主题：【讨论】光栅技术会被傅里叶技术替代吗？

原文由 basixigua(basixigua) 发表:

原文由 delingha(arvid_huang) 发表:

原文由 长江之子(zhxc74) 发表:
俺也说说，不对的随便砸！看这样是否回答了delingha的问题。

一、        究竟是光栅技术好还是傅立叶技术好。
这个问题学术界事实上早已有定论。那就是傅立叶技术在中红外领域在信噪比方面远好于光栅型仪器，但在近红外光谱区域光栅技术好于傅立叶技术。
其理论依据是傅立叶技术的信噪比受制于动镜移动的距离必须是波长的整数倍。在中红外光谱区域，波长较长，从2500nm到25000nm，动镜移动产生的机械框量误差对信噪比的影响较小，而光学通量大的优点导致傅立叶技术在中红外领域信噪比远好于光栅性仪器。从商业角度讲，各生产厂家在80年代末基本都淘汰了光栅技术。福斯公司生产的FT120型牛奶分析仪以及葡萄酒分析仪都采用了傅立叶技术而不是光栅技术。在近红外光谱区，波长缩短到800到2500nm，傅立叶技术动镜移动产生的机械框量误差对信噪比的影响随着波长缩短逐渐增加，到了饲料、谷物等分析天然产物至关重要的短波区，影响就很大了。这就是为什么福斯公司在近红外领域坚持采用光栅技术的原因。为什么近些年在国内形成了一种傅立叶技术更先进更好的气氛主要是缘于生产中红外仪器厂价商业宣传的误导。这些厂家宣传的傅立叶技术的所有优势都是基于在中红外领域，但是在宣传过程中混淆了中红外和近红外的区别。作为傅立叶近红外技术在药物、化工等领域分析窄带信息是有优势的，但对于分析光谱严重重叠，需要透射深度较深的天然产物样品，傅立叶技术是没有优势的。到了波长更短得紫外可见区，波长200到800nm就没有任何仪器制造商生产傅立叶仪器了。而福斯的XDS和DS2500波长可达400nm，可以很好地应用于饲料中添加的类胡萝卜素等带颜色的样品。

二、        PLS1型算法和PLS2型算法究竟哪个好。
尽管B公司的博士声称PLS1好于PLS2，但我首先谢谢她承认B公司采用的是PLS1。
    PLS1型算法在建模时，每次只能回归一种化学组分的含量和光谱间的关系，这种分析会导致不能校正不同化学组分之间对光谱造成的干扰。而且PLS1只是PLS2的一个子功能。您在用福斯的PLS2回归时，如果只选取其中一个化学组分进行回归，那效果就是PLS1的效果。但福斯提供的是PLS2型算法。PLS2在回归时可以矫正化学组分之间的干扰，因为不同的化学组分如蛋白质、脂肪对不同波长吸光度的贡献是不同的。PLS2可以在整个光谱区域能交叉校验得到各种化学组分在不同波长下对吸光度的贡献率，从而矫正不同化学组分间的干扰。这个技术也是福斯集几十年的天然产物分析经验的基础上开发的商业软件。而傅立叶近红外厂家为什么不提供这种技术，一是因为他们不具备分析天然产物的经验，而是傅立叶近红外主要用于化工和制药领域，这些样品组成比较简单，可通过正交设计配制一组样品进行定标。所谓正交设计就是让定标样品的成分含量之间的相关系数为0。而天然产物领域这是不可能实现的，蛋白质、脂肪、淀粉、氨基酸、纤维素等有机组分含量存在固有的相关性，是不可能通过认为配制来改变的。

需要再后续,嘿嘿

呵呵，有意思，我就喜欢这样的交流。

好，我们就来交流一下这个问题，这次先谈第一点：

“这个问题学术界事实上早已有定论。那就是傅立叶技术在中红外领域在信噪比方面远好于光栅型仪器，但在近红外光谱区域光栅技术好于傅立叶技术。”

