"Para fazer o infravermelho de uma só vez, é preciso mover um computador inteiro, uma garrafa de secador e um termostato" - esse é o estereótipo de muitos analistas sobre os espectrômetros infravermelhos antigos. Hoje, com os avanços rápidos em microeletrônica, processamento óptico e algoritmos de inteligência artificial, um espectrómetro portátil de infravermelho com 300 gramas é capaz de levar análises qualitativas e quantitativas de alta resolução, de banda larga e em tempo real a qualquer local: terrenos de campo, tanques de fábricas químicas, pontos de remoção de explosivos e até mesmo a superfície de Marte. Este artigo explica completamente este "laboratório no bolso" em cinco dimensões, a partir da descoberta de princípios, arquitetura de hardware, indicadores de desempenho, aplicações típicas e pontos de compra.

I. Princípio: da "varredura espectral" à "imagem de um segundo de interferência"

Espectrómetros de infravermelho de dispersão tradicionais exigem varredura de raster motorizada, demorada e mal resistente aos sismos. Os instrumentos portáteis usam geralmente a tecnologia "Transformação de Fourier Infravermelho (FTIR)": um interferômetro Michelson incorporado faz um interferograma do tom de luz infravermelha de banda larga, registrado pelo detector após a absorção da amostra e restaurado com a transformação de Fourier para restaurar o espectro completo - sem digitalização, uma área de impressão digital completa de 4000-650 cm-¹ é obtida em 1 segundo, com uma resistência a sismos 10 vezes maior. Ao mesmo tempo, para a poeira de campo e vibração, os fabricantes fazem o interferômetro como uma estrutura de "espelho recto + estéreo", mesmo que a vibração de 1 g mantenha a reprodutividade de comprimento de onda de 0,1 cm-1.

Estrutura de hardware: os cinco órgãos de uma "caixa de infravermelho"

1. Fonte de luz

- Infravermelho médio: barra de carbono de silício cerâmica ou filme microtérmico, temperatura 950-1200 ° C, vida útil > 10.000 h;

Infravermelho próximo: lâmpada de tungstênio halogenado, baixo consumo de energia, seguro para o olho humano, adequado para medições ao ar livre por longo tempo.

2. Interferência

Scan eletromagnético MEMS ou espelho estereótico com um volume < 15 mm e uma distância de espelho móvel de 3 mm para fornecer uma resolução de 4-8 cm-1; O laser VCSEL integrado de 633 nm monitora a distância de luz em tempo real para garantir uma precisão de comprimento de onda de ±1 nm.

3. Interface de amostragem

- ATR de diamante: aplicável a líquidos, colóides, pó, resistente a ácidos e álcalis, cabeça de pressão multi-estágio ajustável;

-DialPath ™/ TumbllR ™： O líquido forma uma distância fixa (50-200 µm) entre as duas placas planas, sem a necessidade de comparar os discos coloridos, a limpeza dura apenas 2 segundos;

Reflexão dispersa de fibra óptica: a área infravermelha próxima pode ser equipada com a interface SMA905 para a detecção de grãos e partículas plásticas sem danos.

4. Detector

Zona infravermelha média com DLaTGS de liberação térmica ou MCT (selenido de mercúrio de cádmio); A área de infravermelho próximo usa o PIN InGaAs, o TE é resfriado e a relação sinal-ruído é > 10.000:1.

Eletrônica e energia

ADC de 16 bits + ARM Cortex-M7, DSP 指令集加速 FFT;

-4500 mAh bateria de lítio substituível, funcionamento contínuo de 4-8 h;

- Dual canal USB 2.0 / Bluetooth, suporte para exibição em tempo real de APP móvel ou PC.

Cenário de aplicação: de "campo" a "linha de fogo" em toda parte

Produtos agrícolas e alimentos

O NIR portátil fornece proteínas de grãos, água e gordura em 1 a 3 segundos; Modelo incorporado > 99 grupos para ajudar a fixar preços no local do banco de alimentos. O FTIR infravermelho médio pode identificar a falsificação de azeite de oliva virgem e detectar a mistura de 5% de azeite de milho.

Petroquímica e análise de processos

Infravermelho portátil para gasolina, diesel e lubrificante para medição rápida do valor de octano e conteúdo de hidrocarbonatos aromáticos, concluído em 2 minutos, com desvio de desktop <0,3%.

Emergências ambientais

Equipamento com peso < 3 kg, Ex ic IIC T4 à prova de explosão, para comparação ATR de produtos químicos desconhecidos diretamente no local de vazamento, biblioteca > 10.000 produtos químicos perigosos, explosivos, 3 segundos para dar o código CAS e o ícone de perigo GHS.

Farmacêuticos e Cosméticos

Identificação de matérias-primas (ID) e triagem de medicamentos falsificados: microPHAZIR Rx NIR portátil, 1,3 kg, em conformidade com USP <1119> e FDA 21 CFR Parte 11, confirmação API concluída em 2 segundos no local de produção.

Exploração Geológica e Mineral

O portátil de infravermelho de onda curta (SWIR) identifica minerais contendo Al-OH, Fe-OH e Mg-OH em 1300-2500 nm, mapeia variações de corrosão no local e orienta a perfuração.

Investigação Criminal e Incêndio

Comparação ATR de cola residual e plástico no local do incêndio para bloquear rapidamente o tipo de agente de combustão, fornecendo base para a qualidade do caso.

Compra e manutenção: permitir que os instrumentos "pequenos" desempenhem um papel "grande"

1. Veja primeiro a faixa

Identificação qualitativa, rastreamento de desconhecidos - infravermelho selecionado (4000-650 cm-1); Análise quantitativa rápida e sem perdas - infravermelho próximo (1150-2450 nm).

2. Veja a amostragem

Muitos líquidos – escolha DialPath ou Diamond ATR; partículas sólidas - acessórios de bolas integrais de reflexo eletrônico; Sem energia no campo - selecione modelos com bateria de lítio incorporada ≥ 4 h.

Resolução e relação sinal-ruído

Os métodos regulamentares (EPA, ASTM) exigem uma resolução de ≤4 cm-1 e uma relação de sinal-ruído > 10.000:1; Se somente for necessário um exame inicial no local, 8 cm-¹ também podem ser satisfeitos.

Bibliotecas e algoritmos

Concentrando-se no tamanho da biblioteca integrada (> 10.000 imagens) e no algoritmo de análise da mistura, as percentagens de contribuição de cada componente podem ser dadas automaticamente.

Adaptabilidade ambiental

Temperatura de funcionamento -20 ℃ - + 50 ℃, IP54 à prova de poeira e água, resistência a quedas de 1 m, adequado para condições externas difíceis.

Manutenção e calibração

Sem motor raster tradicional, sem sintonia; Folha padrão de borracha de silicone incorporada, auto-inspeção com um clique; Limpe o cristal ATR com algodão alcoólico e termine a limpeza em 2 segundos.

De um FTIR de mesa de 20 kg para um espectrómetro de bolso de 300 g, de um laboratório de termostato a um campo de campo com vento e sol, o espectrómetro de infravermelho portátil usa o triplo salto de "microinterferômetro + algoritmo de IA + banco de dados em nuvem", colocando a capacidade de análise química que originalmente requeria técnicos especializados e salas de máquinas caras nas mãos de trabalhadores de primeira linha, policiais, agricultores e até consumidores comuns. Ele deixa que o azeite falsificado não se deforme em nenhum lugar, deixa que os explosivos sejam visíveis e deixa que a água e a proteína dos grãos possam ser "lidos em segundos" no campo.