如何选择正确的光谱传感解决方案？

导言

‍在本系列的前一篇文章中，我们已经概述了近红外光谱的使用、其工作原理及其在不同应用中的用法。在决定哪种近红外解决方案最适合您的分析需求时，需要考虑几个因素。继续阅读以了解如何为您选择合适的解决方案 👇🏼

什么是光谱传感？

光谱传感是一个用来描述使用分析材料光谱响应的传感器进行材料测试的能力的术语，也就是说，当传感元件是微型、手持式或自主时，光谱传感可以用作光谱学的同义词。因此，我们在之前的博客中讨论的原则使用了 近红外光谱 作为一种捕捉和分析光如何与物体相互作用的先进技术，同样适用于光谱传感。该方法通过分析物体的光谱响应特性提供了宝贵的见解。

考虑光谱传感的理由

尽管传统方法长期以来依赖于高性能、可靠的仪器和复杂的设置，但光谱传感提供了一种更加简化和多功能的方法。以下情景重点介绍了表示需要光谱传感解决方案的典型情况：

• 涉及向实验室发送样本的过程效率低下且缓慢。
• 需要在组织内的不同地点进行测试。
• 在不同的生产阶段进行测试时会出现困难。
• 传统的测试过程效率低下。
• 为了保持良好生产规范 (GMP) 和合规性，必须经常进行测试。
• 延迟从实验室获得结果会阻碍关键的运营决策，例如是否在生产设施中卸下大量原料。
• 在保证所有生产批次的质量和一致性方面，挑战依然存在。

克服这些挑战需要准确的内部分析解决方案，以提高生产率并减少时间和金钱损失。但是如何为您的业务选择合适的呢？继续阅读以找出答案 👇

需要光谱传感解决方案吗？

选择光谱传感解决方案时要考虑的因素

选择合适的光谱传感解决方案会带来挑战，通常涉及各种因素之间权衡的微妙平衡。一个主要挑战在于需要平衡解决方案的特异性和多功能性。此外，成本、规模和易于实施等考虑因素进一步使决策过程复杂化。实现最佳解决方案需要对应用程序的具体需求有细致的理解，并对所涉及的利弊进行明智的评估。以下是需要考虑的每个最重要因素的简要描述：

结果的准确性

光谱传感器结果的精度直接影响决策过程和操作效率。此外，准确性对于遵守标准至关重要，尤其是在必须遵守产品特性的行业。准确性对于维护各种业务运营的完整性和确保长期成功是必不可少的。

一些技术规格会显著影响光谱传感器的精度。例如，频谱范围、信噪比 (SNR) 和光谱分辨率是影响测量精度的关键因素。

各种参数

同时分析多个参数的能力提高了效率，减少了对多个传感器或耗时的顺序分析的需求。这在农业、工业加工和大麻分析等领域尤其重要，在这些领域，同时了解多个因素对于做出明智的决策至关重要。传感器的光谱范围是影响这种能力的最重要因素。更宽的光谱范围允许检测更广泛的参数。此外，传感器处理复杂光谱特征和区分间隔紧密的峰值的能力会影响其同步参数分析的有效性。在这些因素之间取得平衡是选择能够最好地满足多方面应用特定需求的光谱传感解决方案的关键。

便携性

光谱传感器的便携性是其在一系列应用中的实用性不可或缺的一部分，这突显了尺寸、重量、设计和可靠性等因素在不同环境条件下的重要性。紧凑轻便的光谱传感器可轻松进行现场部署，无需物流限制即可进行现场测量。该设计应坚固耐用，能够承受不同的环境条件，确保传感器暴露于极端温度、湿度或其他挑战性因素时的可靠性。此外，该传感器在不同环境中的存储和操作方面的可靠性对于其在实地研究、环境监测或移动质量控制等应用中的有效性至关重要。光谱传感器能够在不同条件下保持准确和一致的性能，不仅增强了其实用性，而且拓宽了其应用范围，使其成为需要移动性和适应性的行业的重要工具。

易用性

光谱传感设备的易用性是影响其在组织中广泛采用的关键因素。与通常需要熟练人员进行操作和分析的传统实验室仪器不同，用户友好的光谱传感器简化了流程，使具有不同专业水平的个人能够有效地使用它们。这些设备的直观界面和简化的程序最大限度地缩短了学习曲线，使不同部门的用户能够将光谱传感无缝集成到他们的工作流程中。分析能力的这种民主化提高了组织效率，因为没有经过专门培训的人员可以进行例行测量和分析。与通常需要熟练技术人员的传统实验室仪器形成鲜明对比，凸显了用户友好型光谱传感器的变革性影响，使它们成为组织内更广泛应用的便捷工具。

结果的长期一致性

随着时间的推移，企业必须依赖性能稳定的解决方案。因此，所选光谱传感解决方案必须通过采用最大限度地减少光谱测量偏差并确保其可靠性的机制来保证一致性。影响光谱传感结果长期一致性的因素包括传感器漂移，这意味着测量精度会随着时间的推移逐渐发生变化。此外，必须证明光谱传感器的设计能够在不同的环境条件下保持稳定性，例如温度和湿度的波动。这突显了坚固的传感器设计在不同情况下保持稳定性的必要性。