这个问题的提法不是这样的，应该说学术界早有的定论是：傅立叶技术在分辨率方面无论是在中红外还是近红外光谱区都是明显优于光栅技术的。这在中红外领域明显有很高的价值，因为在中红外谱区是通过各官能团的特征吸收峰来判断样品的组成结构的，高分辨率就可以获得更准确地吸收峰。

那么在近红外谱曲呢？答案是这样的，当光谱仪以高分辨率进行对样品进行扫描的时候，噪声信号会放大。由于近红外光谱主要是有机官能团的组频、一倍频、二倍频和三倍频，信号强度明显弱于中红外的基频吸收强度，所以信噪比会下降！如此看来，在近红外谱区光栅型近红外分辨率低的缺点反倒不是问题了，所以这就是为什么在中红外领域光栅型已经被淘汰，而在近红外应用中光栅型仍然占有一席之地的原因了。

貌似这样看来在近红外应用中，确实如长江之子傅立叶型确实不如光栅型了？错！只怕这位网友压根就没有用过傅立叶近红外光谱仪吧？难道他不知道傅立叶近红外光谱仪的扫描分辨率是可调的吗？这里B家的用户应该都是知道的，在化工领域和在天然产物领域B家建议的扫描参数都是不同的，这个扫描参数就是结合实验获得的信噪比与扫描分辨率优化出来的。对技术原理如果没有搞明白就偏听偏信还是不行呀！

问题又来了，如果说在近红外谱区扫描高分辨率是不必要的，那B家还有什么道理说他们的傅立叶技术是领先于F家的光栅技术的呢？这个问题B家的解释是这样的，他们的仪器是通过高分辨率自动找到水蒸汽的吸收特征峰，这样就无需确保了仪器的光谱在X轴（波长）方向无漂移，所以模型可以直接转移，无需像F家那样要对仪器进行复杂的台间差矫正和单台仪器的频繁校准标定。这才是B家的优势，所以大家能够明白为什么大集团越来越偏爱B家了吧？

至于说为什么F家能够做FT中红外，却不做FT近红外，这就好比说为什么柯达以前只做胶片相机，而不做数码相机一样，其实大家都知道数码成像技术是柯达发明的专利技术，可是当这项技术出现后，柯达认为这会影响他在胶片市场的利润和地位，所以压着不用呀！结果佳能、尼康都在数码成像上面大力投入，等这个市场成熟后，柯达也转向做数码相机，可惜呀！技术发展了，柯达在数码成像上的技术就是吃老本，早就做不过日系厂商了，市场方面更是丢了个精光，怎么办？没办法！谁叫柯达自己保守呢？这种例子早就屡见不鲜了，智能手机的触摸操作系统诺基亚也早就掌握了，却被iphone打得没有还手之力。

最后，再说关于F家做到400nm到800nm波长这个问题，首先，一个问题，这是近红外谱区吗？不是，这是可见光。这部分谱区对于用户的应用有很大的实际意义吗？没有。那我们讨论它做什么？

今天就先说到这里吧！

怎么不说说，对环境的适应性呢？ NIR的最大优势是快速、过程控制把，一般的饲料、农产品行业的企业实验室可没有制药行业实验室条件那么高端哦。

然后再问下专家，先照样品再解析光的仪器（例如阵列）不符合朗伯定律，他们的基础是什么呢？一直没明白。

原文由 basixigua(basixigua) 发表:
专家们不是说近红外的趋势是便携小型化和在线化吗？这两个点，FT怎么能替代光栅？

原文由 picard(yuan314159) 发表:
关于 “PLS1型算法和PLS2型算法究竟哪个好。”
  这两种算法是公开的，你可以在网上找到，如果想试验，你可以用R语言（没用过Unscrimbler ，估计也会有）试验一下。
  至于某些厂家为什么不用PLS2，估计不是不会，而是没需求。如果他的客户需要新的算法，你看他会不会开发。
  每种算法都有局限性，为什么会有那么多算法，说白了就是在找合适的主成分。现有的算法有时候并不能找到合适的主成分。

原文由 delingha(arvid_huang) 发表:

