同纸张、不同染料等对红外线的反射、吸收等能力不同，在显影效果上与真币的红外线拍摄照片存在较大的差异性，从而有助于提升鉴伪能力。

三、结语在文检工作中，并非局限于上述检材，特别是由于文检实务工作的广泛性和特殊性，在文检和痕检样本中，还需要结合具体的检测对象，对不同红外线滤光镜的功用及范围进行全面分析，以便于增强文检工作效率。而红外照相技术作为司法文检实践中的重要技术，更要从其应用的广度和实用性上不断探索，以获取优质的检材。

作者简介：

肖莉（1974～），女，河南信阳人，三门峡市陕县人民检察院助理工程师。