85、瞬态红外光谱技术：原理、应用与潜力

瞬态红外光谱技术：原理、应用与潜力

在工业生产中，实时监测产品和过程质量至关重要。传统的红外光谱技术在监测固体材料过程流时存在一定困难，而瞬态红外光谱（TIRS）技术的出现为解决这些问题提供了新的途径。

1. 瞬态红外光谱技术简介

传统的红外发射光谱在监测固体材料时，由于样品的自吸收问题，对于较厚或不均匀的样品难以获得有效的光谱信息。而TIRS技术通过避免基尔霍夫定律所要求的热平衡，成功解决了这一问题。

TIRS的工作原理是对通过的过程流表面层进行加热或冷却，使该表面层的红外发射或吸收能够与样品的其余部分分开观察。只要这个表面层在光学上足够薄，就可以观察到具有分析价值的红外光谱。

具体来说，当移动的过程线材料表面通过红外光谱仪的视场时，一股加热或冷却的气体射流会撞击材料表面，形成一个薄的热或冷表面层。尽管热扩散会使这个层变厚并恢复到主体材料的温度，但材料的运动将其带走，使得光谱仪视场内的层保持较薄。

当使用加热射流时，加热的表面层作为一个独立于过程流主体材料的薄发射源，产生的TIRS光谱相当于一个物理上较薄样品的发射光谱。当使用冷却射流时，冷却的表面层作为一个薄的透射样品，主体材料的类似黑体的热发射在通过冷却表面层时会部分被吸收，光谱仪观察到的光谱是表面层的结构化透射光谱叠加在主体的无结构发射包络上。

TIRS技术适用于广泛的固体和粘性液体材料，尤其适用于连续、相对平坦的材料。它也可以用于不规则表面的材料，但噪声水平会更高。此外，TIRS技术能够适应较宽的过程线速度范围，从1 cm s⁻¹到20 m s⁻¹都有成功应用的案例。

在加热或冷却源方面，气体射流是最常用的方法，但任何能够产生快速、局部加热或