原文由 picard(yuan314159) 发表:
关于 “PLS1型算法和PLS2型算法究竟哪个好。”
  这两种算法是公开的，你可以在网上找到，如果想试验，你可以用R语言（没用过Unscrimbler ，估计也会有）试验一下。
  至于某些厂家为什么不用PLS2，估计不是不会，而是没需求。如果他的客户需要新的算法，你看他会不会开发。
  每种算法都有局限性，为什么会有那么多算法，说白了就是在找合适的主成分。现有的算法有时候并不能找到合适的主成分。

前几天和一个研究所的老师聊天，他说目前在近红外领域叫得上名字的算法足有八九十种，如果再算上一些不太常见的小算法，目前发表过的算法种类少说要有500-600种。我当时就懵了，这要是做为企业用户，没有相关的数学知识储备怎么选择呀？而且老师还说，很多小算法就是单一为了解决特定的问题而提出的，这样的算法其实就算是厂家提供了，对大部分用户也没什么用吧？

我觉得用什么算法，最根本的还是要看是否能够解决最主要的应用需求，太过特殊的算法还是科研为主吧？

原文由 athosmi(athosmi) 发表:

原文由 delingha(arvid_huang) 发表:

原文由 picard(yuan314159) 发表:
关于 “PLS1型算法和PLS2型算法究竟哪个好。”
  这两种算法是公开的，你可以在网上找到，如果想试验，你可以用R语言（没用过Unscrimbler ，估计也会有）试验一下。
  至于某些厂家为什么不用PLS2，估计不是不会，而是没需求。如果他的客户需要新的算法，你看他会不会开发。
  每种算法都有局限性，为什么会有那么多算法，说白了就是在找合适的主成分。现有的算法有时候并不能找到合适的主成分。

前几天和一个研究所的老师聊天，他说目前在近红外领域叫得上名字的算法足有八九十种，如果再算上一些不太常见的小算法，目前发表过的算法种类少说要有500-600种。我当时就懵了，这要是做为企业用户，没有相关的数学知识储备怎么选择呀？而且老师还说，很多小算法就是单一为了解决特定的问题而提出的，这样的算法其实就算是厂家提供了，对大部分用户也没什么用吧？

我觉得用什么算法，最根本的还是要看是否能够解决最主要的应用需求，太过特殊的算法还是科研为主吧？

日常使用PLS足以，那八九十中算法一多半都是用来凑论文数的。

能把PLS玩好了的人就已经很牛X了……

原文由 delingha(arvid_huang) 发表:

原文由 basixigua(basixigua) 发表:
专家们不是说近红外的趋势是便携小型化和在线化吗？这两个点，FT怎么能替代光栅？

近红外的发展趋势确实是在向着小型化和在线化发展，这两个趋势还是要分开来看的，毕竟对于技术要求的取向有很大差别。

小型化看重的是仪器的结构要小巧，简单，稳定。目前的AOTF技术和阵列检测器技术应该是在这个方向有优势，但是AOTF技术的造价成本目前还是比较高，而阵列检测器技术的温漂、谱区范围等技术问题也还有很多问题。

在线化方面，主要应该解决的是恶劣环境的适应性，仪器性能的稳定性，多检测点分布，多种采样形式检测。这方面恰恰是FT技术的优势方向，所以个人观点，在这个领域才是FT技术的最强应用领域，如果说目前FT技术在这个方向还有什么制约，主要应该是光纤传输的衰减问题。其实，在线领域的应用在国内外都已经有很多了，但是好像本版的版友大部分是饲料、农产品领域较多，而这方面早在很多年前石化、精细化工和制药等行业就有很多应用案例了，即便是国内也很多了，而这主要是FT技术的市场。

至于说在饲料、食品、农产品领域的在线应用，目前光栅技术主要是采用阵列检测器技术，每一个检测点放置一个光谱仪，然后通过数据通信与上位机连接。这一技术如果检测点少，成本方面还是划算的，检测点越多性价比越低，而且只能够适应于固体样品的漫反射检测，对于乳制品行业、油脂行业、发酵行业等液态样品就无能为力了。