校准模型的稳健性

校准模型是将光谱传感器生成的光谱数据解码为人类可以理解的有用信息（即分析结果）的数学模型。选择光谱传感解决方案时，校准模型的可靠性至关重要，因为它直接影响结果的准确性和适用性。强大的校准模型可确保精确和一致的测量。坚固模型的特征包括其适用于各种样品变体，这反映了该模型的多功能性以及适应不同材料或物质的能力。高质量的校准模型还可以有效地检测异常值，从而增强解决方案在现实场景中的弹性。模型开发人员的经验是关键因素，因为经验丰富的开发人员在构建和维护模型、应对潜在挑战以及不断完善校准过程方面拥有丰富的知识。因此，企业应优先考虑具有经过充分验证的校准模型的光谱传感解决方案，以确保各种应用所需的准确性、适应性和可靠性。

数据管理

光谱传感平台中强大的数据管理解决方案的重要性怎么强调都不为过，因为它会显著影响该技术的效率和可用性。以下是需要注意的一些关键特征：

• 有效的数据管理可确保无缝组织、存储和检索各种数据，包括光谱数据、设备、校准模型、用户、位置等。这种级别的数据集成对于容纳现实场景中生成的各种数据集至关重要。
• 可扩展性以适应不断增长的数据集
• 用户友好的界面，便于导航
• 兼容各种文件格式。
• 与组织内现有数据系统的集成功能增强了互操作性。
• 高级分析功能允许用户分析收集的光谱数据中的趋势和模式，从而增强了平台的实用性。此功能使组织能够根据全面的见解做出更明智的业务决策。
• 数据安全和保障对于维护数据完整性和防止潜在丢失至关重要。

总拥有成本

在考虑采用光谱传感解决方案时，必须超越狭隘地关注仪器价格，转而评估总拥有成本 (TCO)。TCO 包括各种组成部分，例如初始设备价格、配件和消耗品成本、设备维护计划、模型开发和/或订阅费、持续的模型维护、人员资格和/或培训成本以及软件订阅。评估总拥有成本可以全面了解设备整个生命周期所需的投资。此外，企业应仔细评估提供商提供的付款条件的适用性，确保与其预算和运营需求保持一致。从整体角度看待成本有助于准确的预算，并确保所选光谱传感解决方案在财务上保持可行性并随着时间的推移继续创造价值。

在确定最佳解决方案时需要帮助吗？

关键技术规格

在选择有效的解决方案时，检查光谱传感器的技术规格很重要，因为这些规格直接影响精度和多功能性等关键考虑因素。以下是最重要的技术规格。

光谱范围

光谱传感设备的光谱范围是指它可以捕获和分析的波长跨度。光谱传感器的工作原理通常会限制它。该参数对于确定设备对不同材料和物质的适用性至关重要。两个最重要的因素是

• 光谱范围的宽度： 宽光谱范围使传感器能够从较宽的波长光谱中收集信息，从而为分析各种样品和参数提供了多功能性。例如，在动物营养中，范围广泛的光谱传感器可以评估各种饲料类型的饲料混合比例。此外，对于每种饲料类型，可以分析不同的参数，例如干物质、蛋白质、淀粉、氨基酸、纤维、脂肪等。另一方面，更具体的光谱范围可能适用于有针对性的应用，例如识别药物中的特定化合物或分析地质样品中的特定特征。
• 光谱范围内的位置： 较高波长的光谱通常具有明显的优势。由于减少了不同分子结构的光谱响应之间的重叠，某些信息只能在更高的波长下捕获。这种特性增强了分析的特异性，允许对内部成分和化学结构进行深入探索。相反，近红外光中较低的波长有助于获得表面洞察力。

下图说明了这两个因子，其中显示了近红外光谱范围内与常见样品参数相对应的吸收波段。

光谱分辨率

光谱分辨率定义了传感器区分相邻波长的能力。更高的光谱分辨率可以更精细地分辨光谱特征，从而能够检测材料成分或特性的细微差异。在近红外 (NIR) 光谱中，吸收波段通常很宽。因此，事实证明，12 nm 至 20 nm 范围内的光谱分辨率可提供足够强大的性能。该范围达到了平衡，为辨别近红外吸收光谱中的特征提供了必要的细节，同时适应了吸收波段固有的宽度。

SNR：频谱信噪比

信噪比 (SNR) 是光谱传感中的一项关键指标，用于测量目标信号在不同噪声源下的强度。相对于噪声水平，高信噪比表示信号强而清晰，从而提高了光谱测量的精度和可靠性。可接受的最低 SNR 因应用程序而异。经过良好优化的信噪比是确保光谱数据的质量和完整性的基础，这使其成为评估和选择适用于各种应用的光谱传感解决方案时的关键考虑因素。

在决定规格是否满足您的需求时需要帮助吗？