ARCoptix光谱仪的工作原理

　　ARCoptix-VIS-NIR-FIB是一款超宽带光谱仪，设计用于光纤探头在整个可见光和近红外光谱范围（350-2500nm）内。该系统集成了一台ArcoptixFT-NIR傅里叶变换扫描光谱仪（型号FTNIR-L1-025-2TE），适用于NIR范围900-2500以及一台用于VIS（350-1000nm）的多通道光栅光谱仪。两种仪器都是集成的在单个便携式外壳中，具有两个独立的SMA输入，用于VIS和NIR范围，匹配高OH和低OH光纤的传输范围。随附的软件光谱仪自动合并2个光谱仪产生的光谱。

　　特性

　　超宽光谱范围：350-2500nm

　　非常好的分辨率（<1.5nm）

　　通过光纤作

　　快速测量（短至2秒）

　　非常易于使用

　　ARCoptix光谱仪以傅里叶变换红外（FT-IR）技术为核心（部分产品覆盖可见-近红外（VIS-NIR）波段，原理略有差异），其工作本质是通过“干涉信号转换"实现对物质光谱的精准检测，核心逻辑区别于传统色散型光谱仪（如棱镜、光栅分光），具有分辨率高、扫描速度快、光通量高的优势。以下分核心原理（FT-IR类产品）和VIS-NIR类产品原理两部分详细解析：

　　一、核心原理：FT-IR型光谱仪（主流产品，如FT-MIR、FT-NIR）

　　FT-IR光谱仪的核心是迈克尔逊干涉仪，整个工作流程可概括为“产生干涉图→采集信号→傅里叶变换→输出光谱"四个关键步骤，最终通过光谱与物质的对应关系实现定性/定量分析。

　　1.核心部件：迈克尔逊干涉仪

　　干涉仪是FT-IR的“心脏"，决定了干涉信号的质量，主要由4个部件组成：

　　光源：提供广谱红外光（根据波段选择，如NIR用石英卤钨灯，MIR用硅碳棒），需覆盖目标检测的光谱范围（如FT-NIR覆盖900-2500nm）。

　　分束器：核心光学元件，将光源发出的光“一分为二"——50%反射至固定镜，50%透射至动镜（可精密移动）。其材质需与波段匹配（如NIR用石英分束器，MIR用锗分束器）。

　　固定镜与动镜：两个反射镜，固定镜位置不变，动镜由精密电机驱动做匀速直线运动（移动精度达微米级），用于改变两束光的光程差。

　　探测器：接收经过干涉后的“干涉光信号"，并将光信号转换为电信号（如MCT探测器用于高灵敏度MIR检测，DLATGS探测器用于常温MIR检测）。

　　2.工作流程：从干涉图到光谱

　　以“检测某液体样品"为例，FT-IR的完整工作流程如下：

　　光源发光：光源发出连续的广谱红外光，射向分束器。

　　光的分束与反射：分束器将光分为两束——

　　反射光：射向固定镜，经固定镜反射后原路返回分束器；

　　透射光：射向动镜，经动镜反射后也返回分束器（因动镜移动，这束光的光程会随动镜位置变化）。

　　干涉信号产生：两束返回分束器的光再次叠加，因光程差不同，会产生“干涉现象"——

　　当光程差为波长的整数倍时，两束光相长干涉（信号增强）；

　　当光程差为半波长的奇数倍时，两束光相消干涉（信号减弱）；

　　随动镜匀速移动，光程差连续变化，探测器会接收到一个“随时间变化的周期性电信号"，即干涉图（横轴为动镜位置/时间，纵轴为信号强度，是一种“时域信号"）。

　　样品吸收与信号采集：若在光源与探测器之间放置样品，样品会选择性吸收特定波长的红外光（物质的分子振动/转动能级跃迁会吸收对应频率的红外光），导致干涉图中对应波长的信号强度减弱，探测器采集到的是“经过样品吸收后的干涉图"。

　　傅里叶变换（核心步骤）：干涉图是“时域信号"，无法直接对应物质的光谱特征，需通过傅里叶变换算法（由仪器内置软件完成）将其转换为“频域信号"——即我们熟悉的红外光谱（横轴为波长/波数，纵轴为吸光度/透光率，直接反映样品对不同波长光的吸收特性）。

　　光谱分析：通过对比样品光谱与标准物质光谱库，或基于定量模型（如偏最小二乘回归），即可确定样品的成分、含量等信息（如检测食品中的水分、药品中的有效成分）。

　　二、VIS-NIR类光谱仪原理（如VIS-NIR光纤光谱仪）

　　ARCoptix的VIS-NIR类产品（如350-2500nm光纤光谱仪）覆盖可见（350-780nm）和近红外（780-2500nm）波段，部分采用色散型技术（区别于FT-IR），核心是通过“光栅分光"直接获取光谱，原理更简洁：

　　核心部件：光纤探头、光栅、探测器（如CCD/InGaAs探测器）；

　　工作流程：

　　光源发出的VIS-NIR光经光纤探头传导至样品，样品反射/透射的光再经光纤返回光谱仪；

　　返回的混合光进入光谱仪后，通过光栅（精密色散元件）将不同波长的光分开（波长越短，偏折角度越大）；

　　分开的单色光被探测器阵列（如CCD）同时接收，直接转换为对应波长的电信号，软件处理后输出VIS-NIR光谱（无需傅里叶变换）。